GOES-R: beneficios de la observación ambiental de próxima generación

Introducción

Los satélites ambientales operacionales geoestacionarios de la serie GOES (Geostationary Operational Environmental Satellite) son esenciales para la observación continua del entorno del planeta Tierra y juegan un papel fundamental en las operaciones de observación, emisión de alertas y pronóstico del tiempo, no solo en los Estados Unidos, sino en todo el hemisferio occidental. Las naves espaciales y el equipo de apoyo en tierra trabajan en concierto para cumplir la misión del programa GOES, que consiste en proveer datos e imágenes al público en general y a distintas comunidades de usuarios: comerciales, docentes y científicos.

Los satélites ambientales y los distintos sistemas de observación terrestres y atmosféricos
que comprenden el sistema integrado de observación GOES.

Se prevé que la misión GOES–R mejorará la calidad y frecuencia de la información y aumentará la seguridad del público, protegiendo en mayor medida sus vidas, sus bienes y el medio ambiente, fortaleciendo la seguridad económica y fomentando la educación e investigación científica.

NOAA opera dos satélites GOES activos cuyas observaciones abarcan la mayor parte del hemisferio occidental. Hay un tercer satélite en órbita, de reserva, en caso de que se produzca alguna avería inesperada.

Cobertura geográfica de los satélites GOES Oeste y GOES Este.

Juntos, estos dos satélites generan productos meteorológicos continuamente, tanto de día como de noche, observan el Sol y el entorno espacial, reciben y transmiten datos para asistir en operaciones de búsqueda y rescate, y retransmiten los datos de más de 20 000 plataformas terrestres y acuáticas, así como de buques y aeronaves, que recolectan información meteorológica y medioambiental.

Descripción

Este módulo presenta los satélites ambientales operacionales geoestacionarios de próxima generación de la serie R (Geostationary Operational Environmental Satellite-R, GOES-R) de la NOAA, con un énfasis en el valor y los beneficios que esperamos derivar del conjunto optimizado de instrumentos en términos de mejores observaciones de los fenómenos meteorológicos, ambientales, climáticos y de clima espacial, y de los peligros relacionados. El módulo utiliza un gran número de elementos gráficos para destacar el programa GOES-R y sus prestaciones de observación avanzadas en términos de apoyar las trece áreas de aplicación ambientales: calidad del aire y visibilidad; clima; engelamiento en las nubes; incendios; huracanes; cubierta del suelo; rayos; niebla y nubes bajas; ambiente marino y costero; precipitación e inundaciones; tormentas severas y tornados; clima espacial; y volcanes. El módulo incluye una descripción general de la infraestructura espacial y terrestre del programa GOES-R y destaca los elementos y servicios clave del GOES-R. Además, el módulo presenta y contrasta algunos conceptos básicos y las prestaciones en relación con los satélites en órbitas geoestacionarias y polares con el propósito de examinar la naturaleza complementaria de dichos dos tipos de sistemas. El módulo concluye con una colección de recursos, como imágenes, animaciones y tablas, que se han extraído del módulo para que se puedan examinar y utilizar fácilmente en la creación de presentaciones y otros materiales de aprendizaje.

Objetivos de aprendizaje

Cuando termine de estudiar este módulo, podrá:

• Enumerar varios peligros y fenómenos ambientales para los cuales las observaciones de los satélites GOES-R constituirán un beneficio para los usuarios.
• Describir algunos de los beneficios clave anticipados en términos de la observación de dichos peligros y fenómenos ambientales mediante los satélites GOES-R.
• Describir los principales objetivos de la misión GOES-R.
• Explicar la diferencia fundamental entre los satélites en órbita geoestacionaria y los satélites polares, y describir brevemente las ventajas de cada sistema.
• Enumerar los principales instrumentos o conjuntos de instrumentos a bordo de los satélites GOES-R y describir brevemente los datos que cada uno fue diseñado para generar.
• Describir algunos de los servicios del programa GOES-R y su importancia para el éxito general de la misión GOES-R.
• Describir el concepto de Sistema Mundial de Observación y el rol de los satélites ambientales.

Misión del programa GOES–R

Los satélites de próxima generación GOES–R marcarán el comienzo de una nueva etapa en la teledetección ambiental desde satélites geoestacionarios para los EE.UU. Con el lanzamiento del primer satélite, programado para el año 2015, comenzará un período de servicio previsto de diez años durante el cual el programa GOES–R se dedicará a mejorar la calidad y oportunidad de las observaciones meteorológicas y ambientales.

Al igual que los satélites en órbita polar, los satélites geoestacionarios ofrecen ciertas ventajas de observación particulares; ambos también tienen sus propias limitaciones. Veamos brevemente en qué consiste la diferencia entre las órbitas polares y las geosincrónicas.

Satélites geoestacionarios

Los satélites en órbita geosincrónica vuelan sobre el ecuador a una altitud aproximada de 36 000 km (es decir, 22 300 millas) sobre la superficie terrestre. Como su velocidad orbital coincide con la velocidad de rotación de la Tierra, parecen estacionarios.

Comparación de las órbitas de los satélites geoestacionarios y polares.

Esta propiedad de los satélites geoestacionarios permite observar frecuente y coherentemente las estructuras y los fenómenos de interés, lo cual explica la enorme utilidad del sistema GOES para observar toda clase de amenazas, como tormentas convectivas, huracanes, incendios, erupciones volcánicas y tormentas de polvo y arena.

La perspectiva de observación de los satélites en órbita polar es completamente distinta, ya que mantienen una altitud mucho más baja que sus análogos geoestacionarios (normalmente vuelan a 850 km, o 530 millas, de altitud sobre la superficie terrestre) y siguen una trayectoria que pasa cerca de los polos terrestres.

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Un solo satélite en órbita polar tarda 12 horas en observar la totalidad del globo terráqueo, de modo que sobrevuela la mayoría de los lugares al menos dos veces al día. Debido al solapamiento de las órbitas consecutivas, la cobertura de los satélites polares es más frecuente en latitudes altas, pero es relativamente infrecuente en comparación con la de los satélites geoestacionarios, de modo que resulta más difícil utilizarlos para observar los eventos de rápido desarrollo. Sin embargo, debido a su cobertura mundial, estos datos son de enorme utilidad cuando se utilizan con los modelos numéricos que nos ayudan a pronosticar el tiempo y las variaciones climáticas.

Esta tabla compara brevemente algunos aspectos importantes de los satélites geoestacionarios y polares.

Instrumentos

InstrumentosInstrumentos de los satélites GOES–R

Los instrumentos a bordo de los satélites de la serie GOES–R generarán más de 50 veces la cantidad de información que nos brindan los satélites actuales del sistema GOES y ofrecerán una amplia gama de tipos de observaciones medioambientales, con un énfasis particular en la detección de las condiciones propicias para tiempo peligroso en el hemisferio occidental y los impactos del clima espacial.

Además, los sistemas de comunicaciones mejorados a bordo de los satélites GOES–R ampliarán la capacidad de transmisión de datos, para asegurar el flujo continuo y confiable de los productos de teledetección, así como la retransmisión de otra información de interés para los servicios ambientales y de emergencia, que es esencial para muchos usuarios e intereses.

Diagrama relacional de los distintos elementos de comunicaciones del programa GOES-R, incluidos los segmentos espacial y terrestre.

El paquete de instrumentos a bordo de los satélites GOES–R comprenderá:

• el generador avanzado de imágenes de base (Advanced Baseline Imager, ABI) de 16 canales, diseñado para observar las nubes, la atmósfera y la superficie terrestre;
• el sensor de rayos geoestacionario (Geostationary Lightning Mapper, GLM), que permitirá observar las descargas eléctricas en el hemisferio;
• los sensores de irradiancia en el ultravioleta extremo y rayos X (Extreme ultra-violet and X–ray Irradiance Sensors, EXIS), que miden las partículas solares, y el generador de imágenes solares ultravioletas (Solar UltraViolet Imager, SUVI), que generará imágenes del Sol;
• el conjunto de instrumentos de observación del entorno espacial, que incluye la suite de sensores del ambiente espacial (Space Environment In–Situ Suite, SEISS) y el magnetómetro (MAG), para observar el entorno espacial terrestre y las tormentas geomagnéticas; y
• la suite de servicios exclusivos de carga útil (Unique Payload Services), que incluye:
  • el servicio de retransmisión de datos del GOES (GOES Re–Broadcast, GRB), que transmitirá los productos de datos instantáneamente a los usuarios;
  • el servicio de transmisión de información a baja velocidad (Low Rate Information Transmission, LRIT), que permitirá facilitar a los usuarios los datos de distintos satélites y otros datos ambientales;
  • la red de información meteorológica para administradores de emergencias (Emergency Managers Weather Information Network, EMWIN), que contendrá datos pensados específicamente para satisfacer las necesidades de los administradores de emergencias;
  • el sistema de recolección de datos (Data Collection System, DCS), que reenviará los datos ambientales de plataformas en lugares remotos; y
  • el servicio de rastreo asistido por satélite para búsqueda y rescate (Search And Rescue Satellite–Aided Tracking, SARSAT), que ayudará a localizar a navegantes, aviadores y otras personas en peligro.

InstrumentosGenerador de imágenes

El generador avanzado de imágenes de base (Advanced Baseline Imager, ABI), que cuenta con 16 canales, generará productos más aptos para las tareas de predicción, la emisión de avisos de tiempo severo, la predicción numérica del tiempo y las observaciones ambientales y climáticas. El ABI constituye una mejora respecto del generador de imágenes a bordo de los satélites GOES actuales (los números 8 a 12 de la serie, incluidos los N, O y P), ya que cuenta con una resolución espacial 4 veces mayor, una velocidad de captación de imágenes 5 veces más rápida, una mayor cobertura espectral (cuenta con 3.2 veces más canales) y la capacidad de obtener mediciones más exactas, que permitirán observar estructuras elusivas.

Esta tabla compara las características del generador de imágenes del GOES actual y del futuro instrumento ABI del GOES-R.

El sistema permitirá generar imágenes en bandas del espectro visible, infrarrojo e infrarrojo cercano, y los productos asociados, con una frecuencia de 15 minutos para la mayor parte del hemisferio occidental, en comparación con el intervalo de tres horas del sistema actual. Para el territorio contiguo de los Estados Unidos, el intervalo de visualización actual de 15 minutos se reducirá a una frecuencia de 5 minutos; en condiciones de tiempo severo y durante otras emergencias ambientales, será posible obtener imágenes y un subconjunto de productos para un área reducida y seleccionable con una frecuencia de 30 segundos. Como permite apreciar esta simulación de dos horas del ABI, los tres modos de captación de imágenes generarán un conjunto de productos simultáneos.

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Algunos estudios han estimado el valor económico de los posibles beneficios del ABI en comparación con los generadores de imágenes actuales en más de cuatro mil millones de dólares estadounidenses.

InstrumentosDetección de rayos

El sensor de rayos geoestacionario (Geostationary Lightning Mapper, GLM) obtendrá mediciones continuas de las descargas eléctricas que ocurren sobre gran parte del hemisferio occidental y generará mapas de frecuencia y tendencias para todos los rayos (nube a nube y nube al suelo).

Cobertura del sensor de rayos geoestacionario (Geostationary Lightning Mapper, GLM)
superpuesta a un mapa mundial.

Los datos del GLM no se limitarán a mejorar los pronósticos locales y las alertas de tiempo severo y calidad del aire, sino que brindarán datos adicionales para el estudio de climas regionales y del cambio climático.

Datos simulados del sensor de rayos geoestacionario (Geostationary Lightning Mapper, GLM)
superpuestos a una imagen satelital infrarroja de la tormenta que engendró el tornado de Stroud, Oklahoma,
el 3 de mayo de 1999.

InstrumentosObservaciones de la actividad solar y el entorno espacial

Las observaciones de la actividad solar y el entorno espacial de la Tierra realizadas con el sistema GOES actual apoyan las operaciones de la NOAA dedicadas a la observación continua del clima espacial y su pronóstico.

El GOES–R contará con tres instrumentos para asegurar la continuación de estas actividades. Las nuevas prestaciones del GOES–R mejorarán los informes, las alertas, los avisos y los pronósticos de eventos potencialmente peligrosos, como las erupciones solares, las tormentas geomagnéticas y otras perturbaciones solares.

Para observar la actividad solar, el GOES–R tendrá a bordo el generador de imágenes solares ultravioletas (Solar UltraViolet Imager, SUVI) y los sensores de irradiancia en el ultravioleta extremo y rayos X (Extreme ultra-violet and X–ray Irradiance Sensors, EXIS). El SUVI generará imágenes del disco solar completo a intervalos de un minuto para detectar cualquier actividad anormal y avisar temprano de los eventos solares, mientras el EXIS observará continuamente la producción energética solar.

Simulación de las imágenes del Sol que obtendrá el generador de imágenes solares ultravioletas (Solar UltraViolet Imager, SUVI) del GOES-R.

La suite de sensores del ambiente espacial (Space Environment In–Situ Suite, SEISS) y el magnetómetro (MAG) a bordo del GOES–R observarán el entorno espacial de la Tierra midiendo constantemente el efecto de la actividad solar en la atmósfera terrestre, lo cual redundará en mejores pronósticos y alertas de tormentas geomagnéticas.

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Sistema y servicios satelitalesSistema GOES–R

El sistema de satélites GOES–R se basa en una arquitectura integral que asegura a todos los usuarios la disponibilidad coherente y oportuna de las observaciones y los productos. Los instrumentos satelitales, la nave espacial y los sistemas de comunicación de a bordo componen el segmento espacial, cuyo funcionamiento se coordina estrechamente con los sistemas terrestres.

Diagrama relacional de los elementos del programa GOES-R, incluidos los segmentos espacial y terrestre.

El segmento terrestre del GOES–R mantiene los sistemas de la nave espacial en buen estado de funcionamiento, convierte las observaciones en productos, archiva los datos y asegura el acceso confiable a los productos ambientales.

Diagrama relacional de los servicios del programa GOES-R
para recibir, procesar, distribuir y archivar datos y productos.

Los siguientes servicios de nave espacial y terrestres son esenciales para el éxito de la misión del programa GOES–R:

• retransmisión de los productos GOES–R a los usuarios con sistemas de lectura directa mediante el servicio de retransmisión de datos del GOES (GOES Re–Broadcast, GRB) del GOES–R;
• disponibilidad del conjunto completo de productos GOES–R (en tiempo real y archivados) a través del sistema de acceso del GOES–R (GOES–R Access System, GAS);
• diseminación de conjuntos de datos meteorológicos y ambientales, así como de ciertas imágenes de los satélites GOES y en órbita polar, y de otros satélites meteorológicos de los Estados Unidos y otros países, a través del servicio digital de transmisión de información a baja velocidad (Low Rate Information Transmission, LRIT);
• difusión de productos especializados a los administradores de emergencias a través de la red de información meteorológica para administradores de emergencias (Emergency Managers Weather Information Network, EMWIN);
• recolección y reenvío de datos de plataformas ambientales remotas a través del sistema de recolección de datos (Data Collection System, DCS);
• apoyo a servicios de búsqueda y rescate para localizar navegantes, aviadores y otras personas en peligro a través del servicio de rastreo asistido por satélite para búsqueda y rescate (Search And Rescue Satellite–Aided Tracking, SARSAT);
• servicios de comunicación diseñados específicamente para la NOAA y otras operaciones marinas y de aviación civiles.

Observaciones ambientalesHuracanes

Antecedentes y necesidad

Los satélites meteorológicos son la herramienta más importante que tenemos a nuestra disposición para observar y pronosticar los ciclones tropicales y brindar información esencial sobre la amenaza de cualquier tormenta tropical inminente a los pronosticadores, a las personas responsables de tomar decisiones y al público en general.

Imagen MODIS del huracán Katrina antes de su llegada a tierra el 28 de agosto de 2005.

Los huracanes y las tormentas tropicales que periódicamente azotan las regiones costeras implican un costo enorme en vidas humanas, bienes y actividad económica, y llegan a costar miles de millones de dólares estadounidenses. A lo largo de la trayectoria de una tormenta, la marejada, las lluvias intensas, los vientos dañinos, los rayos y los tornados provocan daños y pérdidas importantes. La mejor capacidad observación de los satélites de próxima generación GOES–R conducirá a pronósticos más acertados que contribuirán a reducir algunos de estos costos y a evitar la pérdida de vidas.

Un sobreviviente del huracán Katrina está siendo transportado al aeropuerto de Nueva Orleáns en helicóptero.

Prestaciones y beneficios

Los modernos satélites polares y geoestacionarios (GOES) se utilizan juntos para observar la evolución completa de todos los sistemas tropicales, incluidos los huracanes. Los satélites en órbita polar obtienen imágenes detalladas de la estructura de los huracanes, pero solo pueden hacerlo pocas veces al día. Los satélites GOES actuales generan imágenes de una porción más grande del planeta cada 5 a 15 minutos, pero con una resolución espacial más baja.

Sinergia de GOES-R y los satélites polares para observar la Tierra.

El generador avanzado de imágenes de base (Advanced Baseline Imager, ABI) a bordo de los satélites de próxima generación GOES–R producirá barridos más rápidos y detallados que nos permitirán pronosticar mejor la trayectoria de los huracanes, reduciendo la probabilidad de que una tormenta tome desprevenidos a los residentes de una región costera.

Simulación de imagen del generador de imágenes de base avanzado (Advanced Baseline Imager, ABI) del GOES-R que muestra el huracán Katrina en el momento de llegar a la costa al sudeste de Luisiana.

La mejora de los pronósticos reducirá el costo de las evacuaciones innecesarias y los preparativos superfluos de los inmuebles en los litorales que no se verán afectados por el paso de la tormenta. Un mejor pronóstico también reducirá el riesgo para las plataformas petroleras y las operaciones de transporte marítimo, de pesca y de navegación deportiva.

Embotellamiento en la carretera interestatal I-45 durante la evacuación provocada por el huracán Rita, en Texas.

Mejoras técnicas

El ABI y el sensor de rayos geoestacionario (Geostationary Lightning Mapper, GLM) son los elementos clave de la mejor capacidad de observación de los satélites de la serie GOES–R. La mayor cobertura espectral del ABI se sumará a su mayor resolución espacial y temporal para producir conjuntos de imágenes y productos derivados más amplios que:

• mejorarán nuestra capacidad de determinar la posición del centro de las tormentas y sus movimientos;
• brindarán mediciones más exactas de la temperatura de la superficie del mar, permitiendo mejores evaluaciones de la energía disponible para la evolución de los ciclones tropicales;
• mejorarán los análisis del viento que se introducen en los modelos numéricos; y
• tendrán capacidades superiores para detectar tanto el vapor de agua como de el polvo y la arena, de modo que se podrán identificar más fácilmente las entradas de aire seco que impiden el desarrollo de los huracanes.

Las observaciones continuas de la actividad eléctrica en vista de disco completo de la Tierra realizadas por el GLM aumentarán nuestra comprensión de la física y la dinámica de los ciclones tropicales. La introducción de estas observaciones en los modelos de pronóstico contribuirá a mejorar las predicciones de intensidad de los ciclones.

Mapa de cobertura del sensor de rayos geoestacionario (Geostationary Lightning Mapper, GLM) del GOES
y las regiones afectadas por los huracanes.

Observaciones ambientalesTormentas severas y tornados

Antecedentes y necesidad

Las tormentas severas pueden generar tornados, granizo, vientos dañinos, rayos y lluvias intensas; juntos, estos fenómenos causan la mayor parte de las pérdidas humanas y económicas relacionadas con las condiciones del tiempo en los Estados Unidos. Los satélites meteorológicos nos ayudan a observar el entorno para detectar la formación de las tormentas convectivas y observar su desarrollo. Los avances tecnológicos de los satélites meteorológicos de próxima generación de la serie GOES–R aumentarán nuestra capacidad de pronosticar y observar las tormentas y de emitir avisos de tiempo severo con mayor anticipación.

Prestaciones y beneficios

Los satélites geoestacionarios (GOES) actuales generan información sobre la evolución de las tormentas convectivas aproximadamente cuatro veces por hora, un intervalo demasiado largo para poder capturar ciertos detalles del rápido desarrollo de las tormentas, como, por ejemplo, los cambios que ocurren en las nubes en relación con la formación del granizo. Además, el número relativamente bajo de canales limita la información cuantitativa que está disponible para analizar las tormentas.

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Para la observación de rayos, una función que no ofrecen ni los satélites GOES ni la mayoría de los satélites polares, dependemos de las redes terrestres. Junto con la información atmosférica que obtiene la constelación de satélites en órbita polar, el generador avanzado de imágenes de base (Advanced Baseline Imager, ABI) del GOES–R nos ayudará a mejorar nuestras evaluaciones de la amenaza diaria de tormentas. La frecuencia de adquisición del ABI —de hasta 30 segundos— permitirá observar las nubes convectivas de crecimiento rápido antes de que las pueda detectar el radar y, como resultado, emitir avisos de tiempo severo inminente más exactos y oportunos.

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Las capacidades de captura de imágenes del ABI, más avanzadas y más frecuentes, se combinarán con los datos de rayos del sensor de rayos geoestacionario (Geostationary Lightning Mapper, GLM) para permitir una caracterización más precisa del entorno previo a la formación de una tormenta y la observación de su evolución. Las observaciones del ABI serán importantes para la predicción de la estructura y organización de las tormentas convectivas, así como para pronosticar el potencial de granizo, vientos severos y tornados.

Mejoras técnicas

La mayor resolución espacial y temporal (frecuencia de adquisición de imágenes) del ABI nos permitirán observar con más detalle los precursores atmosféricos asociados con el inicio de la convección profunda. Esto permitirá vigilar las propiedades microfísicas y las tasas de enfriamiento de los topes de las nubes para evaluar el crecimiento de las tormentas convectivas, y su potencial severidad, incluso antes de que alcancen su máxima intensidad.

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La mayor precisión espacial y radiométrica del ABI producirá vistas más claras de los topes de las nubes convectivas a medida que se desarrollan y nos permitirá identificar mejor ciertas estructuras específicas de los topes de las nubes, como la conocida estructura «en forma de V» o «de cuña».

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El mayor número de canales espectrales mostrará los cambios de fase y tamaño de las partículas que ocurren en los topes de las nubes.

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Estas mediciones son importantes para los modelos de predicción numérica y para determinar si una tormenta se intensificará o se disipará. La capacidad de obtener imágenes a intervalos de 30 segundos también nos permitirá observar cualquier cambio que ocurra muy rápidamente en las tormentas. Los vectores de mayor resolución del movimiento atmosférico de mesoescala, que permiten observar la divergencia y la convergencia en los niveles altos y bajos, respectivamente, de las tormentas, dos factores importantes en términos de la capacidad de una tormenta de mantener su integridad. La disponibilidad de mediciones continuas de la frecuencia y las tendencias de las descargas eléctricas obtenidas por el GLM nos ayudará a identificar las tendencias a la intensificación o al debilitamiento de las tormentas y se espera que nos permita aumentar el tiempo de alerta para los tornados.

El GLM también ofrece la oportunidad de avisar del peligro de descargas eléctricas de nube al suelo inminentes antes de que ocurran, reduciendo de este modo el riesgo de pérdida humana y económica. Las prestaciones adicionales del conjunto de instrumentos del GOES–R podrían dar lugar al establecimiento de un sistema integral de predicción inmediata de las tormentas basado en satélites capaz de producir continuamente información sobre la estabilidad preconvectiva, la iniciación de la convección, la etapa activa de las tormentas y la disipación de las nubes.

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Observaciones ambientalesRayos

Antecedentes y necesidad

Año tras año, los rayos se cuentan entre las tres causas principales de muerte y heridas relacionadas con el tiempo atmosférico en los Estados Unidos, donde todos los años provocan aproximadamente cien fatalidades, varios centenares de heridos y daños por miles de millones de dólares.

Si nos limitamos a considerar la industria de transporte aéreo, los daños ascienden a cerca de dos mil millones de dólares anuales. Los rayos son además una fuente principal de óxidos de nitrógeno, los cuales afectan a la composición química de la atmósfera, a la calidad del aire y al clima mundial. En la actualidad, los pronosticadores dependen de redes de observación terrestres para mantenerse al tanto, en tiempo real, de las descargas eléctricas. Sin embargo, existen lagunas en la cobertura de estas redes en tierra firme y hay regiones oceánicas donde las observaciones son muy escasas y desparejas, todo lo cual limita nuestra capacidad de aprovecharlas.

Cobertura mundial de la red nacional de detección de rayos de Estados Unidos
superpuesta a una imagen satelital que muestra tormentas y otras nubes.

Además, las redes terrestres de alcance nacional que se han organizado en el hemisferio occidental solo detectan las descargas de nube al suelo, y no las de nube a nube, que son las que constituyen la mayor amenaza para la aviación y son hasta 10 veces más comunes, al menos en ciertas partes de los Estados Unidos. Y como las descargas de nube a nube suelen ser precursoras de una descarga de nube al suelo, la capacidad de las redes terrestres para avisar temprano de la proximidad de condiciones propicias para los rayos es limitada. Los satélites meteorológicos de próxima generación de la serie GOES–R observarán, en tiempo real, toda la actividad eléctrica en prácticamente todo el hemisferio occidental, brindándonos una nueva y revolucionaria herramienta que mejorará los pronósticos inmediatos y avisos de rayos, granizo y otras amenazas de las tormentas convectivas.

Datos simulados del sensor de rayos geoestacionario (Geostationary Lightning Mapper, GLM)
superpuestos a una imagen satelital infrarroja de la tormenta que engendró el tornado de Stroud, Oklahoma,
el 3 de mayo de 1999.

Prestaciones y beneficios

El instrumento sensor de rayos geoestacionario (Geostationary Lightning Mapper, GLM) a bordo de los satélites de próxima generación GOES–R medirá continuamente toda la actividad de rayos (las descargas de nube a nube y de nube al suelo) en la mayor parte del hemisferio occidental. Este será uno de los primeros instrumentos de este tipo capaces de cubrir simultáneamente una región geográfica de semejante tamaño.

Cobertura del sensor de rayos geoestacionario (Geostationary Lightning Mapper, GLM)
superpuesta a un mapa mundial.

Además de producir datos de rayos en tiempo real, la observación satelital de las descargas eléctricas contribuirá a mejorar las predicciones de tornados, granizo, microrráfagas y crecidas repentinas, y nos ayudará a emitir avisos de peligro inminente de descargas de nube al suelo. La observación casi constante de los rayos ayudará a los administradores de emergencias y a los combatientes de incendios a identificar los posibles puntos de ignición hasta en las zonas más remotas, reduciendo de este modo su tiempo de respuesta.

Imagen MODIS del humo levantado por incendios activos en Idaho y Montana (EE.UU.) y Alberta (Canadá).

La cobertura geográfica ampliada del GLM conducirá a mejoras considerables en la capacidad de las aerolíneas para desviar los vuelos con el fin de evitar las tormentas, lo cual aumentará la seguridad, ahorrará combustible y reducirá los retrasos. La pronta advertencia de actividad de rayos contribuirá a proteger la vida del personal obrero que trabaja a la intemperie y del público general.

Mejoras técnicas

Las observaciones continuas del GLM nos ayudarán a predecir y seguir el movimiento de las tormentas severas y a identificar las zonas amenazadas por los peligros con ellas asociadas —como rayos, tornados, granizo, microrráfagas y crecidas repentinas— prácticamente en todo el hemisferio occidental.

Observaciones infrarrojas del TRMM de reflectividad y descargas de rayos derivados por satélite
para un complejo de tormentas que se formó en los EE.UU. el 14 de mayo de 2005.

Los datos de los instrumentos GLM y ABI se sumarán a los de los satélites en órbita polar para mejorar nuestras estimaciones de la precipitación en tiempo real y los avisos de potencial de condiciones de crecida repentina, y se usarán en los modelos de predicción numérica del tiempo para mejorar los pronósticos de huracanes. Se ha calculado que la información que proporcionará el GLM, que incluye frecuencia y tendencias de descargas totales de rayos, aumentará el plazo con que la emisión de una alerta de tornado se adelanta al suceso, así como los pronósticos inmediatos (nowcast) de granizo, ráfagas y microrráfagas. Esto es posible gracia a la correlación entre las tendencias observadas en la actividad de rayos, la intensidad de las corrientes ascendente y descendente de la tormenta, y el tiempo severo subsiguiente.

Modelo conceptual de supercélula, observada desde el sudeste, que muestra las regiones de corrientes
ascendentes y descendentes, la separación de las cargas eléctricas (positiva en la parte superior de la tormenta, negativa en su parte inferior) y la descarga de un rayo.

Los datos de rayos del instrumento GLM aportarán otros beneficios y tendrán otras aplicaciones, como la capacidad de observar la química atmosférica, mejorar los pronósticos de calidad del aire y facilitar el estudio de la convección profunda y los rayos en relación con la variabilidad climática.

Climatología mundial anual de rayos sobre proyección Mollweide de áreas iguales.
El máximo ocurre en África central.

Observaciones ambientalesIncendios

Antecedentes y necesidad

Todos los años, los incendios forestales destruyen bienes, dañan ecosistemas y matan o hieren a personas y animales. En los Estados Unidos, donde es normal que en un año arda una zona de bosque equivalente a más de 1 600 000 hectáreas (4 000 000 de acres), equivalente a casi el doble la superficie de Puerto Rico, el costo de las pérdidas de inmuebles y del trabajo de supresión de incendios alcanza un valor medio anual de dos mil millones de dólares.

A medida que consumía el bosque al noreste de Buellton, California, el incendio de Zaca generó
una gran nube de humo gris y enormes lenguas de fuego que saltaban de un árbol a otro.

Muchos incendios forestales arden en regiones remotas, de modo que la mejor capacidad para observar los incendios (y las condiciones previas y posteriores a ellos) con los satélites meteorológicos de próxima generación de la serie GOES–R ayudará a los combatientes, a los administradores de emergencias y a las comunidades a mejorar su preparativos y su respuesta incluso ante los incendios que hubieran pasado desapercibidos con los métodos de observación terrestres y aéreos tradicionales.

Combatientes junto a un carro de bomberos estacionado delante de una cabaña observan
una inmensa nube de humo que llega desde el otro lado de la colina.

Prestaciones y beneficios

Si bien los actuales satélites en órbita polar cuentan con mejores instrumentos para detectar los incendios forestales, observar el estado de la vegetación e identificar las zonas quemadas, la capacidad de los satélites geoestacionarios (GOES) de obtener imágenes frecuentes del mismo lugar constituye una clara ventaja a la hora de observar un incendio forestal que se propaga rápidamente.

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Las observaciones mejoradas del nuevo generador avanzado de imágenes de base (Advanced Baseline Imager, ABI) aumentarán considerablemente nuestra capacidad para detectar y observar la vegetación sometida a estrés ambiental y las condiciones meteorológicas, tanto antes como durante un incendio, en cualquier parte del continente americano. En comparación con los satélites GOES anteriores, el ABI ayudará a los combatientes de incendios forestales y al personal de respuesta de emergencia con información más frecuente y detallada sobre las condiciones rápidamente cambiantes de los incendios.

Junto con los instrumentos de sus análogos en órbita polar, el ABI del GOES–R también observará mejor el restablecimiento de la vegetación para evaluar el peligro de deslizamientos de lodo y crecidas. Las mediciones del nuevo sensor de rayos geoestacionario (Geostationary Lightning Mapper, GLM) del GOES–R permitirán a los administradores de incendios forestales identificar los rayos que caen en zonas remotas propensas a incendios, lo cual disminuirá el tiempo de respuesta para los incendios incipientes y minimizará las pérdidas correspondientes.

Mejoras técnicas

La sensibilidad y la alta resolución espacial de los canales infrarrojos de onda corta del ABI mejorarán nuestra capacidad para detectar y caracterizar los incendios y puntos calientes.

Simulación de una imagen infrarroja de onda corta del GOES-R
que muestra incendios en el sur de California (EE.UU.).

Los nuevos canales espectrales en el visible e infrarrojo cercano mejorarán nuestras observaciones de las condiciones de humo y permitirán a la vez derivar productos para observar la cubierta vegetal y las condiciones de la vegetación a lo largo del tiempo, dos factores importantes para evaluar el peligro de incendios. Con el conjunto de productos de cubierta del suelo del ABI, que permitirá distinguir el suelo desnudo de la vegetación reciente, los pronosticadores y los funcionarios a cargo de tomar decisiones sobre el uso del suelo podrán vigilar las zonas quemadas.

Imagen MODIS de una enorme nube de humo que cubre casi toda Alaska
y partes del Territorio del Noroeste, en Canadá.

Cuando existe el peligro de lluvia muy fuerte, la identificación previa de las zonas quemadas permite reconocer más fácilmente las áreas donde existe el potencial de crecidas repentinas y flujos de escombros.

Observaciones ambientalesPrecipitación e inundaciones

Antecedentes y necesidad

Entre los peligros meteorológicos que pueden surgir en los Estados Unidos, ninguno causa más muertes y daños materiales que las crecidas repentinas, las cuales, además, cuestan miles de millones de dólares al año.

La observación frecuente y exacta de las lluvias intensas asociadas con las tormentas convectivas y los huracanes permite estimar bien tanto la posición de la lluvia como la cantidad de precipitación generada, dos datos fundamentales para emitir avisos oportunos de crecida repentina. Los satélites meteorológicos de próxima generación de la serie GOES–R permitirán determinar con mayor precisión la posición de las tormentas y la cantidad de lluvia generada, como resultado de lo cual los ciudadanos en zonas susceptibles de inundaciones tendrán más tiempo para ponerse a salvo.

Imagen compuesta del TRMM de la NASA que muestra la lluvia depositada por el huracán Ike.

Prestaciones y beneficios

Los satélites geoestacionarios (GOES) y los satélites en órbita polar (POES) son ambos componentes vitales de la red integrada de observación de la precipitación, que incluye tanto estaciones de radar meteorológico terrestre como pluviómetros. Los satélites de la serie GOES–R observarán las tormentas productoras de lluvia con un grado de detalle espacial y temporal nunca antes visto.

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El generador avanzado de imágenes de base (Advanced Baseline Imager, ABI) será capaz de captar vistas de una tormenta con una frecuencia máxima de 30 segundos, lo cual nos permitirá observar mejor las tormentas de rápida evolución, mejorar nuestras estimaciones de la cantidad de precipitación y emitir boletines de vigilancia o alerta de crecida repentina exactos y oportunos para ayudar a los administradores de emergencias a tomar decisiones bien fundamentadas. La diseminación de boletines de vigilancia o de alerta oportunos significa que los ciudadanos en zonas susceptibles de inundaciones contarán con más tiempo para evitar el peligro y ponerse a salvo.

Mejoras técnicas

La combinación de prestaciones espectrales, temporales, espaciales y radiométricas mejoradas del instrumento ABI del GOES–R permitirá realizar predicciones más acertadas del inicio de la convección y generará observaciones más exactas de las lluvias intensas, todo lo cual aumentará nuestra capacidad de determinar si una crecida repentina es inminente.

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Los 16 canales del ABI nos permitirán caracterizar con mayor precisión las propiedades microfísicas en los topes de las nubes, como las fases y la distribución de tamaños de los hidrometeoros, dos aspectos importantes para diagnosticar la dinámica de las tormentas convectivas. La combinación de esta información con los datos obtenidos por el sensor de rayos geoestacionario (Geostationary Lightning Mapper, GLM) ampliará nuestra concepción de los procesos de formación de la precipitación y mejorará nuestras estimaciones de la misma. Cuando estén previstas inundaciones, la capacidad del ABI de concentrar su actividad en una región geográfica particular y capturar datos a intervalos de hasta 30 segundos, nos permitirá vigilar las tendencias de lluvia.

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De este modo podremos evaluar de forma más exacta la evolución de las tormentas productoras de lluvia y mejorar nuestros avisos de crecida repentina, lo cual, en última instancia, puede salvar vidas humanas.

La Guardia Costera de EE.UU. rescata a una persona de las aguas caudalosas de un río.

Observaciones ambientalesNubes bajas y niebla

Antecedentes y necesidad

La reducción de la visibilidad provocada por la niebla es siempre una amenaza importante para los viajeros y es una de las principales causas de los accidentes de transporte y de la congestión en las terminales aéreas.

Los instrumentos de los satélites meteorológicos de próxima generación de la serie GOES–R producirán mejores observaciones de las condiciones propicias para la formación de nieblas y mantos nubosos bajos, aumentando de este modo la seguridad del público y reduciendo los costos tanto en tierra como en el aire.

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Prestaciones y beneficios

El uso conjunto de los datos de los satélites geoestacionarios (GOES) y de los satélites en órbita polar se ha convertido en una herramienta importante para observar y pronosticar las condiciones de niebla y nubes bajas. Si bien los satélites en órbita polar son capaces de generar instantáneas de alta resolución que revelan con gran detalle la estructura de la niebla y las nubes, la relativamente baja frecuencia de sus pasadas limita su capacidad para observar la evolución de las nubes.

Comparación de las imágenes captadas por dos satélites en órbita polar que muestran, en falso color, la formación de niebla en Grecia. Entre la primera y la segunda imagen transcurrió poco más de hora y media. La próxima vez que un satélite sobrevoló la zona no fue sino 9 horas más tarde,
y para entonces la niebla se había disipado completamente.

La capacidad de los actuales satélites GOES de generar imágenes con mayor frecuencia nos permite observar la evolución de los episodios de niebla o nubes bajas. Aún así, el relativamente pequeño número de bandas disponibles y su menor límite de resolución reducen su habilidad de resolver las estructuras nubosas más finas.

Niebla en el Valle Central de California capturada en una imagen infrarroja del GOES-10.

Los satélites de próxima generación GOES–R mejorarán los aspectos ya ventajosos de los actuales satélites geoestacionarios. El generador avanzado de imágenes de base (Advanced Baseline Imager, ABI) del GOES–R multiplicará por cuatro la resolución espacial, aumentará a cinco minutos la frecuencia de adquisición de imágenes sobre el territorio contiguo de los Estados Unidos y, gracias a la nueva capacidad de cuantificación de las características de los topes de las nubes y el espesor de las nubes, mejorará los pronósticos de condiciones de nubes bajas a corto plazo, incluidas las etapas de formación y disipación de la niebla.

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Los productos de alta resolución del ABI permitirán detectar las estrechas bandas de niebla que se forman en los valles, una estructura que antes hubiera sido borrosa. La mejora de los pronósticos de niebla aumentará considerablemente la seguridad y la eficiencia económica de los sistemas de transporte.

Mejoras técnicas

La mejor resolución espacial del instrumento ABI del GOES–R junto con su mayor frecuencia de adquisición de imágenes y los datos calibrados de reflectancia en el visible aumentarán nuestra capacidad de observar y pronosticar las condiciones de nubes bajas y niebla a corto plazo a través de sus etapas de formación, movimiento y disipación.

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Los canales infrarrojos adicionales que estarán disponibles generarán mediciones de la altura de las nubes y mejores estimaciones de techos y visibilidad para uso en los pronósticos de aviación. Las observaciones mejoradas de la estructura fina, la profundidad y la cobertura geográfica de la niebla y las nubes bajas nos permitirán estudiar los lugares donde tienden a formarse y su comportamiento, a la vez que contribuirán a mejorar nuestros pronósticos de niebla.

Niebla en los valles de los estados de Pennsylvania y Nueva York
en una simulación de una imagen infrarroja del GOES-R.

Observaciones ambientalesEngelamiento en el interior de las nubes

Antecedentes y necesidad

Todos los años, la acumulación de hielo en las alas y las superficies de control de algún avión que atraviesa una nube provoca la pérdida de control de la aeronave y resulta en un accidente.

Simulacro de accidente aéreo para bomberos y otros socorristas.

Los satélites meteorológicos de próxima generación de la serie GOES–R mejorarán nuestra capacidad de observar la formación de nubes y de distinguir los distintos tipos de nubes. Estas prestaciones ayudarán a los pilotos a identificar dónde y cuándo pueden producirse condiciones de engelamiento, lo cual no solo reducirá los retrasos en los vuelos, sino que mejorará los informes meteorológicos, la planificación de los vuelos, la elección de rutas para el tráfico aéreo y los boletines de aviso, aumentando la seguridad de las aeronaves.

Prestaciones y beneficios

Para ser útiles en la detección de engelamiento, las observaciones satelitales deben ser sensibles a las variaciones espaciales de muchas propiedades de los topes de las nubes, como temperatura, fase, tamaño de las gotitas y contenido de agua líquida y hielo.

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Los actuales satélites geoestacionarios (GOES) no cuentan con la capacidad de definir estas condiciones adecuadamente. Debido a estas limitaciones, los actuales productos de potencial de engelamiento basados en datos satelitales son poco exactos y carecen de detalle espacial. La mayor resolución espacial y frecuencia de adquisición del generador avanzado de imágenes de base (Advanced Baseline Imager, ABI) revelará en detalle el desarrollo y la estructura de las nubes.

Imagen GOES-12 en el visible de una línea de tormentas convectivas que abarca los estados de Wisconsin,
Minnesota y Iowa, en la región central de EE.UU. Las tormentas más maduras se observan
en el extremo noreste de la imagen, mientras las del sudoeste están en fase de desarrollo.

Nuestra capacidad de observar la evolución de las nubes, diagnosticar los tipos de nubes e identificar distintas capas nubosas aumentará. Las nubes «húmedas» presentan el mayor peligro de engelamiento para las aeronaves y la mayor cobertura espectral del ABI mejorará los productos que permiten distinguir las nubes «secas» de las «húmedas». Esta capacidad aumentará la seguridad en aviación y reducirá a la vez los costos de tiempo y combustible.

Mejoras técnicas

Los canales adicionales del ABI en el visible e infrarrojo de onda corta y onda larga nos ayudarán a definir mejor la evolución espacial y temporal de las propiedades de las nubes que determinan las condiciones de engelamiento.

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Nuestra capacidad de identificar estas características de las nubes y, por tanto, de predecir el engelamiento, aumentará aún más al combinar la información del ABI con las estimaciones generadas por los datos de los satélites POES y el futuro radar polarimétrico terrestre.

Producto engelamiento en el interior de las nubes (Cloud Icing Product, CIP)
derivado de satélites e informes PIREP.

En la era de GOES–R, la disponibilidad de datos de resolución espacial y temporal más alta permitirá observar mejor la formación de las nubes e identificar las capas nubosas y los tipos de nubes. Esto es particularmente importante en el caso de las nubes convectivas, ya que es frecuente que engendren condiciones propicias para el engelamiento.

Transectas de engelamiento en el interior de las nubes generadas por 1) CloudSat, para mostrar
la reflectividad sobre la región central de EE.UU., y 2) GOES, para mostrar engelamiento y probabilidad
y severidad del engelamiento con gotas grandes sobreenfriadas (GGS) en el interior de las nubes.

Observaciones ambientalesCalidad del aire

Antecedentes y necesidad

La mala calidad del aire es perjudicial para la salud de la gente, los animales y el medio ambiente. Por eso los científicos vigilan los contaminantes a nivel mundial y los satélites meteorológicos son la mejor herramienta disponible para hacerlo de forma continua. Los satélites meteorológicos de próxima generación de la serie GOES–R ampliarán nuestra capacidad de observar la calidad del aire a lo largo del hemisferio occidental, incluidos los aerosoles, como el polvo y las cenizas volcánicas, y los gases traza, como el ozono y el dióxido de azufre.

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Estos satélites también nos ayudarán a localizar las áreas de escasa visibilidad, un factor importante en los retrasos y la cancelación de los vuelos comerciales.

Prestaciones y beneficios

Debido a que los actuales satélites geoestacionarios (GOES) cuentan con relativamente pocos canales espectrales, su capacidad de estimar la distribución y concentración de contaminantes y gases traza potencialmente peligrosos es limitada.

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En combinación con la constelación de satélites en órbita polar, los satélites de la serie GOES–R facilitarán enormemente la observación de los contaminantes aerotransportados, así como sus posibles regiones de origen. El generador avanzado de imágenes de base (Advanced Baseline Imager, ABI) del GOES–R ampliará la cobertura espectral y aumentará la velocidad de barrido, permitiéndonos obtener, de forma oportuna, datos sobre las emisiones peligrosas, tanto naturales como causadas por el ser humano, como polvo, aerosoles y emisiones de gases traza, que conducen a la formación de esmog y degradan la visibilidad. El ABI del GOES–R también permitirá realizar mediciones de ozono total,

Producto ozono total de Aura OMI sobre las regiones árticas, 11 de marzo de 2005.

cenizas volcánicas,

Producto de sustracción de canales del AVHRR que muestra la nube de cenizas generada por la erupción del volcán Kasatochi
el 8 de agosto de 2008.

y dióxido de azufre en la troposfera superior, todos factores que pueden influir en las condiciones del tiempo y la calidad del aire.

Impresionante nube de dióxido de azufre generada por Kasatochi, un volcán de las islas Aleutianas. La nube, que abarca la mayor parte de Canadá y parte de Estados Unidos, fue detectada por el instrumento de observación del ozono de la NASA.

El sensor de rayos geoestacionario (Geostationary Lightning Mapper, GLM) constituirá una nueva fuente de datos para mejorar los pronósticos de calidad del aire, porque los rayos son uno de principales fenómenos productores de los óxidos de nitrógeno, que conducen a la producción de ozono en la troposfera media y alta. El aumento en las concentraciones de ozono puede llegar a afectar a la calidad del aire en la superficie de las regiones a sotavento. El acoplamiento de los instrumentos ABI y GLM con los modelos numéricos de dispersión brindará a los pronosticadores y a otras personas responsables de tomar decisiones los datos casi en tiempo real que necesitan para evaluar los riesgos que la calidad del aire implica para el público, el medio ambiente, la aviación y otros intereses comerciales.

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Mejoras técnicas

Los nuevos canales espectrales, la mayor frecuencia de adquisición de imágenes y la mayor precisión radiométrica del instrumento ABI del GOES–R mejorarán la detección de aerosoles, humo y gases traza.

El ABI observará mejor las fuentes de emisión de gases nocivos y nos permitirá alertar temprano al público y a otros sectores sensibles a su dispersión, como los servicios médicos, la aviación y los servicios de transporte terrestre. Como los rayos constituyen una fuente importante de producción regional de óxidos de nitrógeno y ozono a entre 5 y 13 km de altura sobre el suelo, el GLM se convertirá en una nueva fuente de datos para mejorar los pronósticos de la calidad del aire y de la química atmosférica.

Descripción de los niveles de ozono del índice de calidad del aire (Air Quality Index, AQI).

El ozono que llegue a la superficie es de particular interés debido a su impacto directo en la salud humana, las cosechas y el medio ambiente.

Una hoja de álamo que muestra el efecto de una elevada concentración de ozono.

Observaciones ambientalesCubierta del suelo

Antecedentes y necesidad

La información cada vez más detallada que obtienen los satélites meteorológicos ayuda a los pronosticadores, urbanistas y otras personas responsables de tomar decisiones a evaluar las condiciones del suelo terrestre y a observar los ecosistemas afectados por las condiciones meteorológicas extremas, el cambio climático y la actividad humana.

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El estrés ambiental al que están sometidas las plantas en épocas de sequía aumenta el peligro de pérdida de las cosechas y de incendios forestales. Las inundaciones y las aguas estancadas pueden afectar a las actividades de plantío y de cosecha, así como a las operaciones de transporte terrestre y acuático, y alterar el régimen de calentamiento diurno, los patrones nubosos y la formación de lluvia a nivel local. El manto de nieve que cubre el suelo después de una tormenta de invierno tiene repercusiones importantes en términos de la humedad del suelo y los suministros hídricos estacionales, mientras que el hielo que depositan dichas tormentas puede causar problemas importantes de tránsito e interrumpir el suministro eléctrico.

Prestaciones y beneficios

Los satélites en órbita polar son capaces de obtener imágenes de excelente calidad de las características de pequeña escala de la superficie del suelo. Por su parte, los actuales satélites geoestacionarios (GOES) fueron diseñados más bien para observar los procesos atmosféricos relacionadas con los cambios meteorológicos, motivo por el cual su aporte en términos de observaciones cuantitativas de las condiciones en la superficie ha sido menor. La resolución de las observaciones de la cubierta del suelo que producirá el generador avanzado de imágenes de base (Advanced Baseline Imager, ABI) a bordo de los satélites geoestacionarios GOES–R de próxima generación será comparable con la de los satélites polares.

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La mayor resolución espacial y cobertura espectral más amplia del ABI permitirá obtener las vistas más detalladas de las condiciones en la superficie de todos los satélites GOES.

La combinación de un mayor número de canales de captación de imágenes y mediciones calibradas permitirá distinguir más fácilmente las estructuras en la superficie, a la vez que la mayor frecuencia de adquisición de imágenes aumentará la probabilidad de observar la superficie cuando la atmósfera está despejada.

Mejoras técnicas

Los productos generados con los nuevos canales en las bandas espectrales visible e infrarrojas de onda corta y cercana nos permitirán evaluar las condiciones y el crecimiento de la vegetación, dos aspectos importantes para la agricultura y los incendios forestales.

Imágenes MISR de vegetación (color real), índice de área foliar (IAF) y fracción de radiación fotosintéticamente activa (FRFA) de la misma zona tomadas en días distintos (1 de abril y 3 de mayo de 2004) en las cuales se observa un reverdecimiento considerable.

En el futuro, contaremos con productos gráficos capaces de destacar las condiciones de inundación y las zonas de aguas estancadas, los cuales ayudarán tanto al pronosticador como a los modelos de predicción numérica del tiempo a predecir los impactos en términos de circulaciones atmosféricas locales e inicio de la convección.

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La combinación de los canales visibles e infrarrojos adicionales a bordo del ABI también aumentará nuestra capacidad de identificar las regiones cubiertas de nieve y hielo después del paso de una tormenta de invierno.

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Observaciones ambientalesVolcanes

Antecedentes y necesidad

Las cenizas, el dióxido de azufre y las nubes tóxicas que arrojan los volcanes en erupción pueden ser enormemente perjudiciales para la salud humana y constituyen una importante amenaza para las aeronaves en vuelo.

La erupción del volcán Anatahan, cerca de la isla de Guam,
generó una enorme nube de cenizas de color pardo rojizo.

Las nubes de cenizas atascan las turbinas de las aeronaves (a veces hasta causan su avería en vuelo), reducen la visibilidad, perturban las rutas aéreas e interrumpen las operaciones aeroportuarias, todo lo cual redunda en costosos desvíos y retrasos de vuelos, e incluso puede provocar la interrupción de las operaciones aéreas. Algunas erupciones volcánicas emiten dióxido de azufre, que puede ser transportado a gran distancia y amenazar la salud tanto de los pasajeros en vuelos aéreos como de las poblaciones en lugares muy distantes de la erupción.

Los instrumentos del GOES–R y otros satélites meteorológicos de próxima generación mejorarán nuestra capacidad para detectar las nubes de cenizas, el dióxido de azufre atmosférico y otras emisiones volcánicas, aumentando de este modo nuestra habilidad de emitir avisos exactos y oportunos para los peligros volcánicos.

Dos vistas del hemisferio sur que muestran una nube de cenizas volcánicas proveniente de la costa sudamericana que se extiende sobre el océano Atlántico (arriba) y una pequeña nube de dióxido de azufre sobre el Atlántico central (abajo), ambas engendradas por el volcán Chaitén (Chile).

Prestaciones y beneficios

Armados con pocos canales, los instrumentos generadores de imágenes de los actuales satélites geoestacionarios (GOES) se ven limitados en su capacidad de observar las nubes de cenizas. El generador avanzado de imágenes de base (Advanced Baseline Imager, ABI) de próxima generación, por otra parte, ofrecerá una mayor resolución espacial, una frecuencia de adquisición de imágenes de 15 minutos del disco terrestre completo y 16 canales con mayor precisión de medición. Estas prestaciones nos permitirán obtener vistas sin precedentes de las erupciones volcánicas y las amenazas que provocan, lo cual nos permitirá evaluar de forma exacta y oportuna los peligros inminentes.

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Los nuevos canales infrarrojos mejorarán nuestra capacidad de distinguir las nubes de cenizas volcánicas de las nubes atmosféricas y nos permitirán, finalmente, observar simultáneamente las condiciones meteorológicas y las emisiones volcánicas de dióxido de azufre, que constituyen una amenaza para los pasajeros en aeronaves y la población en general. Los nuevos productos de observación de la actividad volcánica generarán información más exacta y oportuna para pronosticadores, pilotos y cualquier persona responsable de tomar decisiones, cerca de la zona de actividad volcánica y en sitios distantes de ella, para alertar a las poblaciones de cualquier amenaza inminente y aumentar la seguridad y la eficiencia de las aeronaves en todo el hemisferio occidental.

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Mejoras técnicas

Las mejoras en la cobertura espectral, la resolución espacial y la frecuencia de adquisición de imágenes del ABI del GOES–R nos permitirán caracterizar con mayor precisión la composición y los peligros potenciales de la nube de cenizas poco después de la erupción de un volcán. Gracias su conjunto ampliado de canales espectrales, el ABI será una herramienta novedosa para detectar las cenizas y el dióxido de azufre, mejorando nuestra capacidad de definir con exactitud el riesgo que constituye para la salud y la seguridad de la población. Además, la capacidad del ABI de obtener imágenes con mayor frecuencia permitirá derivar mejores datos de vientos ambientales, lo cual no solo mejorará los pronósticos de los modelos numéricos, sino que permitirá emitir alertas más exactas y en menos tiempo de los posibles peligros relacionados con las erupciones volcánicas.

Trayectorias regresivas del posible transporte de cenizas y dióxido de azufre tras la erupción del volcán Okmok en las islas Aleutianas (Alaska). Algunas de las trayectorias indican que las cenizas y el dióxido de azufre afectarán a la costa del Pacífico de los Estados Unidos, cerca de Seattle, Washington.

Observaciones ambientalesEntornos costeros y marítimos

Antecedentes y necesidad

La actividad económica en las regiones costeras y martimas aporta más de 54 000 millones de dólares al año al valor de bienes y servicios en los Estados Unidos. Desgraciadamente, las economías de estas regiones, y sus poblaciones y ecosistemas, son muy sensibles a los cambios ambientales y a los eventos meteorológicos severos.

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Los satélites meteorológicos son herramientas importantes para observar en detalle los vastos entornos costeros y oceánicos que, sin ellos, pasarían prácticamente desapercibidos, y ponen al alcance de los pronosticadores y las personas responsables de tomar las decisiones los datos que necesitan para reducir los riesgos relacionados con los fenómenos meteorológicos en dichas zonas.

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Prestaciones y beneficios

Los satélites geoestacionarios (GOES) y sus análogos en órbita polar desempeñan un papel primordial en la observación del entorno marítimo y costero. Si bien los satélites GOES actuales constituyen una herramienta importante para seguir el movimiento de las tormentas, estimar y pronosticar la precipitación y vigilar las temperaturas de la superficie del mar, no son capaces de detectar con exactitud las finas variaciones espaciales y temporales que son esenciales para mejorar los pronósticos locales.

Izquierda superior: imagen de vapor de agua del Pacífico nororiental, donde se observa una familia de ciclones que se extiende a lo largo del océano. Izquierda inferior: pronóstico cuantitativo de la precipitación. Derecha superior: imagen compuesta del GOES de la temperatura de la superficie del mar, durante 5 días, con una resolución de 6 km. Derecha inferior: ampliación de la región del noreste de Estados Unidos en la cual se observa el efecto de pixelación causado por la escasa resolución.

Las nuevas tecnologías de observación a bordo de los satélites de próxima generación GOES–R ayudarán a los pronosticadores, a los responsables de tomar decisiones y al público en general a tomar decisiones bien fundadas para evitar pérdidas humanas y económicas. A la vez, gracias a mejores pronósticos, las comunidades y los intereses comerciales podrán reaccionar y prepararse antes de sentir el impacto de algún peligro meteorológico.

Restauración de las islas barrera después del impacto de un huracán.

Los nuevos instrumentos del GOES–R —el generador avanzado de imágenes de base (Advanced Baseline Imager, ABI) y el sensor de rayos geoestacionario (Geostationary Lightning Mapper, GLM)— brindarán nuevas posibilidades de observación que redundarán en la mejora de las predicciones de gran cantidad de fenómenos, como las tormentas tropicales y de latitudes medias, las tormentas convectivas, la niebla en regiones costeras, las nubes bajas, la calidad del aire, los vientos fuertes, la turbidez de las aguas oceánicas y las condiciones de cambio climático.

Izquierda superior: vista del territorio contiguo de Estados Unidos en el producto niebla/nubes bajas del GOES-11 que muestra un enorme banco de niebla junto a la costa del Pacífico. Derecha superior: imagen MODIS del huracán Katrina antes de que tocara tierra el 28 de agosto de 2005. Izquierda inferior: imagen del satélite GOES-9 de un evento de brisa marina en Florida. Derecha inferior: imagen color de MODIS centrada en el Golfo de Alaska, cerca de la Bahía del Príncipe Guillermo. Se observa una gran floración fitoplanctónica que se extendía a través de la zona en el momento de captar la imagen.

Mejoras técnicas

Los canales infrarrojos nuevos y mejorados del ABI captarán información más exacta y detallada sobre las temperaturas de la superficie del mar, un aspecto importante para pronosticar la intensidad de las tormentas tropicales, las circulaciones de brisa marina, la convección en zonas costeras y los cambios en los patrones del tiempo asociados con las oscilaciones climáticas, como el ciclo de El Niño y La Niña.

Temperaturas de la superficie del mar de la costa del Atlántico de los Estados Unidos obtenidas por MODIS. Se observan muchos remolinos en la Corriente del Golfo.

Las frecuencias de actualización del ABI, de 5 minutos en sobre el territorio contiguo de los EE.UU. y de 30 segundos a nivel de mesoescala, permitirán derivar mejores datos sobre los vientos ambientales para uso en los modelos numéricos, lo cual debería mejorar nuestros pronósticos de intensidad y trayectoria para los ciclones tropicales y de latitudes medias.

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La combinación de los nuevos canales espectrales del instrumento ABI del GOES–R y los de microondas de los satélites en órbita polar mejorará nuestra capacidad de estimar el agua precipitable y la lluvia para los sistemas atmosféricos sobre las regiones oceánicas, donde no contamos con datos de observaciones directas.

Datos derivados del satélite que muestran el huracán Dolly sobre el Golfo de México, cerca de la costa de Texas. La isosuperficie de 15 dBZ describe en tres dimensiones las distintas áreas de la tormenta donde la reflectividad es fuerte, lo cual realmente destaca la estructura de la tormenta.

Observaciones ambientalesClima

Antecedentes y necesidad

Las industrias sensibles a los efectos del tiempo y del clima constituyen aproximadamente la tercera parte de la producción económica de los EE.UU. Los ciclos climáticos, como El Niño, pueden tener enormes repercusiones en las temperaturas y la precipitación a nivel regional, provocando inundaciones en algunas zonas, a la vez que sequías en otras.

Típicos patrones climáticos en los Estados Unidos durante un episodio de El Niño. Las condiciones tienden a ser más cálidas en la región que se extiende desde los Grandes Lagos, a través de los estados del norte, hasta el sur de Alaska. En la región al sur de los Grandes Lagos predominan condiciones más secas de lo normal. La zona a través del sur de la nación experimenta condiciones más húmedas y, en el sudeste, la temperatura media es más baja de lo normal.

Todos los años, las sequías causan pérdidas que se estiman en miles de millones de dólares. Gracias a las observaciones continuas y a largo plazo de los patrones meteorológicos mundiales realizadas desde los satélites meteorológicos de próxima generación de la serie GOES–R, el mundo científico podrá comprender mejor la variabilidad y el cambio climático.

Mapa mundial de la temperatura de la superficie del mar detectada por MODIS (Terra y Aqua)
promediada para todo el año 2000.

Los investigadores contarán con mejores datos para estudiar las conexiones entre el clima y los patrones atmosféricos, lo cual dará como resultado mejores pronósticos de los eventos meteorológicos extremos.

Fases positiva y negativa de la oscilación del Atlántico Norte (OAN) en invierno.

Prestaciones y beneficios

Los satélites geoestacionarios (GOES) han aumentado considerablemente nuestra comprensión de las relaciones entre la variabilidad y el cambio climático, las tendencias atmosféricas regionales y los eventos meteorológicos extremos. Como declaró el Grupo Intergubernamental sobre el Cambio Climático en su Informe de Síntesis de 2007, «Sobre la base de observaciones satelitales obtenidas desde comienzos de los años 80, hay un grado de confianza alto en que, en numerosas regiones, los brotes vegetales tienden a aparecer más temprano en primavera, debido a una prolongación de los períodos térmicos de crecimiento, por efecto del reciente calentamiento.»

Ejemplo de índice de vegetación de diferencia normalizada sobre los Estados Unidos.

No obstante, las observaciones realizadas con los satélites geoestacionarios no han contado con la cobertura espectral y la precisión radiométrica necesarias para realizar estudios más detallados y duraderos de ciertas variables climáticas clave. Las observaciones exactas de las temperaturas de la superficie del mar a nivel mundial, por ejemplo, solo se pueden obtener de forma eficiente por medio de los satélites y son extremadamente importantes para mejorar los pronósticos regionales relacionados con las variaciones climáticas, como el ciclo de El Niño y La Niña.

La red mundial de boyas, que incluye buques, boyas flotantes y boyas ancladas, desde la perspectiva de un satélite geoestacionario (GOES Este). La imagen también muestra la temperatura de la superficie del mar, para destacar las áreas del globo terráqueo donde las observaciones de la superficie del mar son escasas.

Los cambios en las concentraciones atmosféricas de aerosoles, contaminantes y gases traza, como el ozono y el vapor de agua, tienen fuertes implicancias para el clima mundial y los cambios en el tiempo atmosférico a nivel regional, de allí la importancia de observarlos. Los satélites de próxima generación GOES–R se sumarán a los satélites en órbita polar para brindarnos una visión temporal y espacial más cabal del vapor de agua, la precipitación, las temperaturas en la superficie, la radiación y otros parámetros climáticos clave.

Simulación de imágenes del generador avanzado de imágenes de base (Advanced Baseline Imager, ABI),
que genera una vista casi de disco completo desde el GOES Este.

Solo los satélites GOES pueden, por ejemplo, describir el calentamiento de la temperatura diurna de la superficie del mar que ocurre en el hemisferio occidental bajo condiciones de intenso calentamiento solar, cuando los vientos son leves. Las observaciones continuas con el generador avanzado de imágenes de base (Advanced Baseline Imager, ABI) y el sensor de rayos geoestacionario (Geostationary Lightning Mapper, GLM) contribuirán a resolver ciclos diurnos y estacionales que están íntimamente relacionados con la variación climática.

Mejoras técnicas

Los instrumentos ABI y GLM del GOES–R producirán observaciones casi continuas, calibradas y exactas de los parámetros climáticos ligados a la criosfera, la precipitación, la hidrología y temperatura de superficie, los aerosoles, los contaminantes y los gases traza. La alta frecuencia de adquisición de imágenes del ABI ampliará la posibilidad de realizar observaciones en el visible, infrarrojo cercano e infrarrojo sin la degradación provocada por el manto nuboso.

Dos vistas de las temperaturas de la superficie del mar en el sudeste de los EE.UU. captadas por el satélite NOAA-18. La escena de la izquierda está contaminada por el manto nuboso, los cual deja solo una pequeña porción de la imagen para las temperaturas de la superficie del mar. Solamente parte de la escena de la derecha está contaminada por el manto nuboso, de modo que se aprovecha una mayor parte de la imagen para las temperaturas de la superficie del mar.

También cumplirán la función de punto de calibración para la constelación de satélites JPSS, DOD y Metop. Las observaciones del GLM ayudarán a vigilar los cambios en las concentraciones regionales de óxidos de nitrógeno y ozono provocados por los rayos. Las tendencias de descargas eléctricas a largo plazo nos permitirán estudiar la relación entre las tormentas y el cambio climático. Gracoas a la disponibilidad de amplia información climática seguiremos ampliando nuestros conocimientos sobre el cambio climático y sus efectos en la Tierra y los sistemas humanos.

Observaciones ambientalesClima espacial

Antecedentes y necesidad

Periódicamente, el Sol se torna hiperactivo e inestable, y en esos momentos puede perturbar el campo magnético y la atmósfera superior de la Tierra con sus emisiones.

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Las tormentas geomagnéticas resultantes, que suelen durar entre uno y dos días, pueden provocar condiciones de radiación peligrosas para los astronautas, los equipos electrónicos de los satélites y las tripulaciones aéreas, especialmente sobre los polos terrestres. Las perturbaciones geomagnéticas pueden además dañar y perturbar los sistemas de transmisión de energía, degradar los sistemas de comunicación y navegación, dificultar las operaciones de oleoductos e interferir con las exploraciones geológicas.

Los economistas estiman el costo de los impactos adversos del clima espacial en entre 200 y 400 millones de dólares USD al año, pero tales pérdidas pueden llegar a ser considerablemente mayores. Se ha calculado que solo para los satélites del gobierno estadounidense, el costo asciende a más de 100 millones de dólares al año. Para proteger a las tripulaciones y los pasajeros, es común que las aerolíneas desvíen sus vuelos durante las tormentas geomagnéticas y de radiación para alejarlos de las rutas polares, incurriendo así en costos que pueden superar los 100 000 dólares por vuelo. También se estima que la industria de generación de energía eléctrica de los EE.UU. podría ahorrar aproximadamente 150 millones de dólares al año con la emisión de avisos oportunos de tormentas geomagnéticas. El lanzamiento de los satélites meteorológicos de próxima generación nos dará gran abundancia de información sobre el entorno espacial y la actividad solar, lo cual nos permitirá mejorar nuestras predicciones.

Tres imágenes de una misma eyección de masa coronal, que fue observada el 4 de enero de 2002.
Las imágenes fueron capturadas con los instrumentos SOHO/EIT y SOHO/LASCO.

Prestaciones y beneficios

Conforme aumenta nuestra dependencia de las telecomunicaciones, los satélites, la aviación, los equipos electrónicos y la transmisión de electricidad, también aumenta la necesidad de observar de forma continua y más exacta tanto el Sol y como el entorno espacial alrededor de la Tierra. Los satélites GOES actuales y sus análogos en órbita polar colaborarán para alertar a los pronosticadores y a las industrias sensibles de toda actividad solar potencialmente peligrosa.

Los instrumentos de observación del clima espacial a bordo de los satélites de próxima generación GOES–R, considerablemente más avanzados, mejorarán nuestros avisos y pronósticos de clima espacial, y nos ayudarán a alertar a las industrias sensibles y a otros intereses del peligro potencial de los eventos solares y las tormentas geomagnéticas.

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La emisión de avisos y alertas más confiables ayudará a los usuarios a tomar medidas para proteger las redes eléctricas, las telecomunicaciones, las tripulaciones aéreas, los astronautas y las operaciones de naves espaciales con el fin de limitar los daños que pueden sufrir. El GOES–R realizará sus observaciones del Sol y del entorno espacial de la Tierra mediante un conjunto instrumental que incluye un generador avanzado de imágenes del Sol, para la detección temprana de los eventos solares, varios instrumentos sensibles a las partículas expulsadas durante los períodos de mayor actividad solar y un instrumento que mide el campo magnético de la Tierra, importante para alertar sobre tormentas geomagnéticas potencialmente peligrosas.

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Mejoras técnicas

La misión de clima espacial del GOES–R tiene dos componentes: uno apuntará al Sol, mientras el otro obtendrá datos desde la órbita geoestacionaria. El generador de imágenes solares ultravioletas (Solar UltraViolet Imager, SUVI) y los sensores de irradiancia en el ultravioleta extremo y rayos X (Extreme ultra-violet and X–ray Irradiance Sensors, EXIS) a bordo del GOES–R nos ayudarán a generar avisos tempranos de los eventos solares. El SUVI obtendrá imágenes frecuentes del disco solar completo, mientras EXIS medirá los flujos de energía en el ultravioleta extremo y rayos X relacionados con la actividad solar normal y perturbada, como, por ejemplo, las erupciones solares, las eyecciones de masa coronal y los agujeros coronales.

Mosaico de imágenes en el ultravioleta extremo tomadas el 4 de diciembre de 2006
con el telescopio SECCHI/ultravioleta extremo STEREO.

El segundo componente comprende dos instrumentos: la suite de sensores del ambiente espacial (Space Environment In–Situ Suite, SEISS) y el magnetómetro. SEISS medirá distintas partículas energéticas emitidas por el Sol y el magnetómetro nos permitirá evaluar el campo magnético terrestre y su interacción con la energía solar y la atmósfera terrestre.

Gráfica de dos medidas distintas de magnetismo obtenidas por las plataformas GOES-10 y GOES-12. Este caso en particular muestra el período de muy alta fluctuación de frecuencia del magnetismo del 21 de enero de 2005, seguido por una regularización al día siguiente. Los canales observados por las plataformas son longitud 75 oeste (GOES-12) y longitud 134 oeste (GOES-10).

Estos datos mejorarán las alertas y los pronósticos que emitimos para las tormentas geomagnéticas. Los instrumentos de clima espacial también producirán datos esenciales para observar el comportamiento del Sol y las condiciones del entorno espacial de la Tierra a largo plazo.

Gráfica de los avisos de clima espacial para el período del 16 de octubre al 1 de noviembre de 2003.

Recursos

Enlaces de interés

• Oficina del programa GOES–R
  Visite este sitio para obtener noticias e información de última hora sobre el desarrollo de los satélites de próxima generación de la serie GOES–R. El sitio incluye información sobre instrumentos, nave espacial, comunicaciones, servicios de datos y otra infraestructura de apoyo, así como enlaces a conferencias y publicaciones.
• Actividades relacionadas con GOES–R en CIMSS / SSEC
  Portal de internet con enlaces a varias actividades de preparación para aprovechar los nuevos datos y productos de los satélites de próxima generación de la serie GOES–R.
• Estudio del Advanced Baseline Imager del GOES–R en CIMSS / SSEC
  Esta página web organiza datos técnicos y basados en productos, información de apoyo, presentaciones y publicaciones relevantes al instrumento de generación de imágenes a bordo de los satélites de próxima generación de la serie GOES–R.
• Centro de pruebas del GOES–R
  Este sitio describe actividades que involucran a la comunidad de predicciones y alertas en demostraciones preoperativas de ciertas prestaciones previstas para los satélites de próxima generación de la serie GOES–R de la NOAA.
• Simulaciones de RAMMB de las imágenes del ABI del GOES–R
  Este sitio contiene simulaciones de las imágenes del ABI creadas a partir de varias fuentes distintas, como Meteosat Segunda Generación, GOES–10, GOES–11, GOES–12 y productos generados por los modelos.

Referencias bibliográficas

Los títulos siguientes, todos en inglés, le permitirán obtener información adicional sobre los temas que se han presentado en este módulo.

Bibliografía sobre GOES–R de CIMSS (Cooperative Institute for Meteorological Satellite Studies), Universidad de Wisconsin–Madison, Schwerdtfeger Library. [Se puede obtener a través de este enlace: http://library.ssec.wisc.edu/recursos/goesr/goesr.php.]

La bibliografía sobre GOES–R captura los materiales publicados por el equipo del proyecto GOES–R en el Cooperative Institute for Meteorological Satellite Studies (CIMSS) de la Universidad de Wisconsin–Madison. Los materiales están organizados en orden cronológico de publicación bajo las categorías Journal (revistas profesionales), Gray Literature (literatura gris) o Progress Report (informes de progreso) y se extraen de la base de datos de publicaciones de la biblioteca Schwerdtfeger.

Hillger, D.W., 2008: GOES–R Advanced Baseline Imager Color Product Development. J. Atmos. Oceanic Technol., 25, 853–872.

Schmit, T.J., M.M. Gunshor, W.P. Menzel, J.J. Gurka, J. Li y S. Bachmeier, 2005: Introducing the next–generation advanced baseline imager on GOES–R. Bull. Amer. Meteor. Soc., 86, 1079–1096.

Schmit, T.J., J. Li, J.J. Gurka, M.D. Goldberg, K.J. Schrab, J. Li y W.F. Feltz, 2008: The GOES–R Advanced Baseline Imager and the continuation of current sounder products. J. Appl. Meteor. y Climatol., 47, 2696–2711.