Foro CanariasMet

Hola,

CAP1 - Temperatura de brillo y topografía de frío.

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Hoy en día los modernos satélites meteorológicos, mas que proveer imágenes de cierta resolución (horaria/espacial), permiten construir herramientas o productos mucho mas sofisticados.

Por ejemplo, a través del MSG e implementando ciertos algoritmos basados en el conocimiento actual de algunos procesos físicos/meteorológicos, se ha desarrollado un producto que opera en modo ‘nowcasting’ que nos permite identificar, monitorizar y realizar seguimiento de células tormentosas individuales aisladas hasta complejos sistemas convectivos (SCM)...

El funcionamiento de dicho algoritmo, es algo complejo y teóricamente denso. Yo aquí y si les parece, voy a hacer una semblanza partiendo de las imágenes SAT canal IR (que conocemos) y el concepto de temperatura de brillo que ya Sergio ha ido posteando, tan amablemente.

Concepto de ‘temperatura de brillo’:

Según una longitud de onda dada (...), para nuestro propósito el IR, por ejemplo y, siguiendo la ley de Planck, podemos medir la temperatura de brillo o de emisión de un cuerpo, en nuestro caso las nubes (que cosas, no?).

Con este procedimiento conocemos la altura o cima a la que se encuentra dicho cuerpo nuboso, supongamos un cúmulo. Es interesante, efectivamente, pero la pregunta debería ser ¿se puede sacar un mayor partido? la respuesta es que sí!!.

Introduciremos ahora, la necesidad de un nuevo concepto, ‘topografía de frío o de brillo’.

Concepto de ‘topografía de frío o de brillo’:

(emoticono de ay mi cabeza)

Un ejemplo práctico para entender esto, puede ser el siguiente. Estamos acostumbrados a leer mapas topográficos; donde aparecen llanuras, colinas, pendientes y montañas; se dibujan a través de líneas de contorno que unen los puntos situados a la misma altura.

Si nos centramos en montañas escarpadas aisladas, veremos como dichas líneas se concentran sobre sí mismas, aumentando el gradiente entre ellas y su valor (altura) hacia su centro (círculos concéntricos).

Considerando la montaña anterior e imaginándola ahora como un objeto representado en 3D, les invito a utilizar su imaginación y pensar que se trata de una nube (enga que nos es difícil…), concretamente un torreón (cumulus congestus) , donde las líneas de contorno que construyen dicho elemento (nube) ahora representan los puntos que tienen la misma temperatura (isotermas), con cierto gradiente y, su valor (temperatura) disminuye con la altura.

Bien!, si han llegado hasta aquí, verán que hemos visto la posibilidad de identificar y aislar mediante el uso del canal IR de MSG y la construcción de una topografía de frío, una célula nubosa independiente!! (cumulo congestus).

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Toda esta información la proporciona el satélite MSG, a cierta resolución espacial y temporal, utilizando simultáneamente varios de sus canales (IR, Wv,)… pero ya profundizaremos ahí...; antes tomaremos un ‘objeto nube 3d’ la identificaremos, situándola en el espacio e intentaremos ver cómo evoluciona a través de una nueva variable, el tiempo.

Podemos preguntarnos muy rápidamente, cómo carajo identificar células nubosas entre sí?, que se encuentren inmediatamente próximas las unas de las otras.... mmmh, interesante no ?

Necesito de la pericia de la gente del foro, como dibujantes para:
-> representar gráficamente una simple montaña en 2D.
-> representar gráficamente una célula nubosa, siguiendo el criterio anterior de topografía de frío o de brillo, en 2D.

(si resulta de interés prosigo otro capítulo…ustedes dirán)

Saludos y que se de bien,
L.

Hola,

Recuerdan el 1F...
viewtopic.php?f=2&t=8229

MSG identifica y discrimina el maremagnun nuboso... y la precipitación...

- MSG Precipitación acumulada horaria (mm)
- MSG Intensidad de precipitación (mm/hr)

(emoticono de no se dejen ZZZZzzzzZZZZ)

L.

Quedamos pues a la espera del Capítulo 2. Muy interesante (y espero llevarlo a la praxis esta temporada) Bien explicado, lo he entendido siendo lego en la materia, mis conocimientos no me llegan para rebatirte o puntualizarte nada, si hubiera que hacerlo) Me lo he guardado y se lo reenvío a un compañero matemático aficionado a la Meteo (ponle copyright; que hay mucho pirata desalmado suelto)
Saludoss Julio

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"Sólo lo que soñamos es lo que verdaderamente somos" (F.Pessoa)

Se me ocurre una cuestión. En una imagen topográfica del relieve terrestre, el gradiente puede incrementarse muchísimo (supongamos una pared con un ángulo de 90º respecto al suelo). No todas las pendientes son suaves y se elevan 100 m cada 2 km, p.e.

En el caso de una nube, el gradiente ¿está definido de antemano por los ascensos adiabáticos húmedos y secos? es decir, ¿es algo fijo y preestablecido?

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Vista del Valle de la Orotava hacia el NW Ahora OFF LINE
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La respuesta es que SI. Pero para un ascenso forzado del aire, solo desciende la temperatura de forma homogénea si lo hace por la adiabática seca.

Teniendo en cuenta que el ascenso del aire es un trabajo que se realiza:

Para el gradiente adiabático seco = -dT/dz = g/Cp = 9,8 * 10 elevado a -3......ºC/m = 0,0098 º C / metro.

Donde dT es la temperatura y dz altura. También que si se tiene en cuenta que la aceleración de la gravedad junto al suelo es 9,8m/s2 y que Cp (calor específico de aire a presión constante) es apróx 1000 J/k por cada ºKelvin.

Luego el descenso de la gravedad a una altura de 5Km, por ejemplo, es muy despreciable.

Para comprobar el descenso de la gravedad según la altura:

gh = g0 (re / (re + h) ) * (re / (re + h) )

Donde gh es la aceleración de la gravedad a una altura con respecto al nivel del mar, re = radio medio de la tierra, h es altura y g0 aceleración de la gravedad a nivel del mar:

Por lo que el descenso adiabático seco prácticamente lo hará de forma homogénea y a razón de 0,98 ºC / 100m, sobre todo en un intervalo de 1000 metros de ascenso, p.ej. Pero ahora habrá que ir cuando la burbuja se corta por la adiabática saturada y es que ya la temperatura no desciende exactamente por ese valor estimado de 0,65 ºC / 100m (supongo que será más bien una media. Supongo que por eso de pseudo-adiabática):
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Las adiabáticas saturadas, o adiabáticas húmedas, representan líneas de temperatura potencial equivalente constante. En el diagrama oblicuo T - log p, las adiabáticas saturadas son las líneas de trazos ascendentes ligeramente curvadas. Note que la pendiente y separación de las líneas varía considerablemente con la altura y la temperatura, especialmente en los niveles bajos. Las adiabáticas saturadas representan la razón de cambio de la temperatura de una parcela ascendente de aire saturado (según la suposición pseudoadiabática, que da por sentado que todo el vapor de agua que se condensa cae inmediatamente conforme la parcela asciende).

Cada adiabática saturada se rotula con el valor de la temperatura en su punto de intersección con la isobara de 1000 hPa (en grados Celsius) y comparte su rótulo con las isotermas y las adiabáticas secas. Note que las adiabáticas saturadas tienden a volverse paralelas a las adiabáticas secas cuando los valores de humedad, temperatura y presión son bajos.

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Entiendo que conforme el aire va ascendiendo por la adiabática saturada, va perdiendo el vapor de agua contenido en él, hasta que nuevamente vuelve a ascender por la adiabática seca, si no encuentra más vapor de agua de donde alimentarse, aunque ya poco tiene que encontrar a temperatura o presión demasiado bajos. Supongo que el aire perdería prácticamente todo el vapor de agua contenido en él en el nivel de condensación, si el aire que se encuentre a su alrededor esté con una humedad del 0%. Pero como eso es tan difícil que ocurra...

Esto nos cuesta verlo en un termograma, porque las líneas de adiabáticas secas no se dibujan rectas, porque la presión según la altura desciende de forma exponencial, aunque si que a unos 200hPa, se aprecia que las secas y saturadas van paralelas.

Les dejo tres imágenes.
1.- IR en escala de grises empleada para sacar la topografía térmica
2.- IR en realce de color con la escala de temperaturas.
3.- Topografía térmica (altura de las nubes) sacada a partir de la imagen de IR en escala de grises y según la consecuencia 2a

Esto es posible por:
1.- El satélite en el canal IR: detecta focos térmicos en el sistema tierra-atmósfera. Por lo tanto, y como consecuencia fundamental tenemos que:
1a Los sensores con canal IR son capaces de generar mapas térmicos de las superficies emisoras terrestres que estén explorando
Cuando el satélite explora a la Tierra en el IR estaremos viendo las temperaturas de brillo o de emisión con las que emiten las diferentes superficies o blancos térmicos: el suelo, zonas marítimas, nubes a diferentes alturas, etc. Por lo tanto, una imagen IR representa un mapa TERMICO asociado a las superficies que han sido exploradas por el satélite y que poseen una temperatura de brillo que es la representada en dicha imagen

2.- Si suponemos que la temperatura en la troposfera decrece a medida que nos elevamos tendremos que: las nubes más altas (cirros y tormentas bien desarrolladas) poseerán topes más fríos que las nubes más bajas (estratos y nieblas). De aquí podemos sacar otra consecuencia importantísima:
2a Las imágenes en IR nos dan INDIRECTAMENTE una estimación de la altura relativa de las estructuras nubosas. Las nubes más blancas estarán más altas que las nubes más grises y éstas, a su vez, más altas que las superficies emisoras más cálidas y oscuras.

Bueno!!, y ahora qué?

He tomado 19 puntos entre el transecto A-B de la imagen de satélite en falso color del día 22 de Septiembre a las 14:15h UTC. En cada uno de los puntos he medido la temperatura y he realizado el perfil topotérmico. (emoticono sudando la gota gorda).

El perfil topotérmico me recuerda a la parte superior de un yunque (emoticono rascarse la barbilla). La parte coloreada en azul es el perfil térmico en el transecto tomando el valor obsoluto de la temperatura: recuerden lo que es el valor absoluto o módulo de un número |a|. Por ejemplo, el valor absoluto de -50 ( |-50| ) es 50. Note que, por definición, el valor absoluto de a, siempre será mayor o igual que cero y nunca negativo. http://es.wikipedia.org/wiki/Valor_absoluto

Adjunto como curiosidad el realce "topotérmico" del 1 F a las 17:15h.

Muy interesante y gráfico, adémás del curro que te has pegado. Yo creo que se trata de una topografía de "topes" porque no se puede saber por dónde andan las bases ¿Y si son nubes altas? Igual es una estupidez lo que digo.

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Pues es un inconveniente, porque las nubes altas aparecen más cálidas. Se debe a que se mezcla con superficies más cálidas de niveles inferiores.

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CAP2

Dependiendo de la disponibilidad de MSG, para nuestra latitud, utilizaremos entre 1 y 5 canales o longitudes de onda diferentes para nuestro propósito de identificar, discriminar, monitorizar y realizar seguimiento de células convectivas

(y tantos canales había?; pero si yo sólo utilizaba el IR y alguna ves el VIS, y no me complicaba la vida…jisús!)

-> Para identificar, discriminar y monitorizar utilizaremos los canales IR10.8, WV6.2, WV7.3, IR8.7 and IR12.0
-> Para el ‘tracking’ o seguimiento de nuestras células convectivas, utilizaremos el IR10.8.

(que cosas…, estamos empleando por primera vez la temperatura de brillo que también proporciona ambos canales de WV (vapor de agua), wooww!! )

Concepto de ‘píxel de nuestra imagen de satélite’:

Nuestra pequeña imagen de satélite esta compuesta por millones de píxeles, que representan áreas iguales entre ellas (tamaño) (normalmente cuadrados) (que define la resolución espacial del satélite) y que son los que proporcionan finalmente la información…

Lo anterior nos lleva a pensar muy rápidamente que una célula convectiva no es mas que un grupo compacto de píxeles (normalmente blancos en el SAT) que tiene forma circular o semicircular (por simplicidad), cuya dimensión puede variar con el tiempo.

Proseguimos a ver hasta donde llegamos hoy… (emoticono de aplastemos nuestras neuronas)

Dejemos atrás el concepto píxel-sat, pero tengámoslo a mano. Una vez identificado y aislado un objeto nuboso, imaginemos una torre de cúmulos, a través del uso de MSG y la reproducción de una topografía de frío o de brillo, compliquemos ahora el asunto. (pero se puede mas…?, síp)

Interviene la variable tiempo. Qué significa esto?.

Que nuestro objeto-SAT inicialmente inanimado, cambiará de aspecto, forma, tamaño e incluso puede que se generen nuevas torres de cumulus, asociadas al anterior; imaginemos un esquema tormentoso multicelular; con células nuevas, maduras, viejas y en disipación, que presentan movimiento de propagación y traslación, además cada una de ellas están ahora identificadas, caracterizadas y etiquetadas, en un instante de tiempo t, t+1, t+2 y t+3.

Se sugiere seguir imaginando esta familia de células convectivas en ‘3D’, no nos olvidemos que las hemos obtenido a través del uso del concepto de topografías de frío y, hablo en plural porque hemos utilizado una secuencia de imágenes de SAT-MSG, varios canales e interesa que vean esto como un objeto nuboso en perspectiva 3D, en diferentes estadios de tiempo.

(emoticono de y si me marea las gafas 3D, que hago?? )

Cuando hablamos de identificación, imaginemos un sistema convectivo como:
-> x001, tiempo t (célula nueva);
-> x002, tiempo t+1 (célula madura),
-> x003, tiempo t+2 (célula vieja),
-> x004, tiempo t+3 (célula en disipación).

Las 4 células anteriores se podrán CARACTERIZAR Y ETIQUETAR, una a una, según información proporcionada por MSG, que recordemos se actualiza hoy en día, cada 15 min, a través de los siguientes parámetros (ahí van nuevos conceptos…):

(emoticono de el horno echando humo)

(adjunto gráfico de sistema multicelular con 4 células bien definidas)
(díganme si entienden bien el gráfico adjunto)

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(vaya se ha acabado el tiempo por hoy, … que intriga no?...... etiquetar, etiquetar un sistema convectivo a través del uso del satélite MSG? wooow ; pero esto para que me sirve? y qué parámetros son esos?, voy a quitarme las gafas 3D y descansar la vista un rato... :-) (al menos ya las células convectivas las tengo identificadas e individualizadas)

(si sigue resultando de interés prosigo otro capítulo…ustedes dirán)
(el próximo capítulo presume de TERRORÍFICO)

Saludos y que se de bien,
L.