Tag Archives: Radar

Fenòmens de “temps sever” a Catalunya: cap a una base de dades històrica d’episodis

Els fenòmens meteorològics que denominem de temps sever (de l’anglès “severe weather”) són aquells que poden causar danys materials o posar en risc la vida de les persones. En tractar-se d’un terme que pot incloure diversos fenòmens amb diferent grau d’afectació, s’han definit una sèrie de llindars per poder-lo quantificar. Així, i seguint les pautes del National Weather Service (http://www.weather.gov/), el temps sever al qual ens referirem a continuació correspon a pedra de diàmetre superior a 2 cm, o a ratxes de vent superiors a uns 25 m/s (encara que a altres regions, aquests llindars poden ser diferents– vegeu, per exemple: http://www.nws.noaa.gov/os/severeweather/). El vent es pot donar en forma de tornado (rotacional) o bé en una direcció concreta (generalment, en forma del que coneixem com a esclafit-http://www.termcat.cat/ca/Cercaterm/esclafit). Si bé hi ha altres fenòmens associats a les tempestes severes, com ara llamps o pluges d’elevada intensitat, aquestes manifestacions no es consideren com a indicadors de la “severitat” de la tempesta. Tanmateix, la presència i detecció de determinats patrons associats a aquests últims fenòmens són fonamentals per a la diagnosi i predicció a curt termini de la possible severitat de la tempesta.

Com es pot comprovar a diferents bases de dades consultables per internet (http://sinobas.aemet.es/ o http://www.eswd.eu/), el nombre d’episodis de temps sever observats a Catalunya en els darrers anys (aproximadament, des de 2001) és força elevat. A la figura 1 es mostra un recull global de totes aquestes observacions, que s’han incorporat a una primera base de dades preliminar. Cal dir, però, que tot i la utilitat d’ambdues bases de dades, com que es centren únicament en les observacions de la població autòctona, aquestes tenen dos punts febles (Smith et al., 2012): són sensibles a la densitat de població i a l’hora del dia en què es produeixen. Així, les àrees rurals o de muntanya presenten menys registres (i amb un menor número de proves documentals, com fotografies o vídeos) i per altra banda hi ha menys registres a hores “intempestives”, perquè durant la matinada la probabilitat d’observació d’aquests fenòmens decreix notablement. Finalment, cal fer esment de l’exactitud de les dades registrades. Les coordenades i les hores no són sempre exactes (fet que, com es veurà més endavant, és molt important), ja que no sempre l’observador es troba a prop del fenomen; el registre es guarda força temps a posteriori -motiu pel qual algun dels camps no queda ben definit- o hi ha errades en la introducció dels mateixos camps.

La Fig.1 presenta la distribució de casos de temps sever a Catalunya, i si bé mostra una sèrie de patrons coneguts, això no treu que sigui d’interès visualitzar-los: la gran quantitat d’episodis de pedregades que s’enregistren a la Plana de Lleida; el gran nombre de casos de vents convectius forts a les zones litorals de Tarragona i Barcelona; i, finalment, una densitat moderada de casos al prelitoral sud i a la Plana de Vic, però en ambdós casos, repartits en situacions de pedra i vent. Totes les zones esmentades anteriorment tenen densitats de poblacions més o menys elevades (o suficients per a poder detectar els fenòmens). La primera pregunta que cal fer-se és si aquesta situació és real (és a dir, tots els fenòmens severs es donen a les zones indicades), o bé es troba esbiaixada per aquesta densitat de població. La segona és si resulta possible crear una base de dades completa, amb el mínim d’errors possibles, i que es vagi actualitzant de manera automàtica quan un cas d’aquests es produeixi.

fig1
Figura 1: distribució de casos de temps sever a Catalunya, en base d’informació disponible a Internet, per al període 2001-2015

Llegir més…

Parlant d’interferències al radar meteorològic

El “radar meteorològic”, pel públic en general,  és la imatge que s’ofereix a la web pública (http://www.meteo.cat/observacions/radar). En aquesta imatge identifiquem unes “taques” de colors (generalment de tons blaus i verds) com a nuclis de precipitació projectades sobre la superfície (figura 1). D’aquesta manera podem saber en l’espai i el temps si s’ha produït precipitació en els darrers minuts en una àrea determinada, o si preveiem que precipitarà sobre un territori concret en el futur immediat. En el cas que el producte radar visualitzat sigui prou sofisticat, podrem fer una bona estimació de la intensitat de precipitació (mm o l/m2), com és el cas de la imatge que actualment es mostra a la web. Tècnicament es parla de l’estimació de la precipitació vista pel radar, o precipitació radar, tot i que en realitat aquesta magnitud no és una dada que el radar mesuri directament, sinó que s’obté a través d’un seguit de processos força sofisticats, a partir de la part proporcional d’energia que rep el radar respecte del total que emet i que els diferents objectes que s’interposen al feix radiat són capaços de retornar.

Figura 1. Imatge web de l’estimació de precipitació, a partir d’un producte compost dels radars meteorològics del Servei Meteorològic de Catalunya

Cal comentar que la imatge de l’estimació de la precipitació proporcionada a la web és un producte compost a partir de les mesures de diversos radars. En concret, el Servei Meteorològic de Catalunya (SMC) disposa de quatre radars meteorològics que constitueixen la Xarxa de Radars del SMC (XRAD). Així doncs, també es poden barrejar afectacions provinents de més d’un radar.

Tot i les diferències existents entre els quatre equipaments, la XRAD és força homogènia. En concret, tots els radars operen de forma coherent i en la mateixa banda de l’espectre electromagnètic (banda C, a uns 5,6 GHz). Així doncs, gràcies a la configuració de la seva tecnologia, cada radar està dissenyat per obtenir un senyal de retorn – o ecos – que és òptim quan el senyal emès és interceptat per nuclis de precipitació. Cal tenir en compte, però, que en realitat el senyal que mesura un radar meteorològic és de naturalesa diversa i conté un elevat nombre de retorns que no es corresponen a precipitació. A banda, en aquest text, no farem referència a les variacions dels ecos de precipitació que ocasiona el fet que aquesta, molt sovint, es presenta en intensitat i formes diverses (aigua líquida, aiguaneu, calabruix, calamarsa, pedra, neu o una barreja d’elles). A la figura 2 es representa un pictograma que recull una idea general sobre el conjunt d’afectacions.

 

Figura 2.- Pictograma (adaptat de Collier C. G., 1989) que representa un conjunt de fenòmens que modifiquen i pertorben el tipus de senyal rebut pels radars: 1) atenuació del senyal per intensitat de precipitació; 2) bloqueig del senyal per l’orografia; 3) refracció del feix radar amb propagació anòmala; 4) efecte de banda brillant per l’aparició de la isoterma de zero graus a l’interior d’un núvol amb precipitació; 5) afectacions externes a causa de parcs eòlics, xarxes radioelèctriques o bandes d’ocells migratoris, entre d’altres.

 

En aquest text, volem parlar de les “taques” que no es corresponen amb precipitació, que sovint apareixen com a “soroll”, i que podem considerar ecos no meteorològics o anòmals. En concret, volem parlar de les afectacions causades per senyals electromagnètics. Aquestes afectacions les podem reconèixer perquè apareixen com a interferències. És a dir, línies o traces lineals i força contínues que ocupen una direcció concreta i tenen una llargada significativa sobre la imatge radar, tal com s’aprecia a la figura 3. La figura 3 mostra una imatge de reflectivitat (mesurada en dBZ i que és la magnitud pròpia del radar meteorològic corresponent a la quantitat d’energia retornada pels blancs), que conté, entre altres ecos anòmals, l’afectació de diverses interferències. Com es pot observar, les interferències són força molestes per a la visualització dels ecos que sí que són meteorològics o associats a precipitació. Les interferències que “embruten” la imatge radar significativament són aquelles que persisteixen de forma contínua en el temps, i que, com explicarem més endavant, són les més difícils d’eliminar.

 

Figura 3.- Producte de reflectivitat compost pels radars de la XRAD (dBZ) amb correccions primàries tipus Doppler, on apareixen diverses interferències entre altres tipus d’ecos.

 

En realitat, cal tenir en compte que el primer que s’obté com a imatge composta són dades en les que no s’aplica encara cap tipus de correcció i que generen una imatge com la que mostra la figura 4 i que podem comparar amb la figura anterior. Com es pot comprovar a la figura 4, apareixen un conjunt elevat de “taques” noves (en aquest cas, de reflectivitat total –dBT–) que no es corresponen amb precipitació. La majoria d’elles són ecos de terra producte de la topografia, així com ecos produïts pel mar, i, més marcadament en forma de línies, apareixen interferències produïdes per xarxes radioelèctriques que emeten en bandes molt properes a les dels radars meteorològics, contaminant les direccions dels azimuts afectats. Tots aquests senyals no desitjats es filtren en diferents etapes durant el processament i tractament del senyal (tal com es pot apreciar comparant altra vegada les figures 3 i 4). En el cas de la imatge a la web, encara s’aplica un post-processament més exigent i sofisticat que, entre altres coses, converteix la reflectivitat en precipitació i “neteja” aquests efectes en temps real.

 

Figura 4.- Producte de reflectivitat compost pels radars de la XRAD (dBT) sense correccions primàries.

 

Finalment, en determinats casos, els filtres que s’apliquen són incapaços d’eliminar del tot aquests senyals no desitjats. I en quins casos pot passar això? Bàsicament, podem trobar dues situacions: la primera, més puntual, és deguda al Sol, que com a font de radiació electromagnètica d’origen natural, apareix principalment a la sortida i a la posta de forma puntual. El segon cas, que és el més problemàtic, és d’origen radioelèctric a causa de les xarxes de telecomunicacions que de forma directa i/o poc controlada ocupen les bandes d’emissió reservades als radars meteorològics, sovint de forma continuada. En concret, cal esmentar aquelles xarxes locals, moltes d’elles municipals, que utilitzen tecnologies WIFI o WiMAX i que aprofiten bandes gratuïtes i adjacents als canals d’ús meteorològic. Moltes d’elles, en realitat, estan ocupant poc o molt les freqüències d’ús reservades pels diferents radars meteorològics, i és en aquests casos quan el radar percep el senyal aliè com si fos un senyal propi i permanent.

 

I com és que passa això? Com a xarxa radioelèctrica, la XRAD compleix la legislació sobre l’ús del domini radioelèctric. En concret, el que es desplega de la Llei General de Telecomunicacions, la Llei 32/2003 i el Reial Decret 863/2008, de 23 de maig, de desenvolupament de la Llei 32/2003 i posteriors modificacions. D’acord amb l’anterior, cadascun dels radars de la XRAD té reservat un canal dins la banda assignada pel Cuadro Nacional de Assignación de Frecuencias (CNAF). Per aquestes reserves, es paga una taxa anual per tal de fer vigent un expedient que garanteixi, a nivell legal, l’ús exclusiu d’aquestes freqüències d’acord amb l’abast i el canal reservat. Malgrat aquesta reserva legal, és molt difícil controlar les freqüències d’ús dels operadors lliures, i, per tant, cal que els diferents operadors coneguin i apliquin les mesures adequades.

Així doncs, si veiem interferències a la imatge radar, estarem davant d’un cas de contaminació electromagnètica. Un cas que derivarà en una sèrie d’actuacions per part de l’SMC que tinguin com a objectiu final la seva eliminació en compliment de la legislació vigent, el bon ús de les xarxes de telecomunicacions i l’interès general.

 

Podeu trobar més informació complementària a:

http://www.meteo.cat/wpweb/divulgacio/radar-meteorologic/com-sobtenen-les-imatges-radar/

http://static-m.meteo.cat/wordpressweb/wp-content/uploads/2014/11/18114749/XRAD.pdf