La temperatura de brillo, Tb, que radia la atm´osfera, a una determinada
frecuencia y temperatura f´ısica, puede proporcionar, bajo ciertas condiciones, informaci´on cuantitativa sobre el nivel de p´erdidas presente en este medio de propagaci´on. La teor´ıa general que relaciona el valor deTb con la atenuaci´on
ha sido discutida en la Subsecci´on 2.5.3. Para un medio no-dispersivo, en equilibrio termodin´amico, la ecuaci´on (2.138) relaciona el valor deTb con las
propiedades de absorci´on del medio. Estas propiedades se obtienen a partir de las distribuciones verticales de los par´ametros meteorol´ogicos a lo largo del trayecto considerado. Por tanto, dada la informaci´on provista por los sondeos, as´ı como los modelos de predicci´on de atenuaci´on debido a gases y nubes, es posible estimar el valor deTb. Estos valores estimados se pueden emplear
en estudios comparativos con valores experimentales obtenidos a trav´es de medidas radiom´etricas, para escenarios de baja absorci´on en los que este tipo de instrumentos no se encuentran en un zona de saturaci´on. La saturaci´on de un radi´ometro tiene lugar en aquellos medios de propagaci´on en los que sus p´erdidas superan valores entre 10 ∼ 12 dB, como se represent´o en la Figura
2.20.
Las CCDFs anuales de temperatura de brillo en 100 y 300 GHz, a lo largo de un trayecto cenital, han sido calculadas usando el perfil t´ermico de la atm´osfera en cada sondeo y las Recomendaciones de la UIT, empleadas en el apartado anterior, para describir las caracter´ısticas de absorci´on del medio.
10−1 100 101 102 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Percentage (%) Total attenuation (dB) 2011 2010 2009 2008 2007 (a) 10−1 100 101 102 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Percentage (%) Total attenuation (dB) 2011 2010 2009 2008 2007 (b)
Figura 3.16: CCDFs anuales de atenuaci´on total cenital en a) 100 GHz, b) 300 GHz.
En 100 GHz, las distribuciones obtenidas, representadas en la Figura 3.17a, muestran que, incluso en porcentajes bajos de tiempo, es posible obtener valores de Tb a los que no se asocian niveles de atenuaci´on dentro la regi´on
de saturaci´on de un radi´ometro. De esta manera, la conclusi´on que se obtiene es que en esta frecuencia ser´ıa posible desplegar un radi´ometro que permita, a trav´es de sus medidas de Tb, estimar los valores de atenuaci´on a lo largo
del trayecto. Estas estimaciones podr´ıan realizarse bajo escenarios tanto de cielo claro como aquellos con nubosidad, que podr´ıa ser intensa.
Por el contrario, en la Figura3.17bse observa que las estimaciones de Tb
en 300 GHz para porcentajes por debajo del 40 % del tiempo, son elevadas y se corresponden con niveles de atenuaci´on por encima de 10 dB. Conside- rando este nivel de p´erdidas, las medidas que se podr´ıan realizar mediante un radi´ometro con un canal en 300 GHz, operando bajo las condiciones me- teorol´ogicas de Madrid, entrar´ıan pronto en r´egimen de saturaci´on. Se puede concluir que las estimaciones radiom´etricas de la atenuaci´on pueden realizar- se, pero ´unicamente para condiciones atmosf´ericas con muy baja concentra- ci´on de vapor de agua en la atm´osfera, las cuales tienen lugar t´ıpicamente en dias secos, durante meses de invierno. La referencia m´as relevante de un ra- di´ometro en superficie, con canales en frecuencias cercanas a 300 GHz, es el desplegado por el Programa ARM (Atmospheric Radiation Measurement), usado en la regi´on ´Artica (i.e. Polo Norte) con canales en 340 y 380 GHz
10−1 100 101 102 0 50 100 150 200 250 Percentage (%) Brightness Temperature (K) 2011 2010 2009 2008 2007 (a) 10−1 100 101 102 0 50 100 150 200 250 300 Percentage (%) Brightness Temperature (K) 2011 2010 2009 2008 2007 (b)
Figura 3.17: Comparativa interanual de CCDFs de temperatura de brillo de la atm´osfera a lo largo de un trayecto cenital, a) 100 GHz y b) 300 GHz
M´etodo de detecci´on de lluvia
4.1
Introducci´on
A lo largo del cap´ıtulo anterior se han utlizado sondeos meteorol´ogicos de la estaci´on Madrid/Barajas para obtener perfiles de temperatura, presi´on y concentraci´on de vapor de agua, a partir de los cuales se calcula el nivel de atenuaci´on que se produce en la atm´osfera, as´ı como su nivel de radiaci´on t´ermica en el momento del sondeo, expresado en t´erminos de su temperatura de brillo. Asumiendo una atm´osfera libre de condiciones de precipitaci´on, se han considerado ´unicamente los efectos de absorci´on que producen gases atmosf´ericos, adem´as del producido por el contenido de agua l´ıquida en nubes. Sin embargo, a medida que las dimensiones de las part´ıculas de agua incrementan, deben considerarse que, en las frecuencias que nos interesan, se producen no solamente efectos de absorci´on debido a gases y nubes, sino tambi´en de dispersi´on al incidir la radiaci´on sobre las gotas de agua. Estos ´
ultimos, al asumir la aproximaci´on de Rayleigh, se consideran despreciables. Las mayores dimensiones f´ısicas de las part´ıculas pueden estar relacionadas tanto a lluvia, como a la presencia de nubes asociadas a precipitaciones. Sin embargo, los efectos de atenuaci´on provocado por dispersi´on no pueden ser cuantificados por un radi´ometro, debido a que a estos fen´omenos no se asocia la emisi´on de radiaci´on t´ermica que se mide con este tipo de instrumentos de detecci´on pasiva. Por tanto, ante la presencia de lluvia, las medidas de tem- peratura de brillo y atenuaci´on que se obtienen en las frecuencias de inter´es no se consideran ´utiles, debido a que no reflejan el estado de la atm´osfera en el momento de la observaci´on.
Adicionalmente, en presencia de escenarios con nubosidad intensa, que podr´ıan estar presentes antes o despu´es de un evento de lluvia, pueden pro- ducirse niveles de atenuaci´on atmosf´erica asociados ´unicamente a fen´omenos
de absorci´on, pero que superan el umbral de saturaci´on de un radi´ometro, t´ıpicamente entre 10 y 12 dB. Por encima de estos valores de atenuaci´on, la medida del radi´ometro no refleja con precisi´on las caracter´ısticas de radiaci´on t´ermica de la atm´osfera, y por tanto, de las p´erdidas que se producen en ´esta. Por tanto, con el objetivo de complementar el estudio realizado en el cap´ıtulo previo, se considera relevante identificar la posible presencia de con- diciones asociadas a precipitaciones durante la realizaci´on de los sondeos meteorol´ogicos. De esta manera, descartando estos perfiles meteorol´ogicos, las nuevas distribuciones acumuladas de AT y Tb que se puedan obtener, se
aproximar´ıan mucho mejor a aquellas basadas en medidas experimentales en escenarios con ausencia de dispersi´on en los que opera un radiometro. La identificaci´on de periodos de lluvia es de relevancia en estudios de propaga- ci´on, y ha sido analizada por otros autores mediante, por ejemplo, medidas radiom´etricas de temperatura de brillo en dos frecuencias diferentes (Bosisio
et al.,2012;Luini et al., 2007).
Considerando que los sondeos meteorol´ogicos no proporcionan ninguna medida directa o indirecta de alg´un par´ametro que permita identificar de manera un´ıvoca la presencia o no de lluvia durante el ascenso de la sonda, en los siguientes apartados se propone y evalua un m´etodo que detecta este tipo de escenarios. Como datos de entrada para implementar este m´etodo, se emplean aquellos medidos en estaciones donde se realizan tanto observa- ciones sin´opticas desde superfice (i.e. reportes SYNOP) como radiosondeos. Adicionalmente, con el fin de evaluar y validar el m´etodo, se emplean da- tos pluviom´etricos de estas mismas estaciones, los cuales se consideran los mejores indicadores de presencia de lluvia en una estaci´on.