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miércoles, 30 de noviembre de 2011

Notarios del tiempo

Estar atentos a las condiciones tan variables del tiempo, anotar y dejar constancia de lo que ven y comunicar las observaciones es, en resumen, el cometido de los observadores meteorológicos, funcionarios que dependen de la Agencia Estatal de Meteorología.

En meteorología la observación es una labor primordial y metódica, quizá una de las más importantes, que consiste en la evaluación de uno o más elementos meteorológicos (temperatura, viento, presión, tipos de nubes, etc.) que describen el estado de la atmósfera por encima de la superficie terrestre. Un observador es la persona autorizada oficialmente para registrar y transmitir estos datos meteorológicos. En todas las observaciones están siempre presentes los elementos de aplicación en meteorología, sus leyes y las normas específicas de la Organización Meteorológica MUndial (OMM).
La observación meteorológica consta de dos apartados principales: Uno de ellos, subjetivo, personal, fruto de la experiencia y de los conocimientos del observador; otra instrumental, más técnica, que se realiza con la ayuda de los equipos de medida y registro, y en donde deben incluirse todas las correcciones y cálculos apropiados. Asi pues, el resultado de una observación está formado por la descripción e interpretación de los agentes atmosféricos y por los valores numéricos de los parámetros leídos.

Sin embargo hay que distinguir entre varios tipos de observaciones. Así, las que se realizan con el objetivo de facilitar información a los centros principales (Grupos de Previsión y Vigilancia, Centros Meteorológicos, etc), que se denomina sinóptica. Estas se realizan durante las veinticuatro horas en los 365 días del año, en períodos de tres horas, agrupadas en observaciones principales ( a las 00, 06, 12 y 18 horas según el meridiano de Greenwich, o GMT) y las intermedias ( a 03, 09, 15 y 21 horas GMT). A pesar de ello estas observaciones no son suficientes para el desarrollo de otros campos en los que la meteorologia también está presente (aeronáutica, agrícola, marítima, climatológico o hidrológica); en cada una de ellas se recogen datos específicos propios de cada rama y, en algunos casos pueden coincidir varios tipos de observaciones distintas en una hora determinada (como en las observaciones sinópticas, climatológicas, agrícolas o aeronáuticas).

Realizando una observación en la garita meteorológica
  
Un buen observador es el apoyo esencial para el meteorológo, que es quien interpreta los datos y, en base a ellos, realiza y diseña los mapas del tiempo y efectúa las predicciones con la información que le llega de los diferentes observatorios.
El trabajo del observador comienza en primer lugar con la comprobación de los sistemas de comunicación. Su buen funcionamiento le permitirá transmitir las observaciones que realice y que éstas puedan ser consultadas en cualquier parte del mundo de forma inmediata.

Una observación propiamente dicha comienza diez minutos antes de la hora establecida. En función de ésa hora, es decir, si la observación a realizar es principal o intermedia, deberán incluirse más o menos variables respectivamente. La temperatura, humedad del aire, velocidad y dirección del viento, estado del cielo, visibilidad y nubosidad, etc, son siempre elementos esenciales de cualquier observación. A éstos se le añaden, en función de la hora, otros parámetros como temperaturas extremas, precipitación, temperaturas del subsuelo o recorrido del viento. Por norma general el último dato a recoger, justo a la hora en punto de la observación, es el de la presión atmosférica.


Precipitación que cae sobre el mar desde el Observatorio Meteorológico de Igueldo (San Sebastián - Guipúzcoa)

Una vez recogidos los datos necesarios y tras haber realizado algunos cálculos y correcciones, las observaciones se transcriben al cuaderno de observaciones. Después es necesario codificarlas según unas normas internacionales para que puedan ser transmitidas por medio de una clave: El SYNOP.

Este código, formado por una serie de números distribuídos en grupos de cinco cifras,  se hace de forma automática. Pero el observador debe saber lo que va a transmitir; primero, para no dar lugar a errores de cifrado y, en segundo lugar, para leer lo que otros observatorios han transmitido y en el caso de fallos del programa debe saber confeccionar un SYNOP manualmente. Tras la comprobación, el parte es enviado al Sistema de Conmutación de Mensajes (SCM) de AEMET, en Madrid. Pasados unos pocos minutos el SYNOP ya puede ser visto y leído en cualquier observatorio del mundo.

La labor del observador no sólo se limita a registrar las variables atmosféricas. Entre otras cosas debe vigilar el buen funcionamiento de los equipos, saber calibrar los aparatos, sustituir los elementos que presentan algún tipo de problemas o que se deterioran y en general, hacerse cargo de un mínimo mantenimiento y limpieza de los sensores.

Otros grupos de observadores son los destinados en los aeródromos, Las Oficinas Meteorológicas de Aeropuerto (OMA,s) suministran a la aeronáutica una información vital para la seguridad de las maniobras de las aeronaves (despegues o aterrizajes, desplazamientos en la plataforma, etc.) y  la vigilancia atmosférica del entorno del aeropuerto. Tan importante es su cometido que en función de las observaciones recogidas, es posible que los aviones lleguen a despegar o a aterrizar o no puedan hacerlo.


Equipos automáticos en una oficina meteorológica de aeródromo (OMA). Noaín, Pamplona (Navarra)
 Los partes meteorológicos para la aviación llevan otro formato distinto: La clave METAR. En ésta, junto a otras variables, los valores de presión (QNH), visibilidad horizontal y altura de la capa de nubes son quizá los más importantes. Tanto es así que cada media hora se cifra y transmite un parte aeronáutico que puede ir acompañado (o no) de otros elementos importantes dependiendo de las condiciones meteoroloógicas  (SNOWTAN, WIND SHEAR ó NOSIG). Los pronósticos de aeródromo se denominan TAF,s y pueden ser transmitidos  como anexos en la emisión de un METAR.

En estos tiempos en los que la tecnología se ha abierto paso en muchos ámbitos de nuestra vida, las máquinas intentan desplazar al hombre. A los observadores les ocurre lo mismo y en varios lugares han sido sustituídos por equipos sofisticadísimos que miden y calculan muchas variables. Sin embargo cuando estos sistemas fallan, los datos pueden llegar a perderse originando lagunas importantes. La observación manual es más cara, pero tiene la contrapatida de ser muchísimo más fiable. Las máquinas deberían facilitar el trabajo al hombre, nunca desplazarle; y los notarios del tiempo jamás deberían desaparecer de la meteorología.


Observatorio Meteorológico y Marítimo de Igueldo (San Sebastián - Guipúzcoa)











martes, 29 de noviembre de 2011

La estación meteorológica (y VI)

Instrumentos de interior
Barómetro y barógrafo


Se define la presión atmosférica como la fuerza que ejerce la atmósfera, por razón de su peso, por unidad de superficie. Por consiguiente es igual al peso de una columna vertical de aire de base igual a la unidad de superficie que se extiende desde el suelo hasta el límite superior de la atmósfera.

En la proximidad de la superficie terrestre la presión atmosférica vale aproximadamente un bar, siendo:
1 bar = 105   newtons/metro cuadrado


Debido a las ligeras variaciones que se producen en el transcurso del día, se utiliza una unidad más pequeña que es el milibar :

1 milibar =  10-3 bares

Muchos barómetros están graduados en milímetros o en pulgadas de mercurio. En condiciones normales una columna de mercurio de 760 mm de altura verdadera ejerce una presión de 1013,250 milibares. Por lo tanto pueden aplicarse los siguientes factores de conversión:

1 mb = 0,750062 mm de mercurio normal
1 mm de Hg (mercurio) = 1,333224 mb

Si se tiene en cuenta que una pulgada es igual a 25,4 mm, se obtienen los siguientes factores de conversión:

1 mb = 0,0295300 pulgadas de mercurio normal   (in.Hg)n
1 (in.Hg)n = 33,8639 mb
1 (mmHg)n = 0,03937008 (in.Hg)n

El barómetro de mercurio fué inventado por Evangelista Torricelli en el siglo XVII. Está formado por un tubo de vidrio de 850 mm de altura, cerrado por el extremo superior  y abierto por el inferior. El tubo se llena de mercurio, se invierte y se coloca el extremo abierto en un recipìente lleno del mismo líquido. Si entonces se destapa, el mercurio desciende dejando en la parte superior un vacío ( denominado vacío de Torricelli), y así el barómetro de mercurio indica la presión atmosférica por la altura de la columna de mercurio.

Depósito de mercurio de un barómetro de Torricelli
La altura de la columna de mercurio no depende solamente de la presión atmosférica,  pues también varía por la influencia de otros factores, especialmente la temperatura y la gravedad. Por lo tanto es necesario especificar las condiciones normales en que deberá ser leído el barómetro para obtener las medidas exactas de la presión.

El valor de 0,0ºC es la temperatura normal a la que hay que reducir las lecturas barométricas para referir la densidad real del mercurio a la temperatura observada, a la densidad normal del mercurio a 0,0ºC. Para ello se toma como densidad normal del mercurio a 0,0ºC el valor de 13595,1 kg/m3

Las presiones calculadas teeniendo en cuenta el valor local de la aceleración de la gravedad deben reducirse al valor normal de ésa aceleración. El valor de la aceleración normal se considera una constante convencional que vale: gn= 9,80665 m / seg2

Por lo tanto, para que las lecturas barométricas hechas a diferentes horas y en distintos lugares puedan ser comparables entre sí, hay que aplicar las siguientesw correcciones:

- Corrección instrumental (que ya viene especificada en el mismo barómetro)
- Corrección por variación de gravedad
- Corrección de temperatura

Es muy importante elegir cuidadosamente el lugar donde ha de instalarse el barómetro. Es particularmente necesario que el instrumento esté instalado en un sitio bien iluminado de una habitación cuya temperatura varíe poco o muy lentamente, que esté sólidamente colgado en posición vertical en una estancia orientada al norte, que no existan trepidaciones fuertes y que esté libre de sufrir choques importantes.

La lectura de la presión atmosférica se hace en último lugar de todas las observaciones que se llevan a cabo en una estación meteorológico y lo ideal es que coincida con la hora exacta de la observación. Para su lectura  lo primero que se toma es la temperatura del termómetro unido. Debe hacerse lo más rápidamente posible para evitar que el termómetro suba debido a la presencia del observador. Seguidamente se golpea suavemente el tubo de vidrio con el fin de estabilizar la superficie del mercurio. Por último se acciona un tornillo especial que actúa sobre el nonio, de modo que la superficie convexa del mercurio (que tiene esta forma debido a la capilaridad del elemento) quede enrasada con la parte inferior del nonio. Si el enrase está correctamente realizado, se debe ver un pequeño triángulo iluminado por la luz de fondo a cada lado del menisco.

Posición correcta del nonio para las lecturas en un barómetro

En la imagen anterior se muestra un ejemplo para la lectura correcta de la presión: Se lee primeramente el valor de la graduación de la escala (en éste caso, en milibares) que coincide con la base de nonio. Dicha lectura nos da un valor de 1010 mb. En la figura se ve que la graduación que se encuentra inmediatamente debajo del cero del nonio es 1012 mb. Después hay que buscar cuál es la división del nonio que coincide con un trazo de la graduación de la escala fija principal. En el caso anterior es el trazo del nonio marcado con "7", lo que significa que la altura verdadera del barómetro es superior en 0,7 a los 1012 mb. Teniendo en cuenta lo anterior, la lectura real del barómetro es de 1012,7 mb.

En las lecturas de los barómetros sin nonio hay que afinar bastante. Esto se consigue con la ayuda de una pequeña lupa para determinar lo más aproximadamente posible las décimas.

El barógrafo es un instrumento que proporciona un registro continuo de la presión atmosférica. El elemento sensible está constituído por una serie de cápsulas (llamadas de Vidi) en las que se ha hecho el vacío y que se dilatan o  contraen según que la presión atmosférica disminuya o aumente respectivamente. Las paredes interiores de éstas cápsulas se mantienen separadas entre sí gracias a un resorte que evita su aplastamiento cuando la presión es mayor. El movimiento resultante del conjunto de éstas cápsulas se amplifica por un sistema de palancas que accionan la pluma la cual  inscribe una curva sobre un papel especial (barograma), arrollado a un cilindro con movimiento  uniforme, accionado por un reloj.

Barógrafo en el que se distinguen las cápsulas de Vidi unidas por varios resortes al brazo que soporta la plumilla, que a su vez dibuja la curva de la presión sobre una banda de papel.
Si el barógrafo está compensado correctamente en cuanto a  temperatura y si no presenta defectos mecánicos, la curva del diagrama indica la presión al nivel de estación. Por ello se recomienda efectuar la regulación del instrumento teniendo como valor de referencia la lectura de un barómetro de mercurio normal. 

Su instalación requiere también de ciertas atenciones: Debe estar posado sobre una sólida repisa adosada a una pared de una estancia orientada al norte (si es posible, al lado del barómetro para una mayor comodidad a la hora de realizar las observaciones). Entre la repisa y la base del propio aparato, es conveniente intercalar una superfice de fieltro o cualquier otro material que amortigüe las vibraciones.

Reducción de la presión a los niveles tipo

Con el fin de comparar lñas observaciones barométricas hechas en estaciones diferentes, es necesario que las presiones estén reducidas al mismo nivel. En la mayoría de los países la presión atmosférica observada se reduce al nivel medio del mar.

Para las estaciones que no se encuentren al nivel medio del mar, es necesario considerar una columna de aire vertical ficticia, cuya sección es igual a la unidad de superficie (un metro) y que va del punto cero del barómetro al nivel medio del mar. El aumento de presión resultante del paso de ésta columna de aire ficticia depende de la altura de la columna, que es igual a la altitud de la cubeta del barómetro sobre el nivel medio del mar; del valor medio de la aceleración de la gravedad en la columna y de la densidad del aire de ésa misma columna, que depende a su vez de la temperatura media y del contenido de vapor de agua en el aire de la misma.

Fórmula para el cálculo de la presión a nivel del mar, conociendo la presión a nivel de estación


  
      QNH = 1013,25 [((0,0065/288,15) * H) + (QFE / 1013,25) ^1/5,256] ^5,256 
 
De donde:

QNH: Valor de la presión a nivel del mar a calcular. QNH son las siglas de la presión atmosférica transmitidas en los partes METAR de un aeródromo.
H: Altitud del observatorio con respecto al nivel del mar
QFE: Presión barométrica a nivel de estación
Detector de descargas eléctricas

Consta de una antena receptora que capta las señales electromagnéticas que se originan en una descarga eléctrica, bien sea desde la nube al suelo o entre la misma o distintas nubes. La señal recogida viaja a través de un cable hacia una tarjeta "pinchada" en uno de los slots libres del ordenador. Un software específico analiza la señal y la dibuja en un mapa apropiado, señalando la distancia y el tipo de descarga: Rayos nube-nube, positivos y negativos; o rayos nube-suelo, positivos y negativos.

El tubo más grueso pintado de blanco, aloja la antena del detector de descargas eléctricas 

Para que la antena no esté expuesta a interferencias es necesario alejarla lo más posible de cualquier estructura metálica. Una distancia de por lo menos un metro es suficiente para que capte bien las señales.

Pantalla del ordenador con el software del detector de descargas funcionando. Se aprecia el punto de estación (localizado por sus coordenadas geográficas) y una serie de círculos concéntricos a su alrededor que indican la distancia en kilómetros.

Para que los detectores de descargas pueden ofrecer datos fiables en cuanto a dirección y distancia de los núcleos de tormenta, es necesario realizar cálculos de triangulación con otros detectores situados a distancia. Para ello se ha establecido una red de descargas de observadores aficionados bajo la supervisión de Meteoclimatic, cuya web puede visitarse en:


pulsando la pestaña "rayos".













lunes, 28 de noviembre de 2011

La estación meteorlógica (V)

Equipos automáticos

En muchos observatorios meteorológicos tanto los aparatos manuales (termómetros, higrotermógrafo, heliógrafo,dispositivos empleados para medir la precipitación atmosférica, etc.), como los equipos automáticos forman parte de la instalación de una estación. Los unos y los otros deben complementarse entre sí, y en ambos casos es necesario un tiempo dedicado a su calibración, mantenimiento o revisión, para que exista la máxima coherencia posible en los datos que aportan cada uno de ellos.

Una estación meteorológica automática es una versión autónoma y automatizada de la tradicional estación meteorológica manual, preparada tanto para ahorrar la labor humana como para realizar mediciones en áreas remotas o inhóspitas. El sistema automático puede aportar datos en tiempo real por medio de un protocolo de comunicaciones o realizar una grabación de ellos para su posterior descarga o estudio.

Los diferentes sensores de medida están integrados en el equipo de modo que proporcionan datos de temperatura, presión atmosférica, velocidad y dirección del viento, humedad relativa, etc. Los más sofisticados pueden, asímismo, medir datos de insolación, radiación solar, indice UV, o la altura de la base de las nubes gracias a un dispositivo especial llamado nefobasímetro (o ceilómetro), un aparato imprescindible en los aeródromos.

La estación de Ojáiz-Peñacastillo dispone de un conjunto automático de sensores semiprofesional, que recoge datos de las diferentes variables atmosféricas más importantes en meteorología. Los datos pueden verse en tiempo real en el display de la estación automática y tambien consultarse a través de internet por medio de dos sistemas de comunicaciones (FTP y APRS). Los registros recogidos por los sensores son volcados a un datalogger (una especie de dispositivo de almacenamiento) el cual los graba en un periodo de tiempo elegido por el responsable de la estación (normalmente cada cinco minutos). Un software especial analiza los datos que proceden de los sensores exteriores y, en base a ellos, propociona listados, gráficas o valores medios, necesarios para los estudios climatológicos.

Aparatos destinados a la medida de la precipitación atmosférica. En medio de ellos el pluviómetro automático y, bajo él, la pequeña garita donde se alojan los sensores destinados a medir la temperatura y la humedad del aire.

 El pluviómetro automático consta de un cilindro de 16 cms de diámetro, que sirve para recibir la precipitación. A su vez ésta es enviada por medio de un embudo a un dispositivo de balancín con dos partes cóncavas donde se va recogiendo. Cuando uno de estos recipientes se llena, cae por su propio peso y por medio de un contacto electrónico envía una señal por cable a la consola de interior. El agua es evacuada al exterior gracias a un orificio abierto en la base del pluviómetro. Al realizarse el volcado, queda preparado el cuenco vacío y cuando se llena éste, el proceso vuelve a repetirse. En cada uno de estos depósitos se sabe la cantidad de agua que cabe antes de vaciarse: Cada vuelco corresponde a 0,2 mm de lluvia.

Balancín del pluviómetro automático
 Los sensores destinados a la medida de la temperatura y humedad van alojados en una garita especial para que, al igual que los equipos manuales, no puedan recibir del exterior ningún tipo de radiación que altere sus registros. Son elementos electrónicos basados en  resistencias que envían la señal correspondiente por medio de un cable a la consola de interior.

Sensores de temperatura y humedad de un equipo automático (cortesía de HawnuNa'ring, de Meteoclimatic)

 Los captadores de la velocidad y dirección del viento están alojados en lo alto de una torre de 9,5 metros de altura y constan del anemómetro y la veleta.

El anemómetro es el encargado de medir la velocidad del viento. Se trata de tres cazoletas semiesféricas que giran por la fuerza del viento (tipo Robinson) y al que va adosado un eje que a su vez dispone de un pequeño imán. Cuando éste pasa por encima de un relé reed, cierra un circuito y la señal así producida se transmite por cable a la consola de interior, donde se muestra la velocidad del viento en las unidades elegidas por el observador (kms/h, m/segundo o nudos).

La veleta indica la dirección de dónde proviene el viento. Gira sobre un eje al que  va unido un disco codificado que interrumpe o deja pasar libremente  un haz de luz procedente de un pequeño led. En función de la posición de éste disco con respecto al led  se transmite una señal por cable a la consola interior que muestra la dirección del viento en rumbos o grados sexagesimales.

Torreta en cuya parte superior están colocados los sensores de medida de la velocidad y dirección del viento.

Detale de los sensores de velocidad y dirección del viento
 En muchos observatorios (por no decir en su totalidad) existe tambien un anemómetro especial destinado a medir el recorrido del viento; es decir, la distancia que recorrería una burbuja de aire impulsada por la velocidad de éste en un dia completo de 24 horas. El sistema de funcionamiento es igual que el anemómetro dedicado a medir la velocidad, pero cada vez que se cierra el circuito electrónico, la señal que también es transmitida por cable, hace saltar un contador numérico situado en el interior. El anemómetro de recorrido puede funcionar con corriente continua, gracias a dos pilas de petaca de 4,5 V, o bien con corriente alterna. Para elegir entre uno u otro método de alimentación, solo es necesario realizar unos pequeños ajustes en la caja de interconexión que debe permanecer alejada de las inclemencias del tiempo (bien dentro de una garita meteorológica o en el interior del observatorio).

Anemómetro de recorrido bajo los demás equipos de viento.
Contador del anemómetro de recorrido
La diferencia de lecturas en el contador, efectuadas a la misma hora, nos da el recorrido del viento en hectómetros. El resultado debe convertirse a kilómetros y la nueva cifra dividida entre 24, nos da como resultado la velocidad media del viento. Para abreviar se toman sólo 4 cifras, despreciando tanto la situada en el extremo derecho, como las dos cifras de la izquierda.

Los sensores encargados de medir la radiación solar y el índice UV van alojados en la parte posterior y superior del pluviómetro automático. Muestran los datos en valores de watios/metro cuadrado y un número índice, respectivamente. Para su correcta instalación van provistos de una burbuja de agua con el fin de alinearlos horizontalmente con un plano (el suelo).

Sensores de radiación: A la izquiera el de radiación solar global; a la derecha el de índice UV.
La medida de la insolación se hace a través de un sensor automático (independiente del heliógrafo, pero con el que se comparan las medidas) , situado a media altura de la torre que aloja los sensores de viento. La sombra producida por una especie de pequeño cilindro debido al movimiento del sol, va tapando una serie de sensores distribuidos alrededor del vástago. Dicha sombra emite una señal eléctrica que es captada por una pequeña pantala en el interior. TOdo el conjunto está protegido de la intemperie gracias a una semiesfera de cristal de poco espesor

Medidor de insolación

Display del sensor de insolación. Arriba el dato diario y abajo el total acumulado mensual

Equipos manuales frente a equipos automáticos

Para que tanto de los instrumentos tradicionales como de los automáticos obtengamos las mismas medidas es necesario un tiempo dedicado a su calibración, limpieza y revisión. Otra premisa importante es la correcta instalación de unos y otros, en base a las normas establecidas por los organismos oficiales, lo que nos evitará muchos problemas a la hora de analizar y comparar los datos propocionados.

Los componentes de los equipos manuales se basan en propiedades físicas como la de la dilatación de un líquido en un tubo de vidrio (en el caso de los termómetros) o el aumento por efecto de la humedad de ciertos elementos orgánicos. En el caso de los equipos electrónicos, son los condensadores, resistencias y circuitos integrados los encargados de modificar las señales eléctricas que se traducen en las medidas apropiadas, así como de los programas adecuados y bien configurados que analizan los resultados obtenidos de dichos sensores.

A continuación se muestran una serie de fotografías que comparan los datos obtenidos de los equipos manuales y electrónicos y en los que resulta sorprendente su gran similitud:

Banda semanal del higrotermógrafo. En la zona superior se halla la gráfica de temperatura y en la inferior la de la humedad relativa.

Gráfica semanal del software que trata los datos procedentes del equipo automático. En la parte de arriba, en rojo, los datos de temperatura; en verde, los de humedad relativa. La aparente distorsión de las gráficas se debe a la diferente amplitud de la escala.



 Banda semanal del un barógrafo Fischer. Comparada con la curva inferior de la imagen anterior se puede deducir el perfecto ajuste entre el barógrafo tradicional y el automático.






















viernes, 25 de noviembre de 2011

La estación meteorológica (IV)

Los equipos del recinto meteorológico (cont).

El heliógrafo de Campbell-Stockes

El heliógrafo se utiliza para medir las horas de sol efectivas. El modelo más utilizado en España es el Campbell-Stockes que está constituído por una esfera de vidrio de 96 mm de diámetro, montada concéntricamente en el interior de un casquete esférico cuyo radio es tal quye los rayos solares forman un foco muy intenso (como si se tratase de una lupa) sobre una banda de cartulina encajada en las ranuras del casquete. Este lleva tres pares de ranuras paralelas en las cuales se pueden alojar tres clases de bandas diferentes.

La bola de cristal reposa sobre un soporte cóncavo, hacia arriba, de forma esférica. Una arandela elástica alcanza el borde de la bola y por medio de un tornillo y un disco mantiene oprimida a ésta contra el apoyo inferior. Con ello se logra una fijación más que suficiente.
Vista general del heliógrafo de Campbell-Stockes. con la banda correspondiente al verano
Para su instalación hay que elegir un emplazamiento en el que los rayos del sol puedan llegar al aparato sin impedimento durante todo el dia. En el caso de un recinto meteorológico, la zona donde debe instalarse siempre será al sur; otro emplazamiento pueden ser, por ejemplo, en una azotea. Sin embargo, lo más recomendable (según las normas de la OMM), es que el asentamiento del aparato sea firme, de manera que no sea posible una alteración del mismo por influjo de la temperatura, viento o humedad ni por las trepidaciones. Debe evitarse siempre la sustentación de madera y es recomendable la de piedra o mampostería o, en último caso, la de metal. La bola de cristal del heliógrafo deberá a estar a una altura de 1,30 m., sobre terreno de césped o hierba corta.

El heliógrafo consta de dos bases siendo la inferior (o fundamental) la que se fijará permanentemente a la obra de sustentación y que deberá nivelarse con un nivel de burbuja para que quede perfectamente horizontal con respecto al suelo. La base por encima de la placa fundamental puede moverse con respecto a ésta, de modo que el aparato pueda ajustarse por medio de las tuercas de fijación y al objeto de realizar con más precisión la afinación de la alineacion Norte-Sur.

Para la correcta instalación del heliógrafo son necesarios los ajustes siguientes:

1.- La base debe estar exactamente horizontal.
2.- El casquete o soporte debe disponerse de modo que la línea media (en sentido longitudinal) de la banda equinoccial se halle en el plano del ecuador celeste. Para ello existe una escala de latitudes marcada en la montura del casquete que facilita éste ajuste; debe coincidir la latitud del lugar con la marca situada a tal efecto.
3.- El plano vertical que pasa por el centro de la esfera y por la señal de mediodía marcada en el casquete, debe coincidir con el plano meridiano geográfico.

Heliógrafo ajustado en sentido horizontal (latitud del lugar) y longitudinal (longitud del emplazamiento)
El proceso más delicado del ajuste del heliógrafo es el que hay que realizar para adecuarlo al plano del meridiano. Es decir la linea N-S de la fotografia anterior debe coincidir exactamente con el meridiano del lugar de la instalación. Para ello se siguen estos pasos:

A) A las 12 horas hay que sumarle una o dos horas según el adelanto de la hora oficial (una en horario de invierno y dos en horario de verano).
B) Sumar o restar la longitud geográfica del lugar (expresada en tiempo, no en grados) para puntos situados al Oeste/Este del meridiano de Greenwich.

La conversión de la longitud geográfica expresada en unidades angulares a unidades de tiempo (es decir horas, minutos y segundos) es muy sencillo, teniendo en cuenta que:
1º, equivale a 4 minutos; 1', equivale a 4 segundos; y cada 15" equivalen a 1 segundo

C) Sumartle algebraicamente la ecuación del tiempo que ya vienen tabuladas en tablas especiales. 
 En el caso de que no figure el dia deseado será necesario interpolar.

Ejemplo de calibración:
OBSERVATORIO: Oviedo
LONGITUD: 5º 52' 24" W
FECHA: 13 de Febrero 

Convertimos la longitud geográfica a unidades de tiempo:
5º = 5 x 4 minutos = 20 minutos
52' = 52 x 4 segundos = 208 segundos
24" = 24/15 = 2 segundos

Entonces, 5º 52' 24" es igual a:  20 m + 208 seg + 2 seg;  ó igual a:  20 minutos, 210 segundos
Simplificando quedan: 23 minutos y 30 segundos
Como estamos al OESTE del meridiano de Greenwich, hay que sumar el resultado a la ecuación del tiempo.

Dicha ecuación, segun las tablas tabuladas vale 14 minutos y 18 segundos para el dia 13 de Febrero, y habrá que sumar 1 hora de adelanto oficial por ser horario de invierno. Por lo tanto:

(12 horas + 1 hora) + (23 minutos 30 segundos) + (14 minutos 18 segundos) = 13 horas, 37 minutos y 48 segundos.
Esto quiere decir que el dia 13 de Febrero el sol pasa por el lugar del emplazamiento del heliógrafo a las 13 horas, 37 minutos y 48 segundos, leído en un reloj que marque la hora oficial y, en ése instante, la sombra de cualquier obstáculo indicará exactamente el norte y sur geográficos.

D), Coger una banda adecuada a la época del año que corresponda y ajustar la marca impresa de las 12 horas con la señal grabada en el casquete del heliógrafo. El sol debe estar exactamente en ése punto.

Detalle del foco producido por la bola de cristal que va quemando la banda y dibujando la traza. La banda esta señalada en su mitad con el numero 12 y debajo de él la letra "S". A la hora de colocar la banda. está señal debe coincidir con la marca grabada en el casquete del aparato (una ranura longitudinal que se ve debajo de la banda.).
 
Si todos los ajustes están bien hechos, las quemaduras producidas por el sol a través de la esfera deben ser paralelas a la línea media de la banda. Un mal ajuste puede dar lugar a pérdidas considerables en el registro de horas de insolación, en ciertas épocas del año, por salirse de la banda la traza o quemadura. Una traza simétrica pero que no es paralela a la línea media de la banda, acusa falta de ajuste de latitud. Una traza asimétrica se debe a un mal ajuste respecto al meridiano o a una nivelación defectuosa. Una traza en posición correcta en los equinoccios pero que no es paralela a la línea media de la banda en otras estaciones del año, indica un desplazamiento del centro de la esfera de vidrio sobre el plano del ecuador. Y por último un centrado defectuoso da lugar a una traza muy ancha y mala definida en sus extremos.
Análisis de los registros

Como ya se había comentado  existen tres tipos de bandas que se colocan en las ranuras de la parte posterior del casquete metálico en función de la época del año. Son bandas impresas en cartón azul y graduadas en horas y semihoras.

Los tres tipos de bandas de registro. El bolígrafo se ha fotografiado junto a ellas como referencia de su tamaño.
Banda curva corta o de invierno: Se coloca desde el 13 de octubre hasta el 28 ó 29 de Febrero en la ranura superior.
Banda recta o equinoccial:  Se coloca desde el 1 de marzo al 12 de abril y también desde el 1 de septiembre al 12 de octubre, en la ranura intermedia.
Banda curva larga o de verano: Se coloca desde el 13 de abril hasta el 31 de agosto en la ranura inferior.

Para determinar la duración total de la insolación en un día se sigue este procedimiento:

a) En el caso de una traza limpiamente quemada, con los extremos redondeados, se rebaja la longitud del surco, o traza total, en un valor igual a la mitad del radio de curvatura de cada extremo; en general ésta rebaja corresponde a una reducción de 0,1 de hora de la longitud total del surco quemado.

b) En el caso de quemaduras circulares, la longitud media debe ser igual a la mitad del diámetro de la quemadura. Si apareciesen varias trazas circulares en una misma banda, basta tener en cuenta, en general, que 2 ó 3 trazas corresponden a 0,1 de hora de insolación; 4, 5 ó 6 trazas, a 0,2 horas de insolación, y así sucesivamente por pasos de 0,1 hora.

c) Cuando la traza no es más que una quemadura estrecha o una simple mancha, haya que medir la longitud total de la traza.

d) Cuando la anchura de una traza continua se reduce durante algún tiempo en un 1/3 por lo menos, hay que restar de la longitud total 0,1 de hora por cada estrechamiento, pero la duración máxima así sustraída no debe sobrepasar la mitad de la longitud total de la traza.

Actualmente existen plantillas impresas de metacrilato, cuyas marcas están divididas en décimas de hora,  que colocadas encima de la banda permiten leer con más facilidad el tiempo de insolación.

banda de invierno retirada del heliógrafo y plantilla para realizar el cómputo de las horas de sol.

En la fotografia superior tenemos una banda del heliógrafo que corresponde a la época de invierno, con una traza perfectamente paralela a la línea media de la misma, lo que denota una buena instalación de aparato en cuanto a la nivelación, latitud y  longitud de su lugar de emplazamiento.

Se había comentado anteriormente que éstas bandas van divididas en horas y semihoras que se corresponden con la hora solar y no con la hora oficial; pero esto no tiene ningúna importancia a la hora de contabilizar el tiempo de insolación.

El sol comienza a quemar la banda un poco después de las 11:15Z y finaliza unos minutos antes de las 15:20Z. El trazo es uniforme, continuo y bien definido. De su análisis podemos deducir que hay tres horas exactas (de 12 a 15), más las fracciones correspondientes que suman respectivamente 0,7 décimas de hora (antes de las 12) y 0,3 décimas de hora despues de las 15. Entonces la suma total de las horas de sol sería:  0,7 + 3 + 0,3 = 4 horas.





















 




















jueves, 24 de noviembre de 2011

La estación meteorológica (III)

Los equipos del recinto meteorológico

Pluviómetro y pluviógrafo


Son los equipos destinados a medir la precipitación, es decir, la cantidad de agua que en forma de lluvia, nieve y granizo (también la niebla forma parte de la precipitación aunque sus registros sean la mayoría de las veces inapreciable) recibe la superficie de la tierra en el lugar de la observación.

Para conseguir la posible exactitud y facilidad en los estudios climatológicos es importante que exista uniformidad en la instalación de los aparatos, así como en los métodos de observación.

El pluviómetro que se utiliza en España como modelo oficial es el de Hellmann que está formado por un tubo cilíndrico terminado en su parte superior por una boca circular de 200 centímetros cuadrados de superficie (16 cm. de diámetro), perfectamente limitada por un anillo de bronce. El agua recogida en ésta boca cae, a través de un embudo, a una vasija interior, la cual queda aislada del cilindro exterior por una capa de aire que evita la evaporación del agua recogida.

Pluviómetro oficial Hellmann de la estación meteorológica de Ojáiz-Peñacastillo
El pluviómetro se cuelga por medio de aros y grapas en un poste, de modo que su boca quede horizontal con respecto al suelo y a 1.50 metros de éste. Dicho poste no debe rebasar la altura de la boca para que no salpique el agua de lluvia ni sirva de estorbo cuando haya viento. La instalación ha de hacerse en un lugar donde pueda recibir el agua de la precipitación, aunque caiga con alguna inclinación, a una distancia de edificios y árboles mayor que la altura de éstos obstáculos y sin que esté expuesto a ser batido por vientos fuertes. El suelo conviene que esté cubierto de césped.

Para medir la precipitación se vierte el agua del depósito interior en una probeta graduada, cuidando de que no se derrame nada; se coge ésta con dos dedos por cerca de la boca, de modo que quede vertical y se ve a la altura a la que ha llegado el agua.

Vertido del agua recogida en la vasija interior del pluviómetro hacia la probeta
Debido a la capilaridad del agua, que tiende a ascender por los bordes de la probeta, hay que prestar especial atención a la hora de efectuar la medida. Por ello se tomará la cantidad de agua que esté perfectamente horizontal dentro de la probeta y no la que parece figurar en los bordes.

Media de la precipitación por medio de la probeta. Vemos como el agua parece elevarse por las paredes de la probeta, pero la medida real es la parte horizontal del líquido. En este ejemplo la precipitación ha sido de 6,2 mm.

Hay que observar que estos mismos números indican los milímetros de altura que alcanzaría el agua de la lluvia sobre un terreno completamente horizontal, impermeable y no sujeto a ningún tipo de procesos de evaporación, puesto que un milímetro es la altura que corresponde a un litro de agua por metro cuadrado.

En el caso de que haya nieve en el colector se echa, por la boca del pluviómetro, una cantidad de agua caliente (perfectamente medida con la probeta), necesaria para derretir la nieve; se mide después toda la cantidad de agua del receptor y se descuenta la cantidad de agua caliente medida con anterioridad.

El pluviógrafo no es más que un pluviómetro registrador que permiten obtener un registro continuo de la precipitación y que se utiliza para los siguientes fines:
- Determina las horas de comienzo y fin de la precipitación.
- Determina la intensidad de la lluvia en todo momento.

El pluviógrafo puede ser de diferentes tipos atendiendo al dispositivo o mecanismo que registra la cantidad de agua caída. Entre ellos los hay de flotador, de balancín o de peso. En España  se utiliza el tipo flotador para los pluviógrafos manuales y el de balancín para los automáticos.

En el caso del pluviógrafo de tipo flotador, la lluvia cae dentro de un depósito que contiene un bombín hueco y muy poco pesado; el movimiento vertical del flotador, a medida que sube el nivel del agua dentro del depósito, se transmite mediante un mecanismo apropiado, a una plumilla que se desplaza sobre una banda de papel especial.
Funcionamiento del pluviógrafo de flotador: El agua de la precipitación entra por la boca del aparato (de medidas iguales a las del pluviómetro) y cae (1) a través de un conducto al interior del depósito (2). Al subir el nivel del agua dentro de éste acciona el flotador interior que hace que suba la plumilla (3) a través de unas guías. La plumilla va dibujando en la banda del papel la altura que alcanza la precipitación (4). Cuando el depósito se llena (que debe coincidir con una cantidad de 10 mm), el sistema se sifona (5) y el agua se vierte a un recipiente totalizador; entonces la plumilla desciende hasta la parte inferior de la banda (señalada con 0 mm). Si continúa lloviendo el proceso se repite de nuevo. 

Para contabilizar la precipitación registrada en el pluviómetro se deben tener en cuenta sólo las curvas ascendentes (que tendrán más o menos pendiente en función de la intensidad). El proceso de vaciado del depósito viene señalado por una marca recta descendente. Las bandas del aparato vienen graduadas en décimas de milímetro (hasta 10), en la escala de precipitación y en horas (escala de tiempo); dentro de cada hora la división es de diez en diez minutos.

La medida oficial de la precipitación siempre será la del pluviómetro. Para que la cantidad recogida en éste como la registrada por el pluviógrafo sean coincidentes es necesario recurrir a un coeficiente de precipitación. La intensidad máxima de la lluvia se calcula buscando en la banda la cantidad mayor de agua recogida en 10 minutos. Por medio de una regla de tres se obtiene la intensidad de la precipitación expresada en milímetros/hora.

Banda del pluviógrafo en el que se muestra la cantidad de precipitación recogida. La mayor cantidad de precipitación en 10 minutos ocurrió entre las 21.45 y 21.50Z (76 décimas de mm). Esta cantidad, multiplicada por 6 y dividida entre 10 nos da una intensidad máxima de 45,6 mm/hora. Es decir, si hubiese seguido lloviendo con lasmisma fuerza, cada hora se habrían recogido 45,6 mm.

Anotación de los registros de la banda del pluviógrafo.
Esta es una operación que hay que realizar con sumo cuidado y si bien es cierto que ya los programas informáticos ayudan a la corrección de las bandas, el observador de turno debe conocer cómo analizarlas manualmente en previsión de que fallen los ordenadores.
Algunas de las normas que deben aplicarse en el análisis para posteriormente pasar los datos a los cuadernos de registro son:
- Las cantidades máximas en intervalos de 10, 20, 30 y 60 minutos, de 2, 6 y 12 horas y el total diario deben formar una sucesión monótona creciente para cada día; es decir, cada término deberá ser mayor o igual que el anterior.

- La cantidad máxima en un intervalo de duración "T"  (20 min., 60 min., 2 horas, 12 horas y total diario) no pueden superar al doble de la cantidad máxima que figura en el intervalo de duración mitad de "T" (10 min., 30 min., 6 horas y 12 horas, respectivamente), para cada día.
- Las cantidades máximas en intervalos de 60 min, 2, 6 y 12 horas, no pueden ser menores que la máxima suma de las que figuran en las casillas horarias de su izquierda agrupadas consecutivas con igual duración total; ni tampoco pueden superar a la máxima de éstas casillas horarias consecutivas con duración de una hora más (2, 3 7 y 13 horas, respectivamente).

- La duración de la precipitación (en horas y minutos) no puede superar al número de horas que figuran con precipitación en las casillas horarias de su izquierda.

- La cantidad máxima en 30 minutos no puede superar al triple de la máxima en 10 minutos.

- La cantidad máxima en 60 minutos no puede superar al triple de la máxima en 20 minutos, ni al séxtuplo de la máxima en 10 minutos.

- La cantidad máxima en 6 horas no puede superar al triple de la máxima en 2 horas, ni al séxtuplo de la máxima en 60 minutos.

- La cantidad máxima en 30 minutos no puede superar a la suma de las máximas en 10 y 20 minutos.

- La duración diaria (horas y minutos) no puede superar a la duración del intervalo en que la cantidad máxima sea igual al total diario.

Teniendo en cuenta estas reglas las anotaciones derivadas del análisis de las bandas se pasan a la hoja de repartición horaria de la precipitación e intensidades máximas































miércoles, 23 de noviembre de 2011

La estación meteorológica (II)

El interior de la garita meteorológica

Como habíamos comentado en la entrada anterior, la garita o caseta meteorológica es un abrigo o protección para los equipos instalados en su interior. Recordemos que debe estar instalada sobre terreno natural, generalmente de hierba corta o césped; la base inferior de la garita debe estar situada a 1.20 metros de ése suelo; está diseñada de tal forma que facilite la libre circulación del aire en su interior y al mismo tiempo que proteja los aparatos de cualquier tipo de radiación exterior. Para conseguir esto se contruyen con paredes dobles constituídas por persianas simples, inclinadas a 45º con respecto a la horizontal. La puerta debe estar siempre orientada al norte (en el hemisferio septentrional) y al sur en el hemisferio meridional.

Dentro del abrigo meteorológico se colocan una serie de instrumentos destinados a medir y registrar algunas de las variables más importantes en meteorología: Los termómetros de extremas (de máxima y de mínima), el psicrómetro (termómetro seco y húmedo), el evaporímetro (para medir la evaporación del agua) y el higrotermógrafo, que indica la variación temporal de la temperatura y la humedad en sendas gráficas.

Termómetros de máxima y mínima

Son un par de termómetros colocados 30 cm por encima de la base de la garita meteorológica. Se basan en la propiedad física de la expansión de un líquido en un tubo de vidrio. El termómetro de máxima se instala por encima del de mínima, con el bulbo del mercurio en posición ligeramente inferior que el otro extremo del termómetro. El mercurio no puede ser empleado como líquido termométrico más que para temperaturas superiores a los -36,0ºC, pues su punto de congelación está justamente por debajo de ésta temperatura.

En el capilar por donde se expande el mercurio existe una estrangulación a la salida del depósito. Cuando la temperatura desciende, después de haber alcanzado su valor máximo, el mercurio no puede bajar más allá de la estrangulación, siempre que el termómetro esté casi horizontal (por eso se coloca un poco inclinado). La temperatura máxima se lee en el extremo de la columna de mercurio más alejada del bulbo.

Detalle de la estrangulación del capilar del termómetro de máxima a la salida del depósitode mercurio.


En la foto anterior vemos que el mercurio se aproxima mínimamente a los 15,5º. La lectura real es de 15,4ºC.

Para las medidas con el termómetro de mínima  se utiliza el alcohol (pues su punto de congelación es mucho más bajo que el del mercurio) cuyo capilar contiene un índice de vidrio, de color oscuro, muy ligero. Este índice se desplaza libremente en el líquido pero no emerge debido a la tensión superficial. Por lo tanto, el termómetro debe colocarse en posición perfectamente horizontal. Cuando la temperatura desciende la columna de alcohol se contrae y el índice es arrastrado hacia el depósito del instrumento. Cuando la temperatura sube, la columna de alcohol se alarga pero no ejerce ninguna fuerza sobre el índice que permanece estacionario.

Depósito de alcohol del termómetro de mínima
 En la foto siguiente vemos cómo el índice ha quedado inmóvil mientras que la columna de alcohol, al subir la temperatura, se aleja del mismo. La lectura de la temperatura está señalada por el extremo derecho de ése índice.


En general ambos termómetros se leen dos veces al dia y tras cada anotación deben colocarse de tal manera que permitan la siguiente lectura, tanto de la máxima como de la mínima. En el termómetro de máxima es necesario hacer entrar de nuevo el mercurio dentro del depósito a través de la estrangulación para formar una columnna continua. Para ello se coge el termómetro firmemente en la mano, con el depósito hacia abajo y se le sacude vigorosamente realizando con el brazo una o dos oscliaciones rápida, muy semejantes a las que se efectuán en los termómetros clínicos antes de medir la temperatura corporal. Para poner "a cero" el termómetro de mínima sólo es necesario inclinarlo levemente, con el depósito hacia arriba, de forma que el índice se deslice hasta que esté de nuevo en contacto con el alcohol. A estas operaciones se las llama poner los termómetros en estación.

El psicrómetro

En este caso los dos termómetros están colocados verticalmente y el bulbo de uno de ellos está envuelto en una gasa o mecha humedecida con agua destilada o agua de lluvia, de modo que siempre indicará una temperatura menor. Al hacer la observación deben hacerse las lecturas de los dos termómetros lo más simultáneamente que sea posible, pero antes hay que asegurarse de que el depósito húmedo recibe la suficiente cantidad de agua.

El psicrómetro (los termómertros colocados en posición vertical) y el bulbo de uno de ellos envuelto en una gasa humedecida con su correspondiente depósito de agua destilada.
   
La diferencia de temperaturas entre los dos termómetros se denomina diferencia psicrométrica . En base a ella y con la ayuda de tablas de doble entrada puede calcularse la tensión del vapor (es decir, la presión que ejerce sólo el vapor de agua en la atmósfera), la humedad relativa del aire y la temperatura del punto de rocío. Las tablas reciben el nombre de Tablas psicormétricas. Tras la anotación de las temperaturas no es necesario ponerlos en estación.

El higrotermógrafo

Es un equipo registrador que dibuja en dos gráficas diferentes la variación temporal de la temperatura y la humedad del aire. El sensor de temperatura se basa en la dilatación y contracción de dos metales diferentes. Las dos tiras metálicas están soldadas una encima de la otra y, en general, arrolladas en forma de espiral. La tira metálica exterior  se dilata mucho menos que la tira interior (normalmente de latón) de tal forma que, cuando la temperatura aumenta, la espiral tiende a desenrrollarse. Este movimiento se amplifica por un sistema de palancas simple al cual está unido un largo brazo que soporta una plumilla. 

Detalle de las láminas bimetálicas del sensor de temperatura en el higrotermógrafo
Gráfica temporal de la temperatura
El sensor de humedad, dentro del mismo aparato, consta de un haz de cabellos humanos. Cuando éstos no están impregandos de sustancias grasas, varían con la humedad relativa del aire. Las variaciones de longitud de los cabellos son amplificadas por un sistema de palancas y registradas por medio de una pluma sobre una banda especial colocada en un tambor que gira con movimiento uniforme.

Haz de cabellos del sensor de humedad en el higrotermógrafo
Tambor de relojería al que se le ha acoplado una banda especial de modo que en la parte superior queda registrada la variación de temperatura y en la inferior, la de la humedad relativa.

El evaporímetro

Tambien llamado atmómetro, el de uso más corriente es el del tipo Piché. Está formado por un tubo de vidrio graduado, abierto por uno de sus extremos en el cual se coloca un disco poroso después de haberlo llenado de agua destilada, y luego se invierte.

El disco poroso permanece siempre mojado por el agua del tubo. La evaporación se mide leyendo la altura del agua desaparecida del tubo graduado. El evaporímetro de Piché solo reacciona a la humedad relativa y a las variaciones de velocidad del viento que atraviesa la garita. Pero no responde a las variaciones de la radiación solar recibida por la superficie terrestre que la rodea..


Detalle del evaporímetro Piché
Disco poroso de papel secante sujeto al evaporímetro mediante un fleje metálico
Aunque el instrumento sea manejable y sencillo no permite obtener indicaciones que guarden estrecha relación con la evaporación de las superficies naturales. Esto se debe a la forma de exposición del aparato, pero también los depósitos de polvo y arena sobre la superficie evaporante pueden falsear seriamente las lecturas.