Introducción
La meteorología es la ciencia que estudia el estado del tiempo, el clima y las condiciones atmosféricas de una determinada zona del planeta, la cual requiere conocer de manera simultánea un conjunto de parámetros meteorológicos como la temperatura, la presión, la humedad, el viento, la radiación solar, etc… para poder realizar los pronósticos o evaluar las condiciones climáticas que pudiesen afectar una determinada actividad en una zona. Es por ello que surge la necesidad de una instalación física como son las Estaciones Meteorológicas, las cuales son capaces de medir y registrar todas las variables meteorológicas mencionadas en tiempo real, para poder realizar dichos estudios y pronósticos, a través de un conjunto de instrumentos y sensores instalados de manera estratégica en su estructura. Las Estaciones meteorológicas cuentan con una diversidad de tipologías en su construcción, las cuales permiten realizar mediciones específicas de ciertas variables meteorológicas, que pudiesen afectar ciertas actividades en una determinada zona, como por ejemplo: la agricultura, la hidrología, la generación eléctrica en plantas solares, la aeronáutica, los riesgos climáticos en infraestructuras civiles entre otras. Las estaciones meteorológicas hoy en día cuentan con modernos sistemas automatizados con poca intervención humana, que permiten la medición, el registro y la transmisión en tiempo real y continua en cualquier parte del planeta de todas las variables meteorológicas de la zona, incluso el intercambio global de información entre estaciones, logrando así la precisión en los pronósticos y los estudios climáticos.¿Que es una Estación Meteorológica?
Una estación meteorológica es una instalación, ya sea en tierra o en el mar, con instrumentos y equipos para medir, registrar y enviar con regularidad los datos censados a un servidor de base de datos. Con los datos generados por las estaciones meteorológicas se crea información de valor que pueden tener las siguientes funcionalidades:- Conocer las condiciones meteorológicas y climáticas del lugar donde se instalan.
- Realizar los pronósticos meteorológicos de los modelos numéricos para predicciones del tiempo.
- Crear alertas específicas ante fenómenos meteorológicos que pudieran ser de interés.
- Correlacionar fenómenos meteorológicos con situaciones de riesgo, accidentes, destrucción de infraestructuras, etc.
- Comparar esa información con otras estaciones meteorológicas de lugares cercanos.
- Información para múltiples aplicaciones de investigación o actividades operativas que requieren conocer las condiciones meteorológicas para la toma de decisiones.
Figura 1: Estaciones meteorológicas
Aplicaciones de las Estaciones Meteorológicas- Climatología. Para los estudios del clima y sus variaciones a largo plazo.
- Meteorología. Predicción de fenómenos atmosféricos como huracanes, ciclones, tormentas, tormentas eléctricas.
- Agricultura y Silvicultura. Control del riesgo en cultivos, cosechas y la gestión forestal.
- Investigación científica. Realizar estudios de orden público o privado.
- Aeropuertos. Realizar estudios y pronósticos para seguridad en actividades aéreas
- Proyectos solares y energías renovables. En huertos fotovoltaicos, plantas termosolares o proyectos dedicados al aprovechamiento de fuentes de energía limpia, así como para diferentes modelos de predicción del clima y en el área de la salud.
- Protecciones en carreteras. Para la seguridad de tránsito y desarrollo urbanístico.
- Hidrología urbana. El control y gestión de las fuentes hídricas que surten a las ciudades.
- Construcción. Evitar riesgos de orden meteorológico para los proyectos.
Figura 2: Estaciones meteorológicas hidrológicas
Figura 3: Estaciones meteorológicas - agricultura
Variables Meteorológicas aplicadas a las estaciones Una estación meteorológica pudiera medir y registrar de acuerdo a las necesidades de estudio y aplicaciones numerosas variables, entre ellas tenemos:- Temperatura en aire
- Humedad
- Presión barométrica
- Velocidad del viento
- Dirección del viento
- Precipitaciones
- Nivel de UV
- Grosor de Nieve
- Temperatura en suelo
- Humedad del suelo
- Radiación solar
- Visibilidad
- Análisis de contaminación
- Medición de horas luz
- Medición de la altura de las nubes
Estación Meteorológica Automatizada
Una estación Meteorológica automatizada es un sistema autónomo y automático formado por un conjunto de sensores de medición de variables meteorológicas y equipos eléctricos y electrónicos montados sobre una estructura de soporte y conectados a un sistema de adquisición de datos con capacidades de almacenamiento,cálculos y transmisión de información a oficinas centrales. La utilización de las estaciones meteorológicas automatizadas es el registro datos de forma continua y permitir realizar mediciones en intervalos de tiempo menores que tomando los datos manualmente, además de ser totalmente autónomo al no necesitar intervención humana.Figura 4: Estaciones meteorológicas automáticas
La ventaja de estas estaciones meteorológicas es que debido al gran volumen de datos que puede recogerse a intervalos regulares de tiempo, permite el estudio de fenómenos meteorológicos que pueden cambiar rápidamente y que no pueden ser controlados mediante mediciones realizadas con períodos de muestreo mayores.Tipos de Estaciones Meteorológicas
Existen varios tipos de estaciones meteorológicas que se pueden instalar de acuerdo a un determinado propósito o funcionalidad que se desea utilizar con la base de datos recolectada, por lo cual los tipos de estaciones se pueden clasificar en dos grupos, los cuales son:- Estaciones meteorológicas para "Investigación y pronóstico"
- Estaciones meteorológicas para "Operación crítica del clima"
Estaciones meteorológicas para Investigación y Pronóstico
Las estaciones meteorológicas de tipo investigación y pronóstico, los parámetros meteorológicos medidos y registrados en su base de datos, son utilizados para el desarrollo de modelos y pronósticos,lo cual ayudan en determinadas aplicaciones predecir el comportamiento del clima que pudiera afectar una actividad determinada o para la investigaciones específicas de ciertos estudios del clima. Se pueden conocer las siguientes estaciones de este tipo:- Estación pluviométrica
- Estación pluviográfica
- Estación climatológica principal
- Estación climatológica ordinaria
- Estación Meteorológica sinóptica
- Estación Agro-meteorología
- Estación Hidro-meteorológica
Estación pluviométrica
Es aquella que tiene un recipiente o un pluviómetro, que permite medir la cantidad de lluvia caída entre dos mediciones realizadas consecutivas.Estación pluviográfica
Es cuando la estación meteorológica puede realizar de forma continua y mecánica un registro de las precipitaciones, por lo que nos permite conocer la cantidad, intensidad, duración y período en que ha ocurrido la lluvia.Estación climatológica principal
Está provista para realizar medición del tiempo atmosférico actual, cantidad, visibilidad, precipitaciones, temperatura del aire, humedad, viento, radiación solar, evaporación y otros fenómenos especiales. Normalmente se realizan tres mediciones diarias.Estación climatológica ordinaria
Está integrada obligatoriamente de un psicrómetro, de un pluviómetro y un pluviógrafo, para así poder medir las precipitaciones y la temperatura de manera instantánea.Estación Meteorológica sinóptica
Realiza observaciones de los principales elementos meteorológicos en horas convenidas internacionalmente por la OMM (Organización Meteorológica Mundial). Los datos se toman horariamente y corresponden a nubosidad, dirección y velocidad de los vientos, presión atmosférica, temperatura del aire, tipo y altura de las nubes, visibilidad, fenómenos especiales, características de humedad, precipitaciones, temperaturas extremas, capa significativas de las nubes, recorrido del viento y secuencia de los fenómenos atmosféricos. Este tipo de estaciones meteorológicas su instalación, variables, ubicación de sensores, precisión, distancias y calibraciones, deben cumplir con unos criterios normativos impuestas por la OMM ya que esta información se codifica y se intercambia a través de los centros 8 mundiales con el fin de alimentar los modelos globales y locales de pronóstico y para el servicio de la aviación.Estación Agro-Meteorológica
Es una estación meteorológica que realiza mediciones y cálculos meteorológicos biológicos y fenológicas (Horas sol, evapotranspiración, punto de rocío, entre otros), para ayudar a la determinación de las relaciones entre el clima y la vida de las plantas y los animales, orientada a la aplicación del control del riesgo en cultivos, cosechas y la gestión forestal . Las principales variables meteorológicas medidas de este tipo de estaciones son la temperatura del aire, la humedad relativa, la presión barométrica, la velocidad y dirección del viento, la radiación Solar, la precipitación (hora, día y / o acumulada), la humedad del suelo, la temperatura del suelo, la Humedad de Hoja y la evaporación.Figura 5: Estaciones agro-meteorológicas
Estación Hidro-meteorológica
El objetivo principal de esta estación meteorológica es obtener información sobre la disponibilidad de los recursos hídricos superficiales, de su distribución geográfica y variabilidad a lo largo del tiempo, generalmente está prevista para realizar observaciones del tiempo como, precipitaciones, temperatura, humedad, y niveles de cauces.Figura 6: Estaciones hidro-meteorológicas
Estaciones meteorológicas Operación crítica del clima:
Son aquellas donde su base de datos medida y registrada de parámetros son utilizados para operar ante condiciones climáticas que pudieran ocasionar situaciones adversas en una zona ante una cierta actividad. Se pueden conocer las siguientes:- Estación Meteorológica AWOS
- Estación meteorológica para energías renovables
- Estación meteorológica para calidad de aire
- Estación meteorológica para seguridad en carreteras
Estación Meteorológica (AWOS: Automatic Weather Observing System)
Las estaciones meteorológicas de observación para aeropuertos o AWOS pueden medir, procesar, almacenar, generar y difundir información sobre el clima crítico en tiempo real y automáticos para la navegación aérea y con ciertas normativas OMM y de la federación aérea que rige el país donde se instala. El AWOS ha sido diseñado para intercambiar y mostrar la información meteorológica en las diferentes oficinas del aeropuerto nacional o internacional. Las variables que requiere monitorear este tipo estaciones meteorológicas son: Dirección del viento, velocidad del viento, humedad relativa, temperatura, precipitación, ceilómetro, presión atmosférica, radiación solar, visibilimetro RVR.Figura 7: Estaciones meteorológica AWOS
Estación meteorológica para energías renovables
Estas estaciones meteorológicas cuentan con sensores específicos para aplicaciones de generación eléctrica de energía solar y eólica; son estaciones compactas, robustas y fáciles de instalar. Por ejemplo, las estaciones de este tipo instaladas en campos solares (Estaciones meteorológicas PV) son diseñadas para el monitoreo y el seguimiento de la radiación solar, además de proporcionar información meteorológica como las condiciones del viento o lluvia que pudieran afectar el rendimiento o seguridad de la instalación. Las variables que monitorear este tipo estaciones meteorológicas son: dirección del viento, velocidad del viento, humedad relativa, temperatura, precipitación, presión atmosférica, radiación solarFigura 8: Estaciones meteorológicas en plantas solares
Para mayor informacion de como se mide la radiación solar y los instrumentos involucrados visita el siguiente link (LP Energia Solar)Estación meteorológica para calidad de aire
Son diseñadas para medir la presencia en la atmósfera de materias, sustancias o formas de energía que impliquen riesgo o daño para la seguridad o la salud de las personas y el medio ambiente, producidas de forma natural o por actividades de desarrollo humanas. Estas estaciones están dotadas de equipos y sensores capaces de medir distintos contaminantes atmosféricos de acuerdo a la necesidad como: Partículas en suspensión, Dióxido de azufre (SO2), Óxidos de nitrógeno (NOx), Monóxido de Carbono (CO), Ozono troposférico (O3), Compuestos orgánicos Volátiles (COV´s) y Metales pesados.Figura 9: Estaciones meteorológicas para calidad del aire
Estas estaciones además miden el ruido y otros parámetros meteorológicos como la velocidad y dirección del viento, temperatura, humedad relativa, presión, lluvia y radiación solar, los cuales ayudan a la interpretación de los datos de concentración obtenidos.Estación Meteorológica para seguridad en carreteras
La estación meteorológica para seguridad en carreteras está diseñada para la monitorización de las condiciones ambientales en todo tipo de aplicaciones de seguridad vial. Estas estaciones permiten medir las condiciones de la superficie (seca, húmeda, mojada, nieve, etc) y la temperatura en la superficie, para calcular el factor de fricción e informar a estaciones de seguridad vial sobre las condiciones de la vía. Las variables que monitorean este tipo estaciones meteorológicas son: dirección del viento, velocidad del viento, humedad relativa, temperatura, precipitación, presión atmosférica, sensor de condiciones de carreteraFigura 10: Estaciones meteorológica para carreteras
¿Qué instrumentos y componentes puede tener una estación meteorológica profesional?
Como se pudo observar, las estaciones meteorológicas poseen múltiples variables meteorológicas de estudios, por lo que requieren de un conjunto de instrumentos/sensores que puedan contar con un tipo de transductor sensible ante los cambios de esa determinada variable.Figura 11: Estaciones meteorológicas - componentes
Para esto las estaciones meteorológicas pueden contar con los siguientes instrumentos de medición:Instrumentos compactos para medición de temperatura, humedad y presión.
Gracias a los avances tecnológicos las estaciones meteorológicas modernas hoy en día cuentan con sensores que permiten medir de manera simultánea varias variables meteorológicas en un solo dispositivo, cuando antes por ejemplo se requerían de termómetros (temperatura), higrómetros (humedad) o barómetros (presión atmosférica) para medir cada una de las variables de forma independiente. Existen una variedad de sensores como la serie WS de Lufft sensor climático compacto WS300 que permiten medir de manera simultánea variables como temperatura, humedad y presión; además que su diseño, robustez y operación le permite a estaciones meteorológicas automáticas poder operar de manera continua y en condiciones climáticas extremas, sin necesidad de la intervención humana.Figura 12: Sensores climáticos compactos- WS300
Instrumentos para medición de precipitaciones
Pluviómetro.
Las estaciones meteorológicas requieren medir las precipitaciones de forma exacta y fiable cualquier tipo de precipitaciones como llovizna, lluvia intensa, cellisca, granizo o nieve fundamentalmente para la agricultura, el abastecimiento de agua y posibles desastres por lluvias torrenciales. Es por ello que cuentan con los pluviómetros, el cual mide la cantidad de precipitaciones caídas, mediante el método de medición por pesaje, el cual se registra tanto la cantidad como la intensidad de todas las precipitaciones considerando factores marginales como la temperatura y el vientoFigura 13: Instrumentos meteorológicos - Pluviómetro
Instrumentos para medición de velocidad y dirección del viento
Anemómetro y Veleta
La mayoría de casi todas las estaciones meteorológicas en las múltiples aplicaciones requieren medir la velocidad y dirección del viento,ya que el viento es el fenómeno más devastador que hay en la meteorología por su virulencia. Es por ello que las estaciones meteorológicas utilizan dos instrumentos básicos para su medición como son los anemómetros y las veletas. Los anemómetros son utilizados para medir la velocidad del viento, están dotados de cazoletas o hélices unidas a un eje central cuyo giro, proporcional a la velocidad del viento activa un diminuto generador eléctrico que facilita una medida precisa de la velocidad. La veleta es un dispositivo sencillo rotatorio que gira libremente con un señalador que indica la dirección del vientoFigura 14: Instrumentos meteorológicos - anemómetro y veleta
Sensores de viento ultrasónicos
Hoy en día existen sensores modernos que se instalan en las estaciones meteorológicas automáticas de mucho mayor durabilidad, aplicación, precisión, y sin mantenimiento para la medición de la dirección y velocidad del viento que los proporcionados por los anemómetros y las veletas. Este instrumento compacto se conoce como sensor de viento ultrasónico, el cual consiste en 4 pequeños sensores ultrasónicos incorporados que calculan la diferencia del tiempo de recorrido para determinar la velocidad y la dirección del viento. Estos sensores son robustos y sin mantenimiento, además de ser muy fiables ante condiciones extremas climáticas. También estos sensores pueden realizar otras mediciones como la presión del aire y la temperatura virtual.Figura 15: Instrumentos meteorológicos - Sensor de viento ultrasónico
Instrumentos para medicion de radiacion solar
Piranómetro
Las estaciones meteorológicas instaladas en plantas solares o para investigaciones climáticas, hidrológicas entre otras, requieren del instrumento piranómetro capaz de proporcionar la medida de la radiación solar global (directa + difusa) que incide en la zona. Estos instrumentos se instalan en la parte alta de la estación meteorológica y con visual despejado de cualquier tipo de sombra, de tal manera de poder recibir todos los rayos directos del sol.Figura 16: Instrumentos meteorológicos - Piranómetro
Radiómetros Netos
Las estaciones meteorológicas agro-meteorología cuentan con radiómetros netos que sirven para tomar mediciones rutinarias de la radiación neta (diferencia entre la radiación entrante del sol y la saliente de la Tierra), su función es concretamente para el estudio de la evapotranspiración en los cultivos.Figura 17: Instrumentos meteorológicos - radiómetros netos
Seguidores solares meteorológicos
Las estaciones meteorológicas que requieren conocer de manera más precisa la ubicación del arco solar, y conocer ampliamente todo el espectro de radiación solar, cuentan con el instrumento de seguidor solar. Este Permite conocer y posicionarse con él sol, de tal manera que un conjunto de instrumentos para medicion de radiacion que se encuentra integrado puedan tener los datos precisos requeridos.Figura 18: Instrumentos meteorológicos - seguidores solares
Para mayor informacion de como se mide la radiación solar y los instrumentos involucrados visita el siguiente link (LP instrumentos para medir radiación solar) o sobre seguidores solares visita el siguiente link (LP seguidores solares).Instrumentos para medición de condiciones atmosféricas
Espectrofotómetro
Las estaciones meteorológicas que requieren conocer comportamientos del espectro Ultravioleta o condiciones de columna total de ozono ó de SO2 en la atmósfera, cuentan con instrumentos como los espectrofotómetros incorporados, los cuales aportan información valiosa a investigaciones sobre el impacto actual y futuro en la biosfera terrestre.Figura 19: Instrumentos meteorológicos - espectrofotómetros
Radiómetros Solares atmosféricos
Las estaciones meteorológicas que requieren conocer comportamientos de los aerosoles atmosféricos para la investigación climatológica, cuentan con instrumentos como los radiómetros solares, los cuales permiten medir los efectos de los aerosoles estratosféricos en más detalle. Principalmente, esto engloba el vapor de agua y las partículas en suspensión como el humo, el polvo, la arena y la ceniza. Estos elementos absorben y dispersan la radiación solar, actuando como núcleos para la formación de nubes, y promoviendo reacciones químicas en la atmósferaFigura 20: Instrumentos meteorológicos - radiómetros solares
Nefobasímetro o ceilómetro.
En estaciones meteorológicas aplicadas por ejemplo en aeropuertos, se utilizan los instrumentos conocidos como ceilómetro, los cuales miden la distancia desde el suelo hasta la base de la nube mediante una proyección láser hacia el cielo, de tal forma que está luz es sensible cuando alcanza una nube ú otro elemento que impida al láser continuar. Además de también tener la capacidad de medir concentraciones de aerosoles en la atmósfera, esto es útil para detectar la contaminación.Figura 21: Instrumentos meteorológicos - ceilómetro
Instrumentos para medición de operación crítica del clima
Nivómetro.
En las estaciones meteorológicas aplicadas para control de tráfico aéreo o terrestre en zonas climáticas donde se produce nieve, suelen aplicarse instrumentos nivómetros que miden la profundidad de la nieve con respecto al suelo, a través de un rayo láser o ultrasonido, que mediante el dispositivo detecta la altura en la que está el suelo hasta que topa con superficie, bien sea la nieve o el suelo.Figura 22: Instrumentos meteorológicos - nivómetros
Visibilimetro (RVR).
En estaciones meteorológicas aplicadas por ejemplo en aeropuertos, es fundamental para la seguridad en los aterrizajes y despegues que el cielo se encuentre en adecuadas condiciones, es por eso se utilizan dispositivos como los visibilimetro capaces de medir la visibilidad en cada momento. El visibilimetro consideran 3 parámetros, la visibilidad (Alcance Óptico Meteorológico), el nivel de iluminación (luminancia de fondo) y la intensidad de las luces del eje y/o borde de las pistas.Figura 23: Instrumentos meteorológicos - visibilimetro
Sensores climáticos de condiciones de carretera
Las estaciones meteorológicas aplicadas para la supervisión de condiciones climáticas en carreteras utilizan los detectores de clima en carretera, los cuales son dispositivos capaces de detectar espesor de la capa de agua, nieve y hielo, condiciones de la superficie (seca, húmeda, mojada, nieve, hielo), fricción y la temperatura de la superficie de la carretera. El funcionamiento se basa en principios de sensores ópticosFigura 24: Instrumentos meteorológicos - Sensor de condición de carretera
Sistema registrador de datos
Las estaciones meteorológicas modernas automáticas cuentan con un controlador - Registrador central donde llegan todas las señales de los sensores de parámetros meteorológicos. Debido a que existen una diversidad de sensores e instrumentos que pueden ser de señales tanto analógicas como digitales, generalmente estos controladores están fabricados para permitir la conexión con cualquier tipo de sensor.Figura 25: Instrumentos meteorológicos - registrador de datos
Estos controladores permiten registrar toda la información en tiempo real de las variables meteorológicas y almacenarlos en una memoria interna o también hoy en día cuentan con múltiples protocolos de telemetría como transmisión satelital GOES , iridium, GPRS/GSM, entre otras, donde se envía la información a centros de recolección de data y estudio, o incluso compartir la información con otras estaciones meteorológicas. También estos controladores en algunos casos en base a la data recolectada, son capaces de realizar pronósticos y análisis climáticos mediante softwares integrados, lo que facilita y minimiza la intervención humana.Sistemas fotovoltaicos para mantenimiento operativo
Las estaciones meteorológicas automáticas se encuentran en algunos casos apartadas de la red de suministro, además en ciertas aplicaciones deben tener un registro continuo ininterrumpido de las variables medidas para la precisión de sus modelos climáticos, por lo cual es necesario que cuenten con algún sistema de energía de respaldo. Estas estaciones meteorológicas hoy en día cuentan con un pequeño sistema fotovoltaico de tipo aislado (off grid), conformado por un panel solar, cargador de batería y baterías de respaldo, este permite mantener operativo la estación meteorológica gracias a la conversión de energía solar a energía eléctrica en todo momento.Figura 26: Instrumentos meteorológicos - sistema fotovoltaico de respaldo
Generalmente todo los elementos mencionados de instrumentos y controladores están diseñados actualmente para muy bajo consumo de energía (Sistemas electrónicos), lo que hace que este tipo de sistemas fotovoltaicos para estaciones sean muy útiles e independientes para mantener en funcionamiento todo el sistema, además de operar con energías limpias tomada del entorno, facilitando la no intervención humana, y de no causar problemas en el ambiente durante su operación.Conclusiones, soluciones, Advance
Comentarios del autor
En Advance Laboratorios creemos en hacer las cosas bien y en generar bienestar, por eso comprendemos la importancia y la aplicación de las estaciones meteorológicas para los estudios de investigación climática así como sus diversas aplicaciones para la mejora y desarrollo de actividades humanas. Contamos con Ingenieros con experiencia, técnicos capacitados y una variedad de instrumentos a tu disposición, variedad de equipos para el monitoreo de parámetros climáticos, como la precipitación, humedad, temperatura, presión de aire, velocidad dirección del viento, registradores de datos, entre otros, con las marcas más reconocida en el mercado en el campo de meteorología y la climatología como es , OTT LUFFT y Kipp & Zonen. Queremos que tus procesos se hagan de la manera más eficiente y juntos hacer las cosas bien.Enlaces de interés
- Energía Solar (LP Energia solar)
- Instumentos para medir radiación solar
- Seguidores solares
- Climatología
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- https://somosadvance.com/categoria-producto/hidrometeorologia/
- Hidrología
- https://www.ott.com/es-es/
- https://www.kippzonen.es/
- https://www.lufft.com/