Asmus, V. V.

Dyadyuchenko, V. N.

Nosenko, Y. I.

Polishchuk, G. M.

Selin, V. A.

Spanish

Agencia Estatal de Meteorología

Boletín de la OMM  56 (4) - Octubre de 2007 | 293La falta de información f iable y actualizada con cierta frecuencia sobre los casquetes glaciares representa un importante problema de cara a la previsión meteorológica, afectando a la técnica de predicción en la totalidad del planeta. La pobre técnica de predicción numérica del tiempo (PNT) para la región ártica y los territorios septentrionales del planeta se debe principalmente a errores en la determinación de las condiciones iniciales, que dependen de la calidad de los datos iniciales. Hasta la fecha, los datos iniciales se han recibido de satélites meteorológicos geoestacionarios, que no resultan muy eficaces a la hora de analizar las altas latitudes, y de satélites de órbita polar, cuyos índices de actualización son a todas luces inadecuados. Por este motivo, es fundamental garantizar una recepción regular de información satelital integrada relativa a la región ártica, con el fin de hacer frente a las tareas más apremiantes en los ámbitos de la hidrometeorología, la geofísica, la geoquímica, la ecología y en lo referente a los aspectos relacionados con los desastres.Obviamente, los métodos empleados para analizar los campos hidrometeo-rológicos en los modernos sistemas de predicción numérica del tiempo son universales, y su precisión no debería depender de una sola región concreta. Sin embargo, la adquisición de unas condiciones iniciales altamente preci-sas (concretamente vectores de viento) únicamente sería posible mediante la realización de observaciones adiciona-les eficaces en las latitudes elevadas. Por ello, se ha propuesto llevar a cabo una demostración de un sistema hidrometeorológico de satélites con órbitas muy elípticas (HEO), denomi-nado sistema “Arctica”, cuyo fin sería proporcionar la información compleja necesaria para las difíciles tareas que están involucradas en el desarrollo de la totalidad de la región ártica.Como dato significativo, cabe mencionar que las observaciones hidrometeoro-lógicas llevadas a cabo en la región ártica dentro del marco establecido por el Año Polar Internacional 2007-2008 no están dotadas de datos de telede-tección recibidos de forma simultánea y casi continua a lo largo de toda la región ártica.Para conseguir desarrollar el conjunto de la región ártica se necesitan mejo-rar los siguientes aspectos:* Análisis y predicción de:el tiempo a niveles regional  –(región ártica) y global;la capa de hielo en el Océano  –Ártico;las condiciones heliogeofísicas  –en la región espacial cercana a la Tierra;las condiciones de vuelo para  –la aviación (nubosidad, viento, corrientes en chorro, etc.).* Seguimiento de desastres.* Vigilancia del cambio climático.* Recopilación y retransmisión de datos desde plataformas de obser-vación en tierra, mar y aire.* Intercambio y distribución de datos hidrometeorológicos y heliogeofísi-cos procesados.El conseguir llevar a cabo un progreso adicional en la predicción numérica del tiempo a nivel tanto regional como mundial depende en gran medida de los siguientes factores:* Recepción casi continua de datos satelitales hidrometeorológicos y heliogeofísicos en la región ártica y en los territorios septentrionales del planeta.* Recepción de datos procedentes de boyas a la deriva en latitudes ele-vadas, estaciones meteorológicas automáticas y boyas de emergen-cia del sistema Cospas-Sarsat de búsqueda y salvamento en aire y mar, a través de canales de comu-nicación vía satélite en modo de teleacceso ininterrumpido las 24 horas del día.* Entrega operativa de predicciones meteorológicas a corto plazo y de datos relativos a la capa de hielo 1  Centro de investigación científica sobre hidrometeorología espacial “Planeta”2  Servicio federal ruso de hidrometeorología y vigilancia del medio ambiente (Roshydromet)3 Agencia espacial federal (ROSCOSMOS)4 Asociación de Investigación y Producción S. A. Lavochkin Vigilancia hidrometeorológica de la región ártica con un sistema espacial de órbita muy elíptica por V. V. Asmus1, V. N. Dyadyuchenko2, Y. I. Nosenko3,  G. M. Polishchuk4 y V. A. Selin3boletin_ok.indd   293 3/3/08   16:36:51294 | Boletín de la OMM  56 (4) - Octubre de 2007 a usuarios a través de canales de comunicación vía satélite.Durante los últimos años, la intensifica-ción de las anomalías meteorológicas y climáticas ha otorgado más importan-cia a la tarea de aumentar la fiabilidad de las predicciones meteorológicas a medio y largo plazo.Desde 2002, los datos iniciales prove-nientes de los satélites geoestacionarios básicos se han visto complementa-dos (en primera instancia de manera experimental, pero posteriormente con carácter operativo) por cálculos rela-tivos a los vectores de los campos de viento en las regiones polares (lati-tudes superiores a 65ºN) mediante la utilización de las observaciones obte-nidas con un espectrorradiómetro de formación de imágenes de resolución moderada (dispositivo MODIS) de los satélites de órbita baja Terra y Agua, equipados con sistemas de observa-ción terrestre (Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio de los EEUU, NASA).La utilización experimental de los datos MODIS, a pesar de su carácter local, baja frecuencia de actualización y otras des-ventajas a la hora de compararlos con los datos geoestacionarios, ha derivado en un incremento constante de la preci-sión de las predicciones numéricas del tiempo. Además, se ha detectado un impacto positivo no solo en las regio-nes de las latitudes altas, sino también en zonas extratropicales situadas dentro del alcance total de la zona de predic-ción. También se ha observado que los datos obtenidos a partir del MODIS relativos a los vientos “polares” son más útiles en el caso de predicciones “malas”.Esta investigación fue llevada a cabo en el Centro de vuelos espaciales Goddard (GSFC) y en el Laboratorio de propulsión a chorros de la NASA, y los resultados han sido presentados en congresos internacionales sobre meteorología por satélite y en reuniones del Grupo de trabajo internacional sobre métodos satelitales relativos a la evaluación del vector viento.Dos factores complicados de obtener, pero que permiten evaluar de manera fiable el vector viento mediante datos MODIS provenientes de satélites de órbita baja son:Un intervalo temporal importante •	(hasta 100 minutos) entre las observaciones en dos pasos consecutivos (lleva alrededor de 2,5 horas recibir una terna de imágenes, frente a las 0,5 horas que se necesitan con los satélites geoestacionarios).Necesidad de procedimientos •	de referencia geográfica y de “corrección” de imágenes con un alto nivel de precisión, en otras palabras: trasladar las imágenes a una estructura nominal.La eficacia del sistema a largo plazo de las boyas a la deriva en la región ártica y la red de estaciones meteo-rológicas automáticas en los países septentrionales vendrá determinada, en gran medida, por las posibilidades de una transferencia eficaz de datos desde estas plataformas hasta los cen-tros hidrometeorológicos regionales y nacionales.La región ártica presenta dificultades de observación mediante el uso de los satélites meteorológicos geoestacio-narios básicos a nivel internacional, puesto que el área de control de calidad en las órbitas geoestacionarias queda limitada por el ángulo cenital de obser-vación de 70º, que corresponde a una latitud de 60º. Los canales de comu-nicación disponibles en los satélites geoestacionarios no pueden garanti-zar una recepción de datos de buena calidad provenientes de las boyas a la deriva ni de las estaciones meteoroló-gicas automáticas del Ártico.Por este motivo, durante los últimos años, los servicios meteorológicos y las agencias espaciales de Canadá, los Estados Unidos, la Federación Rusa y la Unión Europea, han venido interesándose cada vez más en el desarrollo de sistemas hidrometeo-rológicos satelitales con órbitas muy elípticas (perigeo ≈ 1 000 km; apo-geo ≈ 40 000 km; inclinación ≈ 63º; período orbital ≈ 12 horas).Las órbitas muy elípticas con un apogeo de ≈ 40 000 km y un período orbital de 12 horas son las preferidas, puesto que permiten la utilización de dispositivos de barrido de imágenes provenientes de satélites geoestacionarios con leves mejoras y poseen un tiempo de vida útil bastante prolongado (≈ 7 años), debido a unas condiciones de radia-ción más favorables. A estas órbitas se les ha dado el nombre de “órbitas de tipo Molniya”* debido a su prioridad y a la considerable experiencia de la Federación Rusa en el lanzamiento de satélites del mismo nombre en estas órbitas.El principal objetivo de la colocación de estos sistemas en órbitas muy elípticas es el de contar, de forma casi conti-nua, con datos hidrometeorológicos satelitales (especialmente de los deno-minados vectores viento “polares”) que abarquen los territorios situados en latitudes superiores a 60ºN dentro de la región ártica de la Tierra (casquete polar) mediante la utilización de ins-trumentos similares a los modernos dispositivos de imagen de los satéli-tes meteorológicos geoestacionarios básicos.Roscosmos y Roshydromet tienen la intención de crear e introducir el sis-tema Arctica de satélites en órbitas muy elípticas para llevar a cabo la vigilancia de las condiciones hidrometeoroló-gicas en la región ártica y en el seno de los territorios septentrionales de la Tierra (en latitudes mayores de 60ºN) mediante la utilización de la actual infra-estructura científica y tecnológica de la superficie.El diseño del sistema Arctica fue esbo-zado en el informe conjunto presentado por las delegaciones de Roscosmos y Roshydromet en la séptima sesión de las Reuniones consultivas de la OMM sobre Política de alto nivel en asuntos de satélites, en enero de 2007, así como en el XV Congreso Meteorológico Mun-dial celebrado en mayo de 2007.Tal y como se refleja en las actas de la primera reunión del Grupo de trabajo internacional de la OMM, celebrada en abril de 2007, de cara a establecer una posible cooperación internacional sobre el proyecto Arctica, se recomendó que este proyecto fuera debatido en térmi-nos más amplios dentro del marco del proyecto internacional GEOLAB.* Molniya significa “relámpago”boletin_ok.indd   294 3/3/08   16:36:51Boletín de la OMM  56 (4) - Octubre de 2007 | 295En la Figura 1 se muestran las ventajas de las órbitas muy elípticas con res-pecto a las órbitas geoestacionarias para las observaciones efectuadas en la región ártica.Las funcionalidades del sistema Arctica complementarían las de los satélites meteorológicos geoestacionarios exis-tentes a nivel internacional, cuyos datos, según la OMM, conforman la base para las observaciones continuas de la Tie-rra a nivel mundial durante el siglo XXI. Su función principal es la recepción operativa de información hidrome-teorológica (velocidad y dirección del viento, parámetros de nubes, precipi-taciones, cubierta de hielo, etc.) en la región ártica como aportación de cara al análisis y la predicción del tiempo. Además, el sistema está diseñado para recopilar y transmitir información pro-veniente de plataformas de observación situadas en tierra, mar y aire, así como para intercambiar y distribuir los datos hidrometeorológicos procesados de la región ártica.Los datos del sistema Arctica pueden emplearse como características de refe-rencia para la información recibida de otros sistemas espaciales de teledetec-ción que no cuenten con estos estrictos requisitos relativos a las observaciones ininterrumpidas a nivel mundial.La vigilancia hidrometeorológica de los territorios septentrionales con una frecuencia de obtención de imágenes y una calidad de datos similares a las obtenidas mediante satélites geoesta-cionarios requiere un sistema espacial con dos satélites situados en órbitas muy elípticas y los siguientes paráme-tros nominales:Altitud del apogeo (•	 ) ~ 40 000 kmAltitud del perigeo (•	 ) ~ 1 000 kmInclinación (i) ~ 63º•	Período orbital, 12 horas•	La Figura 2 muestra las órbitas de operación de los satélites del sistema Arctica.El nodo ascendente de la órbita del saté-lite número 1 y el nodo descendente de la del satélite número 2 coinciden, mientras que el principio y el final de los segmentos operativos para cada saté-lite caen 3,2 horas después del apogeo. La órbita muy elíptica con los paráme-tros adoptados que se han descrito garantiza los siguientes aspectos:una observación casi continua de •	los territorios de la región ártica para latitudes superiores a 60ºN;la visibilidad continua de las ondas •	de radio de los satélites a través de los segmentos operativos de la órbita para los puntos de recepción situados en las regiones septentrionales.El sistema Arctica propuesto, junto con los satélites meteorológicos geoesta-cionarios básicos a nivel internacional, permitirían una vigilancia global de toda la Tierra, con la excepción de la región antártica, aunque incluso esta tarea podría ser cubierta aumentando el número de satélites HEO hasta cuatro y seleccionando órbitas adecuadas.El sistema espacial Arctica consta de dos satélites en órbitas HEO, un complejo terrestre para la recepción, procesado y distribución de los datos satelitales con puntos de recepción de datos y un dispositivo terrestre de con-trol de satélite. Los recursos terrestres del sistema Arctica consisten en una serie de centros distribuidos a través de la zona de recepción, procesado y distribución de información a los usua-rios. Se pretende crear los satélites del sistema Arctica mediante la uti-lización de las reservas científicas y tecnológicas de la Asociación de Inves-tigación y Producción S. A. Lavochkin y del Centro de investigación “Planeta” de cara al diseño del satélite hidrome-teorológico geoestacionario Electro-L, que se encuentra en la última fase de desarrollo.El material científico de los satélites Arctica incluye:escáner multicanal;•	c o m p l e j o  d e  i n s t r u m e n t o s •	heliogeofísicos;complejo de ingeniería de radio •	a bordo;sistema de recopilación de datos •	a bordo.Comienzo de la parte operativa de HEOFin de la parte operativa de HEOÁngulo límite de 70º para la observación cualitativaÁrea de vigilancia cualitativa de GEOÁrea de vigilancia cualitativa de HEOFigura 1 – Ventajas de las órbitas muy elípticas con respecto a las órbitas geoestacionarias para las observaciones efectuadas en la región árticaSatélite núm. 2Satélite núm. 1Figura 2 – Órbitas de operación de los satélites del sistema Arcticaboletin_ok.indd   295 3/3/08   16:36:57296 | Boletín de la OMM  56 (4) - Octubre de 2007 Este material científico no es defini-tivo y será minuciosamente calibrado siguiendo las sugerencias de los partici-pantes en el proyecto. En el momento de redactar el presente artículo se estaba estudiando la posibilidad de que cien-tíficos de la Universidad de Calgary (Canadá) y del Instituto Meteorológico de Finlandia incluyesen un monitor de vídeo panorámico multicanal. Un moni-tor de vídeo panorámico multicanal en el espectro ultravioleta y asociado a órbitas del tipo Molniya proporcionará multitud de imágenes del hemisferio norte relativas a la zona de las auro-ras boreales y de los casquetes polares durante más del 60 por ciento de la misión.Se ha previsto adaptar los instrumen-tos especiales del satélite Electro-L para satisfacer las necesidades de los saté-lites Arctica. Teniendo en cuenta los experimentos destinados a obtener evaluaciones del vector viento a partir de datos de satélites geoestacionarios y datos MODIS en la gama visible e infrarroja del espectro, las caracterís-ticas de los satélites Arctica serán las siguientes:cobertura: disco de la Tierra •	completamente visible (20º × 20º);diez canales de imágenes: (tres •	visibles y siete infrarrojos);rango espectral (μm): 0,5-0,65; 0,65-•	0,8; 0,8-0,9; 3,5-4,0; 5,7-7,0; 7,5-8,5; 8,2-9,2; 9,2-10,2; 10,2-11,2; y 11,2-12,5;resolución: 1 km en los canales •	visibles y 4 km en los canales infrarrojos;relación señal-ruido en el canal •	visible: ≥ 200;sensibilidad de la temperatura a 300 K •	en los canales infrarrojos: 0,8 K en el canal de 3,5-4,0 μm; 0,4 K en el canal de 5,7-7,0 μm; y entre 0,1 K y 0,2 K en el canal de 7,5-12,5 μm;ciclo de repetición de imágenes •	(ininterrumpido): 15 minutos.El complejo de instrumentos helio-geofísicos que se encargan de medir las características de la radiación solar, así como las condiciones radiativas y magnéticas de la altura de la órbita, incluye siete sensores:espectrómetro de radiación •	corpuscular con rangos de energía de 0,0 a 20,0 keV, de 0,03 a 1,5 MeV y de 0,5 a 30,0 MeV;espectrómetro para los rayos •	cósmicos del Sol con rangos de energía de 1-12 MeV, de 30,0 a 300,0 MeV y > 350,0 MeV;detector de rayos cósmicos •	galácticos con un rango de energía de > 600 MeV;instrumento medidor de la constante •	solar en el intervalo de 0,2 a 100 μm;instrumento medidor del flujo de •	radiación de rayos X procedente del Sol con un rango de energía de 3-10 keV;instrumento medidor de la radiación •	ultravioleta solar en la línea de resonancia del hidrógeno (HLa) (121,6 nm);magnetómetro medidor de la •	tensión del campo magnético con un rango de ± 300 nTI.El sistema espacial Arctica con las características mencionadas anterior-mente podría ser creado a través de la colaboración entre Roscosmos (la Aso-ciación de Investigación y Producción S. A. Lavochkin) y Roshydromet (el Centro de investigación “Planeta”). Roscosmos y Roshydromet están preparados para participar en más conversaciones con IGEOLAB en rela-ción con los detalles de una posible colaboración internacional, que podría desembocar en la creación del sis-tema espacial Arctica dentro de cuatro años. Recepción de datos parapredicciones meteorológicas: viento, nubosidad, precipitaciones, etc.Servicios hidrometeorológicos y afines para la navegación por mar y por aireRecopilación y transmisión de información desde plataformas de observación situadas en tierra, mar y aire, en altas latitudesTransmisión de señales de las radioboyas de emergencia de Cospas-SarsatÁrea de observación hidrometeorológica de la región ártica: un área con comunicaciones ininterrumpidas, tanto rutinarias como de emergencia, que quedarán aseguradas a partir de 2011 gracias a los dos satélites HEO del sistema “Arctica”Frecuencia de recepción de datos: 15 minutosÁrea de observación del hemisferio norte a través de los satélites meteorológicos geoestacionarios básicos a nivel internacionalLímite del área de visibilidadininterrumpida de ondas de radio del satélite “Arctica” para las estaciones de la superficie terrestre receptoras de datos hidrometeorológicosFigura 3 – Capacidades del sistema espacial Arctica, de órbita elevadaboletin_ok.indd   296 3/3/08   16:37:00

Vigilancia hidrometeorológica de la región ártica con un sistema espacial de órbita muy elíptica

https://repositorio.aemet.es/bitstream/20.500.11765/3502/1/BolOMM%2056_4-7.pdf

Vigilancia hidrometeorológica de la región ártica con un sistema espacial de órbita muy elíptica

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