Un nuevo método para mediciones remotas de la velocidad del viento ha sido desarrollado por un grupo de físicos del Instituto de Física y Tecnología de Moscú.

Esta nueva herramienta podría, además, complementarse con otras técnicas de detección de radar y Lidar ampliamente utilizadas.

Una variable meteorológica fundamental

Este hallazgo tiene una gran importancia en la meteorología pues las mediciones de la velocidad del viento son esenciales para muchas aplicaciones.

Por ejemplo, se requiere la asimilación de estos datos para ajustar con precisión los modelos climatológicos y meteorológicos, incluidos los utilizados para el pronóstico del tiempo a corto plazo.

Su importancia estriba en que, pese al progreso realizado en la teledetección en las últimas décadas, medir el movimiento de las masas de aire sigue siendo un desafío.

Más observación que teledetección

Actualmente, la mayoría de los datos se recopilan mediante métodos de contacto tradicionales: a través de sensores instalados en estaciones meteorológicas o globos sonoros.

Un ejemplo claro son los anemómetros Lidar o sonar se usan comúnmente para mediciones locales a distancias de varios cientos de metros o menos.

Además, los radares meteorológicos pueden ayudar a distancias de hasta decenas de kilómetros. Sin embargo, estos últimos son normalmente ineficaces fuera de la troposfera, la capa atmosférica más cercana de la Tierra, que tiene un espesor de 10 a 18 kilómetros.

Radares Doppler

Según explican los desarrolladores de la nueva herramienta, en estos momentos la información sobre la dinámica atmosférica sigue siendo bastante difícil de obtener a través de observaciones directas.

La forma más confiable de medir de forma remota las velocidades del viento es utilizando los radares Doppler. Esta técnica consiste en sondear el medio ambiente con una poderosa fuente de radiación y, por lo tanto, requiere considerables recursos, incluida la potencia, la masa, el tamaño y el costo del equipo.

El nuevo instrumento

Este nuevo instrumento ofrece una ventaja en términos de dichos parámetros: es compacto, económico e involucra componentes comerciales disponibles en el mercado de las telecomunicaciones.

Se fundamenta en el principio de detección heterodina, la base de muchas aplicaciones de ingeniería de radio.

Sin embargo, debe tenerse en cuenta que el instrumento funciona en el rango óptico, o para ser más precisos, en el infrarrojo cercano, a una longitud de onda de 1,65 micrómetros.

El viento protagonista meteorológico de estos días

Su principio de funcionamiento

El principio de funcionamiento se basa en combinar la señal recibida (en este caso, la radiación solar que ha atravesado la atmósfera) y una fuente de etalón (oscilador local), es decir, un láser de diodo sintonizable.

Dado que las leyes de propagación de ondas electromagnéticas son las mismas para todos los rangos espectrales, el principio de heterodinación es igualmente aplicable tanto a las señales de radio como a la radiación infrarroja.

Sin embargo, el heterodino enfrenta ciertas dificultades si se aplica al rango óptico. Por ejemplo, se requiere una coincidencia altamente precisa de los frentes de onda, ya que el desplazamiento de incluso una fracción de una longitud de onda es inaceptable.

Para solucionar este problema, el equipo de MIPT empleó una solución simple, aplicando una fibra óptica monomodo.

Desafíos del método

Otro desafío del nuevo método es la necesidad de un control de frecuencia extremadamente preciso del oscilador local, con un error de no más de 1 MHz, una pequeña cantidad en comparación con la frecuencia de radiación óptica.

Para abordar esto, el equipo tuvo que emplear un enfoque complicado y profundizar en los procesos de emisión de láser de diodo.

Estos esfuerzos dieron como resultado un nuevo instrumento, un espectroradiómetro heterodino láser experimental, caracterizado por una resolución espectral sin precedentes en el rango del infrarrojo cercano.

Este aparato mide el espectro de absorción atmosférica infrarroja con una resolución espectral ultra alta, lo que permite recuperar las velocidades del viento con una precisión de 3 a 5 metros por segundo.

Los cálculos permitirán la recuperación vertical del perfil del viento desde la superficie hasta unos 50 kilómetros. Basado en el espectroradiómetro relativamente simple y asequible, en el futuro uno puede crear redes extensas para el monitoreo atmosférico.

Su futuro inmediato

En estos momentos, el Laboratorio de Espectroscopía Infrarroja Aplicada en MIPT está planeando llevar a cabo una campaña de observación para medir el vórtice polar de la estratosfera, así como la concentración de gases de efecto invernadero en el Ártico ruso con su instrumento recientemente desarrollado.

Además de eso, en cooperación con el Instituto de Investigación Espacial de la Academia de Ciencias de Rusia, el laboratorio está desarrollando un instrumento para los estudios de la atmósfera de Venus basado en el mismo principio.

El instrumento se instalará a bordo del orbitador Venus de India en el marco de la cooperación internacional.