Instrumentación meteorológica en aeropuertos

Por: Blanca González López

A pesar de la excelente performance de los aviones actuales, la meteorología todavía tiene un impacto importante en la seguridad y en la eficiencia económica de los vuelos. Por ello es de vital importancia que los informes del tiempo sean fiables, que se realicen con precisión y calidad y que estén disponibles a la hora establecida según los acuerdos entre las autoridades meteorológicas y aeronáuticas correspondientes.

­­­­­­Los datos meteorológicos son esenciales para la toma de decisiones en la planificación de las operaciones aéreas. La importancia de las observaciones meteorológicas para la aviación es tal que, por ejemplo, los datos de viento se utilizan para seleccionar las pistas en servicio, para procedimientos de atenuación de ruido y para la determinación del peso máximo permitido en el despegue y aterrizaje; o que los datos de temperatura influy­­­­­­en en la longitud de pista requerida para el despegue.

Los sistemas de observación meteorológica en aeropuertos han de cumplir los estándares de calidad establecidos por la Organización Meteorológica Mundial y la Organización de Aviación Civil Internacional (International Standards and Recommended Practices). El documento WMO-No.49 – Volume II – Meteorological Service for International Air Navigation contiene las normas para dar servicio meteorológico a la aviación internacional, normas que también recoge el Anexo 3 al Convenio de Chicago de la OACI; ambos documentos se actualizan regularmente de mutuo acuerdo entre ambas organizaciones. A su vez, el documento WMO-No. 1001 Guide to the Quality Management System for the Provision of Meteorological Service for International Air Navigation informa de las normas de calidad ISO 9001 Quality Management System requeridas para la implementación y mejora de los servicios para la Aviación.

Los parámetros meteorológicos que han de observarse en un aeropuerto son:

–       el viento en superficie,

–       la visibilidad y el alcance visual (RVR: Runway Visual Range) en todas las pistas operativas en situaciones de visibilidad reducida,

–       el tiempo presente,

–       las nubes y en caso de cielo oscurecido la visibilidad vertical,

–       la temperatura del aire y la temperatura de rocío, y

–       la presión atmosférica.

En situaciones de condiciones meteorológicas significativas, como por ejemplo alertas de cizalladura, precipitación reciente o informes del estado de las pistas, es necesario dar información suplementaria, particularmente en las áreas de aproximación y ascenso.

Los Servicios Meteorológicos tienden a automatizar en la medida de lo posible los sistemas de observación en aeropuertos. Actualmente muchas de las observaciones se realizan automáticamente por equipos conocidos como AWOS (Automated Weather Observing System), ASOS (Automated Surface Observing System) y AWSS (Automated Weather Sensor System) que consisten en unos sensores electrónicos conectados a un ordenador que miden algunos parámetros meteorológicos, analizan los datos y los suministran a los usuarios en tiempo real.Actualmente estos equipos automáticos están en desarrollo y todavía no son capaces de medir algunas condiciones meteorológicas que son de interés para las operaciones, como por ejemplo la niebla en bancos o el humo. Por ello, en muchos aeropuertos el personal de meteorología todavía se encarga de realizar observaciones visuales, añadiendo la información que no se puede medir automáticamente, además de supervisar y solucionar cualquier contingencia en caso de fallo de las estaciones automáticas.

La instrumentación meteorológica en aeropuertos se puede agrupar en:

– Equipos de campo (incluyo en este apartado los equipos de observaciones estándar de superficie y los equipos de teledetección, aunque la información de estos equipos debe tratarse separadamente de las observaciones estándar), y

– Equipos de oficina

EQUIPOS DE CAMPO

El equipo de observación o conjunto de sensores de parámetros meteorológicos deberá situarse lo suficientemente alejado de cualquier fuente que afecte significativamente a la calidad de los datos. Su localización dependerá de los parámetros a evaluar. Algunos instrumentos meteorológicos están situados en el llamado jardín meteorológico del aeropuerto, zona protegida por un vallado, mientras que otros sensores están situados en diferentes localizaciones fuera del jardín meteorológico.

Para la medida de los diferentes parámetros se utilizan los siguientes equipos de observación:

1.- MEDIDA DEL VIENTO: Anemómetros y perfiladores de viento.

2.- MEDIDA DE LA VISIBILIDAD: Transmisómetros y escaterómetros

3.- MEDIDA DEL TIEMPO PRESENTE: Sensores de tiempo presente.

4.- MEDIDA DE LAS CONDICIONES DEL CIELO: Ceilómetros o nefobasímetros.

5.- MEDIDAS DE LA TEMPERATURA Y LA TEMPERATURA DEL ROCIO: Termómetros e higrómetros.

6.- MEDIDAS DE LA PRESIÓN: barómetros.

Este conjunto de instrumentos requiere de los correspondientes accesorios de instalación, así como modems y otros equipos de comunicaciones y transmisores de datos para que la información obtenida pueda ser difundida a los usuarios aeronáuticos en tiempo real.

[ En este primer artículo, sólo vamos a ver los tres primeros de ellos, dejando los tres restantes para una siguiente entrega debido a la extensión del artículo.]

1.- MEDIDA DEL VIENTO: Anemómetros y perfiladores de viento

Las medidas de viento se realizarán con sensores posicionados a 10 metros sobre el suelo. La localización y número de sensores a instalar en un aeródromo ha de tener en cuenta las áreas de limitación de obstáculos, los vientos predominantes en el aeródromo y ha de ser exhaustivamente estudiada por expertos.

El equipo básico para medir la velocidad del viento es el anemómetro de cazoletas, éste consiste en un sistema de tres cazoletas que el viento hace rotar horizontalmente en torno a un eje, obteniendo una estimación de la intensidad media del viento, que vendrá expresada en kilómetros por hora o en nudos.

Para medir la dirección se utiliza la veleta. La dirección es aquella de dónde sopla el viento, que es la dirección a la que apunta la flecha de la veleta, dirección referida al norte geográfico también llamado norte verdadero. Se expresa en grados sexagesimales con tres dígitos, según la rosa de los vientos.

Los anemómetros sónicos son sensores capaces de determinar el vector velocidad por medio de la influencia de dicho vector sobre la transmisión de señales de ultrasonidos entre transmisores y receptores

Algunas de sus ventajas con respecto al anemómetro de cazoletas son que no tiene partes móviles y que es capaz de medir el vector de viento completo en un punto, mientras que los de cazoletas no.

Los perfiladores de viento son sensores de teledetección que permiten obtener de forma continua, mediante el uso de impulsos acústicos (SODAR- Sonic Detection and Ranging) y sirviéndose del efecto Doppler, estimaciones del viento a diferentes alturas sobre su localización. El conocimiento del gradiente del viento con la altura es esencial en las operaciones de despegue y aterrizaje, fases del vuelo muy influenciadas por la cizalladura del viento.

Los sistemas de alerta de cizalladura a baja altura, LLWAS (Low Level Wind shear Alert Systems), alertan de cizalladura a baja altura en los corredores de las pistas. Consisten en una serie de anemómetros que miden la velocidad y dirección del viento en diferentes puntos a ambos lados de las pistas, detectando eventos de cizalladura y microrráfagas. Permiten avisar en tiempo real a los pilotos en aproximación y despegue de la potencialidad de dicho fenómeno con el fin de evitarlo.

2.- MEDIDA DE LA VISIBILIDAD: Transmisómetros, Escaterómetros y Luminancímetros.

La visibilidad debe ser observada con referencia a objetos cuya distancia desde el punto de observación es conocida. Se observarán también variaciones significativas de la visibilidad con la dirección, de especial importancia en el área de aproximación. En la mayor parte de los casos la visibilidad y sus variaciones con la dirección pueden ser determinadas por observaciones visuales, pero cada vez es más frecuente la utilización de sensores automáticos, de gran utilidad en condiciones de baja visibilidad.

Como sensores automáticos para determinar la visibilidad se utilizan los transmisómetros y los escaterómetros. Estos deben situarse a una altura de aproximadamente 2,5 metros del suelo y su localización exacta se determinará teniendo en cuenta consideraciones meteorológicas aeronáuticas. Los datos se muestran en los monitores de los usuarios y se actualizan continuamente.

El transmisómetro mide el coeficiente de extinción o factor de transmisión de la luz en un volumen de aire. Un emisor emite una luz de intensidad conocida hacia un receptor fotoeléctrico situado a una distancia conocida y perfectamente alineado con el emisor. El coeficiente de extinción se determina a partir de la cantidad de luz perdida en el trayecto del emisor al receptor.

Los transmisómetros son instrumentos muy fiables en condiciones de baja visibilidad y se utilizan para medir lo que se conoce como alcance visual en pista (RVR Runway Visual Range).

Los escaterómetros son instrumentos que miden el coeficiente de dispersión de la luz en un pequeño volumen de aire. Un emisor emite una luz de intensidad conocida hacia un receptor que no está situado en su eje sino que forma un cierto ángulo, el cual mide la luz dispersada.

La dispersión debida a la reflexión, refracción o difracción por las gotas de agua (niebla) es la principal causa de reducción de visibilidad, por ello se puede considerar que el coeficiente de dispersión es igual al coeficiente de extinción, y utilizarlo para estimar la visibilidad y el alcance visual en pista.

Los luminancímetros son sensores que deben situarse al final de la pista en la que los transmisómetros y/o escaterómetros están instalados. Miden la luminancia del horizonte o del cielo en la dirección opuesta al Sol. Con el valor de luminancia se determinan los umbrales de luminancia, umbrales que han de conocerse para poder determinar el alcance visual en pista (RVR).

El lidar (Light detection and ranging), sensor que utiliza tecnología láser, también puede ser utilizado para medir la visibilidad cuando el haz de luz láser es dirigido horizontalmente, midiendo el tiempo que dicho haz de luz tarde en reflejarse. (se describe en el punto 4)

3.- MEDIDA DEL TIEMPO PRESENTE: Sensores de tiempo presente

Los fenómenos de tiempo presente se clasifican en tres categorías: precipitación (llovizna, lluvia, nieve, cinarra, hielo granulado, granizo y granizo menudo), fenómenos de oscurecimiento que restringen la visibilidad horizontal (neblina, niebla, humo, cenizas volcánicas, polvo, arena y calima) y otros fenómenos que restringen la visibilidad (remolinos de polvo o arena, turbonada, tornado, tempestad de arena y tempestad de polvo). Estas categorías irán acompañadas por unos calificadores para identificar lo mejor posible el tiempo presente del que se informa, como es el caso cuando se informa de chubascos y tormentas. Las observaciones de tiempo presente deberían ser representativas de las zonas de aproximación y aterrizaje para las operaciones de despegue y aterrizaje y, en su caso, representativas del aeródromo y su vecindad inmediata. Es necesario observar e informar del momento en que comienzan y terminan dichos fenómenos, así como de su intensidad.

Las observaciones de tiempo presente se realizan visualmente por los observadores meteorológicos. Como ya se ha dicho los sistemas automáticos, aunque miden algunos parámetros, no son capaces todavía de discernir todos los fenómenos de tiempo presente, pero son de gran ayuda a las observaciones visuales.

Precipitación: Pluviómetros, sensores automáticos y teledetección

Los pluviómetros miden la precipitación caída durante un cierto tiempo, ya sea líquida (lluvia o llovizna) o bien sólida (nieve o granizo). Los pluviómetros básicos son los pluviómetros Hellmann. Básicamente consisten en un vaso cilíndrico con una boca de tamaño estándar (200cm²) que queda perfectamente horizontal y debe estar situada a 1,50m del suelo y cumplir con una serie de requisitos en su construcción para evitar evaporación, influencia del viento, etc.

El vaso tiene cierta profundidad y termina en una especie de embudo que conduce el agua recogida a un recipiente donde se guarda el agua caída evitando que se evapore. A la hora de la observación o medida se vierte el agua recogida en una probeta graduada, que mide la precipitación caída con una precisión de 0,1mm. Si se trata de nieve o granizo, se espera a que se derrita y se mide como si fuese de lluvia. Cuando el pluviómetro es automático lleva instalado un sistema de calefacción que se activa cuando las temperaturas están próximas a los 0ºC y vuelcan el agua recogida cuando se alcanza un nivel establecido.

Los pluviógrafos permiten determinar la intensidad de la precipitación, es decir, miden si la precipitación cae de forma pausada y continua, o si lo hace acumulando gran cantidad de precipitación en muy poco tiempo. Para ello tiene un émbolo conectado con una plumilla de modo que cuando recoge la precipitación va dejando una marca sobre un papel graduado. Este papel va enrollado sobre un tambor que da una vuelta cada 24 horas o cada semana.

La Organización Meteorológica Mundial establece los siguientes umbrales de intensidad de precipitación:

LLOVIZNA diámetro < 0,5mm	Ligera	tasa< 0,1 mmh-¹
Moderada	0,1< tasa < 0,5 mmh-¹
Fuerte	tasa > 0,5 mmh-¹
LLUVIA	Ligera	tasa< 2,5 mmh-¹
Moderada	2,5 < tasa < 10,0 mmh-¹
Fuerte	tasa > 10,0 mmh-¹
NIEVE	Ligera	tasa< 1,0 mm h-¹ (equivalente enagua)
Moderada	1,0 < tasa< 5,0 mmh-¹
Fuerte	tasa > 5,0 mmh-¹

Tabla 1 – Intensidad de las precipitaciones. (Fuente AEMET)

Los sensores automáticos de precipitación determinan qué tipo de precipitación cae, si ésta se trata de lluvia o nieve, pero todavía no son capaces de discernir otros tipos de precipitación como granizo, precipitación engelante, etc., en cuyo caso lo cifran como precipitación desconocida.

El radar meteorológico, sensor de teledetección, es una de las herramientas más importantes para la información meteorológica de interés para la aviación. Habitualmente operan en longitudes de onda de 3, 5 o 10 cm. El radar da información continua en tiempo real de las condiciones que tienen lugar en grandes áreas en torno al aeropuerto. Los ecos recibidos se interpretan de forma que se puede identificar el tipo de precipitación y seguir la trayectoria de los sistemas meteorológicos que la producen y su desarrollo. Es particularmente útil en la detección de tormentas, para su localización y estimación de su precipitación potencial. Si el radar está equipado con sistema Doppler también permite estimar la cizalladura en niveles bajos.

El detector de descargas eléctricas, es un sensor de teledetección que capta, analiza y discrimina las descargas eléctricas en un radio del orden de 100 km en torno al aeródromo. Se basan en la detección de radiación electromagnética de baja frecuencia de las descargas. Miden el tiempo que la señal tarda en llegar y la dirección de donde viene. Un procesador digitaliza y adquiere las señales de las descargas. Esta información complementa la del radar meteorológico.

Fenómenos de oscurecimiento: Sensores automáticos.

Los fenómenos de oscurecimiento como nieblas, calimas, humo, polvo, etc, suelen observarse visualmente al no ser perfectamente discernidos por los sensores automáticos. Los sensores consisten básicamente en escaterómetros, es decir, dan información que se basa principalmente en la medida del coeficiente de extinción, o también hace uso de las relaciones entre los fenómenos del tiempo y variables tales como la temperatura y la humedad. Por ejemplo, si la visibilidad se reduce por debajo de 5 kilómetros y la humedad es baja informa de calima, pero si la humedad es alta informa de bruma o niebla.