Acerca del GLM
Impactos de los rayos
En los Estados Unidos, donde todos los años provocan la muerte de decenas de personas y dejan a centenares heridos, los rayos se cuentan entre las tres principales causas de lesiones y muerte atribuidas a los fenómenos atmosféricos. El costo para los sectores público y privado se estima en miles de millones de USD al año. Por ejemplo, las pérdidas anuales que sufre la industria aeronáutica en costos de operación debido a los retrasos de los vuelos provocados por las tormentas ascienden a aproximadamente dos mil millones de USD.
Los rayos provocan más de 20 000 incendios al año en los EE.UU.; 9000 de ellos ocurren en zonas despobladas, donde cada uno quema, en promedio, 163 hectáreas; en más de 4000 ocasiones el incendio afecta a una casa.
Los rayos también interfieren con las actividades al aire libre, matan y hieren mucho ganado y otros animales y dañan edificios, sistemas de comunicaciones, líneas de alta tensión y sistemas eléctricos.
Finalmente, los rayos constituyen una fuente regional importante de óxidos de nitrógeno y ozono, que afectan a la composición química y la calidad del aire en la alta troposfera y participan en el clima global.
La necesidad de información sobre rayos y el GLM
La frecuencia de la actividad eléctrica está estrechamente vinculada con la intensidad de las tormentas, motivo por el cual su observación es importante para vigilar los potenciales peligros relacionados con las tormentas, como las granizadas, las lluvias torrenciales, los vientos dañinos, los tornados y los incendios.
En la actualidad, los pronosticadores estadounidenses dependen de un conjunto fragmentado de redes de observación terrestres para obtener información sobre la actividad de rayos en tiempo real.
La existencia de zonas sin datos sobre tierra y la escasez de observaciones sobre los océanos limitan la utilidad de esta información.
Además, la mayoría de las redes terrestres solo miden los rayos nube a tierra, de modo que no incluyen las descargas intranube y nube a nube que constituyen la principal amenaza para la aviación. Dado que las descargas intranube suelen preceder a las descargas a tierra, la capacidad de las redes terrestres para ofrecer alertas tempranas del peligro inminente de rayos es limitada.
Los satélites GOES-R de próxima generación —el primero de los cuales debería lanzarse en el año 2016— serán capaces de vigilar, en tiempo real, toda la actividad de rayos en la mayor parte del hemisferio occidental mediante un instrumento llamado Geostationary Lightning Mapper (GLM), es decir, el sensor de rayos geoestacionario. El GLM constituirá una nueva y revolucionaria herramienta para mejorar los pronósticos inmediatos y las alertas de tormentas, actividad de rayos, granizadas, vientos dañinos, crecidas repentinas y tornados. La naturaleza complementaria de las observaciones de rayos de las redes terrestres y del GLM permitirá contar con observaciones más detalladas de la actividad eléctrica sobre vastas regiones geográficas que constituirán información esencial para las comunidades y las industrias sensibles a los efectos de las condiciones atmosféricas, así como datos importantes para los estudios climáticos.
Acerca de esta lección
Esta lección explica por qué necesitamos contar con información sobre rayos en tiempo real y describe las prestaciones del GLM, el primer detector de rayos operativo en órbita geoestacionaria, que volará a bordo de los satélites GOES-R de próxima generación.
La sección «Observación de rayos» permite estudiar el ciclo de vida de un rayo, describe cómo observamos las descargas eléctricas mediante los sistemas de detección espaciales y terrestres y explica cómo los destellos de los rayos se transforman en observaciones del GLM.
La sección final destaca algunas de las muchas aplicaciones que se beneficiarán de las observaciones del GLM.
Al final de esta lección el alumno podrá:
- Describir los beneficios y las prestaciones del GLM
- Explicar la diferencia entre la observación de rayos con sistemas de detección espaciales y terrestres
- Describir los componentes principales del ciclo de vida de una típica descarga nube a tierra
- Describir el proceso de convertir las observaciones del GLM en un producto actividad eléctrica
- Describir cómo las observaciones del GLM contribuirán a aumentar la conciencia situacional y a mejorar las decisiones sobre avisos de tiempo severo
- Explicar cómo las observaciones del GLM mejorarán los avisos de peligro inminente de rayos
- Describir cómo las observaciones del GLM beneficiarán varios ámbitos de aplicación, como la aviación, la estimación cuantitativa de la precipitación, los estudios de química atmosférica, los ciclones tropicales, la ignición de incendios, la predicción numérica del tiempo y los estudios climáticos y globales
Beneficios del GLM
El sensor de rayos geoestacionario medirá continuamente toda la actividad de rayos (tanto las descargas intranube como las descargas a tierra, que en conjunto se denominan «actividad total de rayos») en la mayor parte del hemisferio occidental. El GLM será el primer instrumento de este tipo capaz de cubrir simultáneamente una región geográfica tan extensa y de producir observaciones en tiempo real, tanto de día como de noche, con una resolución casi uniforme a la escala de una tormenta.
El flujo continuo de los datos de rayos del GLM ayudará en la ejecución de una multitud de actividades, como:
- la detección, el seguimiento y la observación de la intensificación de las tormentas;
- la predicción del momento en que ocurrirán tornados, granizadas, microrráfagas y crecidas repentinas;
- la emisión de alertas de peligro de rayos nube a tierra antes de que ocurran;
- la distribución, en tiempo real, de mejor información sobre las condiciones atmosféricas peligrosas a las comunidades y los administradores de emergencias, lo cual mejorará sus preparativos y la eficiencia de su respuesta.
El GLM mejorará la detección de rayos y proporcionará indicaciones de la inminencia de descargas a tierra más temprano, incluso en las zonas más remotas, lo cual contribuirá a reducir el tiempo de respuesta ante cualquier incendio que provoquen.
La cobertura extendida del GLM conducirá a mejoras significativas en la elección de las rutas de vuelo para evitar las tormentas, algo que aumentará la seguridad, ahorrará combustible y reducirá los retrasos.
La combinación de las observaciones del GLM con las del generador avanzado de imágenes de base (Advanced Baseline Imager, ABI) del GOES-R y de los satélites en órbita polar mejorará las estimaciones de la precipitación y los avisos del potencial de crecidas repentinas en tiempo real.
Las observaciones del GLM se utilizarán también en los modelos de predicción numérica del tiempo (PNT) para mejorar los pronósticos de huracanes y el GLM será una nueva fuente de datos para vigilar la composición química de la atmósfera y mejorar los pronósticos de calidad del aire. Finalmente, el análisis de tendencias a más largo plazo sobre regiones geográficas más extensas permitirá realizar estudios científicos de las variaciones en las tormentas y las descargas eléctricas en relación con los cambios en las condiciones climáticas globales y regionales.
Prestaciones del GLM
El GLM ofrecerá las siguientes prestaciones:
- cobertura casi completa del disco terrestre sobre una región que abarca el territorio continental de los EE.UU., América Central, Sudamérica y los océanos adyacentes, que se obtendrá combinando los datos de la constelación GOES Este y Oeste;
- cobertura continua las 24 horas del día desde una órbita geoestacionaria;
- tasa de muestreo y actualización de 2 milisegundos, que permitirá actualizar el producto con una frecuencia mucho mayor en comparación con el radar NEXRAD actual, cuyas actualizaciones suelen tardar entre cinco y seis minutos en completarse;
- latencia de 20 segundos en la generación de productos, entre el momento de la observación y la disponibilidad para los usuarios;
- resolución espacial entre 8 km en el nadir (el punto directamente debajo del satélite), sobre el ecuador y 14 km en el borde del campo visual (cerca de los bordes del dominio cubierto);
- eficiencia mínima de detección del 70%, tanto de día como de noche, y una baja tasa de detecciones falsas, del 5%.
Historia de la detección de rayos desde el espacio
Los orígenes del GLM se remontan a las primeras misiones en órbita terrestre baja, que comenzaron en 1995 con el lanzamiento del detector óptico de eventos transitorios (Optical Transient Detector, OTD) a bordo del microsatélite de investigación Orbview-1 (antes llamado Microlab-1) de la NASA. El OTD nos brindó por primera vez vistas de alta resolución de la actividad eléctrica de la atmósfera sobre la mayor parte del globo terrestre. Este instrumento reafirmó la importancia de la observación espacial de las descargas eléctricas para comprender los procesos atmosféricos y de precipitación a diferentes escalas: de tormentas individuales, a nivel regional y para el clima mundial.
Entre sus muchos hallazgos, el OTD confirmó que los rayos ocurren con mayor frecuencia sobre tierra firme que sobre el océano,...
...que es posible aprovechar las observaciones de rayos para mejorar las alertas tempranas de tiempo peligroso, incluidos los tornados...
...y que las observaciones pueden mejorar la detección y el control de los incendios forestales.
En 1997, la NASA lanzó el sensor generador de imágenes de rayos (Lightning Imaging Sensor, LIS) a bordo del satélite en órbita polar baja de la misión de medición de la lluvia tropical (Tropical Rainfall Measuring Mission, TRMM) con el fin de extender las observaciones del OTD y obtener información más detallada sobre las nubes, la física y la dinámica de las tormentas, y la variabilidad estacional de las tormentas a través de las regiones tropicales de la Tierra.
El instrumento LIS reforzó la idea de que los rayos se pueden correlacionar directamente con la intensidad de los movimientos ascendentes en la convección y que las observaciones de la actividad eléctrica se pueden utilizar para identificar las células convectivas intensas y potencialmente peligrosas.
Como los satélites en órbita espacial baja solo pueden observar una zona dada durante pocos minutos dos veces al día, en poco tiempo quedó claro que hacía falta observar los rayos desde una órbita geoestacionaria, para que las tormentas y los incendios se pudieran vigilar las 24 horas del día. Un instrumento de detección de rayos geoestacionario no solo ampliaría la cobertura geográfica, sino que permitiría observar las tormentas a lo largo de su ciclo de vida completo. A partir del año 2016, las prestaciones de detección óptica de rayos del GLM harán realidad lo que prometían los instrumentos OTD y LIS.
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