¿Cómo podríamos definir la meteorología? de forma breve podríamos afirmar que es la ciencia que estudia el estado del tiempo, el medio atmosférico, los fenómenos producidos y las leyes que los rigen.
En este post, sin adentrarnos mucho en tecnicismos, intentaremos dar algunas pinceladas básicas sobre meteorología para el uso de drones. A los pilotos profesionales nos forman y mucho en todo lo relativo al conocimiento e interpretación de los fenómenos atmosféricos, para poder tomar decisiones en tiempo real de cara a la seguridad del equipo y de las personas, así como al mejor desempeño de los cometidos encargados.
Todos entendemos la atmósfera como una capa gaseosa que envuelve a la tierra en la que los gases son atraídos por la gravedad. La atmósfera se subdivide en varias capas, cada una de las cuales sufre una serie de procesos y tiene unas características propias. Como pilotos de drones la capa que más nos interesa y en la que vamos a desarrollar nuestra actividad es la Troposfera, que se extiende desde el nivel del suelo hasta unos 8.000 metros de altura en los polos y 18.000 metros en el Ecuador. Esta altura varía dependiendo de la estación y la latitud. En la Troposfera la temperatura disminuye con la altitud hasta un valor de -56.5ºC.
Los fenómenos meteorológicos se producen en la Troposfera.
En el estudio de los fenómenos atmosféricos hay varios factores condicionantes de la situación meteorológica. El primero es la temperatura, elemento clave para caracterizar el clima. La principal fuente de energía a nivel atmosférico es la radiación solar, que atraviesa la atmósfera sin calentarla (el aire es diatérmano) pero que calienta la superficie terrestre, las aguas, la tierra y estas a su vez calientan las capas inferiores de la atmósfera. El calentamiento en las capas inferiores de la atmósfera se debe por tanto a dos factores: la mayor presión atmosférica del aire a baja altura y el escaso alcance de las ondas reflejadas por la superficie terrestre, ondas infrarrojas que pierden rápidamente su energía una vez emitidas.
A medida que ascendemos la temperatura baja hasta los 11Km de altura en la que se estabiliza a un valor constante de -56.5ºC. El gradiente vertical térmico es de unos -6.5º cada 1.000 metros. Pese a todo también se producen cambios de temperatura por variaciones de presión atmosférica en procesos adiabáticos, una mayor presión atmosférica producirá un aumento térmico y una menor presión producirá un enfriamiento. Estos gradientes provocados por procesos adiabáticos son de unos 3ºC cada 1.000 pies de altura en el caso de los procesos secos y de 1.8ºC cada 1.000 pies en los procesos húmedos.
Vaya rollo!…es complejo. Para un piloto de drones la temperatura es un factor importante, las altas temperaturas en general suponen una bajada considerable de las capacidades de los RPAS.
Otro factor importante para un piloto es la densidad del aire. La densidad es la relación entre masa y volumen de un fluido. En el caso del aire, la densidad a presión atmosférica normal es de 1.225Kg/m3, este valor disminuye con la humedad, la temperatura y la altitud. A menor densidad menor sustentación generarán las alas de nuestro dron a igual velocidad relativa. En general los drones tienen mayor sustentación a menor altitud, implicando un menor esfuerzo de los motores para mantener estabilizado el RPAS, de hecho en caso de vuelos a alta cota es necesario emplear hélices específicas con mayor capacidad de sustentación.
En general la densidad descenderá al aumentar la altura. También descenderá según aumente la temperatura, a mayor temperatura ambiente menor densidad del aire y bajará la sustentación del drone.
La tercera pata de este complejo entramado es la presión atmosférica. Podemos definir la misma como la fuerza por unidad de superficie que ejerce el aire sobre la superficie terrestre. Al no ser constante la densidad del aire según la altura, es complicado hacer un cálculo exacto de la presión atmosférica en un determinado punto de la superficie terrestre. La presión atmosférica se ve afectada por tres factores: la altura, la temperatura y la humedad.
La presión también es un factor clave en el vuelo de los drones.
En los mapas o gráficos meteorológicos podemos apreciar unas líneas que indican zonas de presión constante, llamadas ISÓBARAS. Las isóbaras unen puntos con presión atmosférica similar. Analizando las isóbaras obtendremos importante información sobre la fuerza y dirección del viento.
En general siempre que veamos las isóbaras muy próximas en un mapa podemos inferir que será una zona de fuertes vientos. Los anticiclones se caracterizan por áreas extensas de presión constante, con isóbaras separadas.
¿Qué diferencia a un ciclón de un anticiclón?
Un ciclón o borrasca es un área por debajo de 1013mb, en el que el valor de las isóbaras aumenta según aumenta la distancia al centro del ciclón. Un ciclón suele ser señal de baja presión y vientos fuertes. Una curiosidad es que los ciclones giran en sentido antihorario en el hemisferio norte. Hay distintos tipos de ciclones (tropicales, huracanes, extratropicales, subtropicales, polares…) pero no es nuestro objeto profundizar tanto en esta breve aproximación a la meteorología básica de vuelo.
Un anticiclón está formado por un área de altas presiones, superiores a 1013mb, en la que la masa de aire que lo forma se encuentra en un estado de mayor estabilidad que el de las zonas circundantes y en el mismo el valor de las isóbaras disminuye según nos alejamos del centro del anticiclón. Giran en sentido horario en el hemisferio norte. En los anticiclones las corrientes de aire descienden desde los niveles altos de la atmósfera en el centro produciendo buen tiempo y cielos despejados. Hay numerosos tipos de anticiclones (térmicos, dinámicos, fríos, cálidos…) no es nuestro objeto meternos tan a fondo.
¿Qué elemento mide la variación de presión atmosférica? El gradiente de presión, que se expresa en función de las fuerzas báricas, generadas por las variaciones de presión y que son perpendiculares a las isóbaras. A mayor gradiente de presión mayores serán los vientos. En general hay dos gradientes de presión: el vertical, en él la presión varía según la altitud y la temperatura (disminuye 1hPa cada 8m hasta los 5.500m) y el horizontal, que es la diferencia de presión entre dos isóbaras consecutivas.
Este gradiente horizontal es importante para nosotros a la hora de interpretar un mapa isobárico: si las isóbaras están separadas o la distancia entre ellas es grande significará que el gradiente es pequeño y los vientos serán flojos. Pero si por el contrario las isóbaras están muy juntas el gradiente de presión será grande y los vientos en esa zona serán fuertes.
La altitud….¿pero qué altitud?
Los pilotos manejamos tres valores interrelacionados pero distintos. Con frecuencia se emplean de forma errónea y puede ser causa incluso de accidentes o sanciones.
- la elevación: es la distancia vertical entre un punto determinado y el nivel del mar.
- la altura: es la distancia vertical entre el nivel de una aeronave y un punto del terreno
- la altitud: es la distancia vertical entre el nivel de una aeronave y el nivel medio del mar
Pongamos un ejemplo, un piloto volando su dron en la meseta, pongamos que sus pies se apoyan en un terreno que está a una elevación de 600 metros respecto del nivel del mar, sube su RPAS a una altura de 100 metros, por lo que la altitud de su dron es de 700m. Frecuentemente los pilotos erróneamente dicen «tengo el dron estabilizado a una altitud de 120m» cuando lo que están es midiendo la distancia relativa entre el suelo y la aeronave por lo que la frase correcta sería «tengo el dron estabilizado a una altura de 120m», la primera frase sólo sería cierta si estuviese hablando respecto del nivel del mar.
Altitud= Elevación del Terreno+Altura
Cuando hablamos de características meteorológicas se suelen dar los datos en función de la altitud, es decir, tendremos que tener en cuenta la elevación del terreno donde nos encontramos para saber de qué estamos hablando.
El viento… de pequeños todos hacíamos la broma de «¿qué es el viento? las orejas de (el pobre desgraciado del momento con poderosos pabellones auditivos) en movimiento»… pero ¿qué es el viento?
Es un flujo de gases a gran escala, es el movimiento de grandes masas de aire provocado por las diferencias de presión atmosférica. Algunos autores lo definían como el movimiento de compensación de las diferencias de presión entre distintos puntos. El viento va de las altas a las bajas presiones intentando compensar el desequilibrio atmosférico.
Los vientos se catalogan según su fuerza y dirección. Los vientos de corta duración se llaman ráfagas. Los de media duración (hasta un minuto) turbonadas. Los de larga duración pueden ser brisa, temporal, tormenta, huracán o tifón.
Los vientos están supeditados a fenómenos de presión, de temperatura, de ubicación (brisa costera, brisa de valle o montaña)…además hay factores que influyen en su trayectoria (fuerzas de Coriolis, rozamientos con la vegetación u orografía, la gravedad terrestre, etc.). Para nosotros como pilotos, lo que nos interesa es conocer la intensidad y la dirección, la indicación de donde nos sopla el viento se da en grados y su intensidad en nudos (a veces con suerte para los del sistema métrico nos lo pasan a kilómetros por hora…raramente).
En el vuelo de drones nos interesa saber la intensidad en la zona donde vamos a acometer la operación o vuelo, para ello además de los valores de predicción es conveniente el uso de un anemómetro, que nos permitirá medir la intensidad real en esa zona, para diseñar correctamente la operación e incluso su viabilidad. En los aeropuertos emplean mangas de viento, que permiten orientar visualmente a los pilotos de la intensidad y dirección del viento.
El almirante Beaufort ideó una tabla para la estimación visual del viento, que se emplea ampliamente en el sector naval. La tabla se modificó para su uso en tierra y aunque no es tan precisa como el anemómetro nos permite de un vistazo saber de qué intensidad de viento estamos hablando:
- Fuerza 0: Calma. Velocidad del viento inferior a 2Km/h. Observación: las hojas de los árboles permanecen quietas. El humo se desplaza de forma vertical.
- Fuerza 1: Aire Ligero. Velocidad del viento de hasta 6Km/h. Observación: las hojas de los árboles se mueven suavemente. El humo se desplaza con escaso componente horizontal, muy lentamente.
- Fuerza 2: Brisa Ligera. Velocidad del viento de hasta 11Km/h. Observación: escuchamos crujir las hojas de los árboles, sentimos el viento en el rostro. Los arbustos permanecen mayoritariamente quietos.
- Fuerza 3: Brisa Suave. Velocidad del viento de hasta 19Km/h. Observación: las hojas y los arbustos están en constante movimiento. Este sería el estado de alerta para pequeños drones, con velocidades inferiores a los 25/30 Km/h.
- Fuerza 4: Brisa Moderada. Velocidad del viento de hasta 30Km/h. Observación: suave movimiento de las ramas de los árboles. Se levanta el polvo y las hojas del suelo. Este sería el estado de alerta para drones medianos, con velocidades inferiores a los 40Km/h.
- Fuerza 5: Brisa Moderada. Velocidad del viento de hasta 40Km/h. Observación: los árboles más esbeltos torsionan sus troncos bajo el empuje del viento.
- Fuerza 6: Brisa Fuerte. Velocidad del viento de hasta 50Km/h. Observación: los árboles se mueven por el viento. Los cables de tendido eléctrico comienzan a silbar. Los paraguas se voltean. Este sería el límite operativo para la inmensa mayoría de drones de consumo.
- Fuerza 7: Ventarrón moderado. Velocidad del viento de hasta 60Km/h. Observación: los árboles se sacuden bajo la influencia del viento, cuesta trabajo caminar contra el viento. Este sería el límite operativo de la mayor parte de drones profesionales.
La escala sigue…aunque a la mayor parte de pilotos realmente ya no es relevante lo que ocurra con vientos de mayor intensidad a los vistos.
Para un piloto es importante saber que el viento en superficie suele ser menor que el que nos encontraremos según vayamos ascendiendo de altura. Existen aplicaciones de meteorología que nos dan buenas predicciones de viento en superficie y estimación en altura, lo que nos permitirá diseñar un trabajo de forma segura (por ejemplo UAV Forecast).
Es importante también para cualquier piloto tener en cuenta los vientos provocados por las brisas de valle o montaña, en los valles y de día el aire en contacto con las paredes del valle se calienta y asciende en las faldas del valle, generando una corriente descendiente en el centro del valle (corrientes anabáticas). Cuando es de noche ocurre el efecto contrario, el viento se enfría en las paredes del valle y tiende a descender, generando un flujo ascendente en el centro del valle (corrientes catabáticas).
ESTO ES UN SINVIVIR DE CONCEPTOS! cierto, ahora entendemos mejor por qué es tan compleja la información meteorológica y por qué su fiabilidad depende mucho de a cuantos días sea la previsión…Ya nos queda menos, pero queda uno de los indicadores visuales más importantes para un piloto:
Las nubes!!
Qué es una nube? Es una suspensión de gotitas de agua, cristales de hielo o una combinación de ambas, que permanecen suspendidos en la atmósfera. Para que se genere una nube se debe saturar una masa de aire, la temperatura en la que se alcanza la saturación de esa masa de aire y en la que ya no se admite más cantidad de vapor de agua se llama punto de rocío.
Cómo podemos llegar a saturar ese aire? de dos formas principales:
- añadiendo vapor de agua
- enfriando la masa de aire
Una masa de aire caliente puede contener más cantidad de vapor de agua superior a una masa de aire frío…el punto de rocío de una masa de aire cálido será superior.
Traduciendo para mortales: el punto de rocío es la más alta temperatura a la que empieza a condensarse el vapor de agua produciendo rocío, neblina, nubes o si la temperatura es muy baja escarcha. Cuando el aire se satura (se llega a una humedad relativa del 100%) llegamos al punto de rocío.
Vale, ya sabemos como se forma una nube…pero qué tipos de nubes hay?
Altas: con bases superiores a 6.000 metros- Medias: sus bases están entre 2.000 y 6.000 metros
- Bajas: sus bases están entre la superficie y los 2.000 metros
- Desarrollo vertical: sus bases están a partir de 500 metros
Dentro de las nubes altas tenemos:
CIRROS: nubes en forma de filamento blanco y delicado. Son nubes de buen tiempo.
CIRROESTRATOS: es un manto, un velo fino, de aspecto fibroso. Puede cubrir total o parcialmente el cielo. No suelen estar asociadas a mal tiempo.
CIRROCÚMULOS: es una capa delgada (importante el matiz) de nubes blancas en forma de glóbulos separados o unidos pero sin sombras. Pueden ser indicadores de turbulencia.
Dentro de las nubes medias, tenemos:
ALTOESTRATOS: Velo de tonos grises o azulados, cubre total o parcialmente el cielo. Suele producir precipitaciones.
ALTOCÚMULOS: capa de nubes blancas o grises, separadas entre sí, producen sombras (clave para diferenciarlas de los CIRROCÚMULOS). No suelen indicar precipitaciones.
Dentro de las nubes bajas tenemos las siguientes:
ESTRATOS: Nubes muy bajas de aspecto uniforme y grisáceo. Son señal de precipitaciones probables.
ESTRATOCÚMULOS: nubes grises o blancas, con partes oscuras y con un gran tamaño. Suelen indicar turbulencias aunque no indican alta probabilidad de precipitaciones.
NIMBOESTRATOS: capa densa de nubes grises y no definidas. Tiene una gran extensión e impide ver el sol. Son claras indicadoras de lluvia continua.
Dentro de las nubes de desarrollo vertical tenemos:
CÚMULOS: Nubes aisladas, densas, de contornos definidos. Tienen aspecto de coliflor y una base plana, oscura. Pueden producir precipitaciones en forma de chubascos aislados.
CUMULONIMBOS: Masas nubosas de grandes dimensiones, densas, con desarrollo vertical, con contornos definidos, tienen aspecto de yunque o martillo. Son nubes de tormenta, precipitaciones fuertes, turbulencias y fuertes granizadas.
Como vemos el tema es muy denso y complejo. En resumen, antes de proceder a realizar un vuelo debemos planificar el mismo y la meteorología es un factor clave. Primero debemos recabar información en sitios contrastados (la web de la AEMET, webs especializadas como ElTiempo.es, sitios especializados en meteorología aeronáutica como UAV Forecast, etc).
Una vez en el lugar de operaciones y tanto antes como durante el vuelo debemos considerar los factores que hemos visto en este extenso post, dirección, fuerza y tipo de viento, humedad, temperatura, altitudes del vuelo, perfil del viento en altitud, nubes, posibilidad percibida de precipitaciones…
Por hoy es suficiente…pronto más información.
Saludos desde ExconAir
EXCONAIR 