Radares HF


Qué es un radar HF y cómo funciona

La principal herramienta tecnológica propuesta para el desarrollo de este proyecto son los radares HF (High Frequency) marinos WERA. Estos equipos de percepción remota permiten obtener importantes variables oceanográficos como: corrientes superficiales, oleaje y dirección del viento, en extensas superficies de océano y con una excelente resolución espacio-temporal. En la actualidad, los únicos dos dispositivos en Chile y en la costa este del Océano Pacífico al sur de México son manejados por el Departamento de Geofísica de la Universidad de Concepción y estarán 100% a disposición de este proyecto.

Figura 1

Figura 1

Los radares marinos de alta frecuencia, High Frequency o HF, se pueden definir como sofisticados equipos que permiten a los investigadores y técnicos realizar observaciones marinas de forma remota, es decir desde tierra, y que son capaces de entregar información referente a olas, corrientes superficiales o vientos.

Su mecanismo de funcionamiento se basa en la emisión de ondas electromagnéticas, y el estudio de su eco tras impactar en la superficie del mar. Esta interacción se da bajo el contexto de dispersión de Bragg, por lo que la señal de retorno es potenciada cuando la longitud de onda de la señal emitida es el doble de la distancia típica de las olas (ver figura 1). Esta distancia es usualmente del orden de algunos metros a decenas de metros en océano, por lo que se utilizan ondas electromagnéticas con longitud de onda del mismo orden, en este caso ondas de radio de alta frecuencia (HF). Los radares marinos trabajan en frecuencias que van desde los 5 a 40MHz (longitudes de onda de 60m a 7.5m), por lo que están diseñados para interactuar con oleaje de 35m a 6.5m de largo, respectivamente. En particular los radares que serán utilizados por CHIOOS tendrán una frecuencia de emisión de 16.15MHz y un alcance cercano a los 75km.

Figura 2

Figura 2

Los radares marinos son capaces de determinar la dirección y rapidez de las corrientes superficiales en el océano debido al desplazamiento en frecuencia que se produce entre la señal emitida y la que se recibe. Este desplazamiento ocurre por efecto Doppler, debido a que el agua está en constante movimiento. Así, las corrientes que se acercan al radar provocarán un desplazamiento positivo en frecuencia, respecto de la señal que debiese obtenerse en caso de que el océano no esté en movimiento. Por el contrario, cuando las corrientes se alejan del radar, lo que se observa es un desplazamiento negativo en la frecuencia de la señal. La rapidez de las corrientes se deduce de la magnitud de este cambio de frecuencia. En la figura 2 se aprecia un campo de corrientes superficiales medidas simultáneamente por dos equipos instalados al sur del Golfo de Arauco (Punta Lavapié y Curaquilla).

 

 

 

Figuara 3

Figura 3

Los radares HF también son capaces de calcular información asociada al oleaje. En este sentido, lo que se obtiene es un espectro de energia, dividido en 21 frecuencias (desde 0.05Hz a 0.25Hz) con lo cual es posible calcular la altura de ola significativa. En la figura 3 se observa un campo de altura de ola para el Golfo de Arauco.

 

 

 

 

 

 

 

 

Radares utilizados por CHIOOS

Radares HF1_lowPara el trabajo práctico con estos equipos el equipo de CHIOOS cuenta con personal capacitado y amplia experiencia en la instalación en terreno, configuración, uso y mantenimiento (el grupo chileno de radares HF es el grupo que – fuera de los fabricantes – más veces ha instalado radares HF WERA en el mundo), lo que permitirá maximizar el tiempo operativo de los radares,  además de asegurar la calidad de sus datos y su efectiva distribución.

Junto con este último punto, cabe mencionar la estrecha cooperación con Helzel Messtechnick GmbH, empresa alemana especializada en la fabricación de radares marinos WERA (es una de las dos principales exponentes a nivel mundial en el contexto de radares marinos). Dicho trabajo en equipo implica permanente comunicación con técnicos e ingenieros para el correcto uso de los equipos y para el desarrollo de metodologías de observación que se ajusten a las necesidades, tanto desde el punto de vista oceanográfico como técnico.

Dentro del contexto de la cooperación es relevante destacar a la Dra. Anna Dzvonkovskaya, quien es una de las principales expertas en el mundo en análisis de datos de radar, en particular en algoritmos de detección de tsunami. Anna trabaja en colaboración con el grupo de trabajo de este proyecto CHIOOS. Además existe una estrecha comunicación con científicos líderes mundiales en la investigación asociada a radares marinos, como Klaus-Werner Gurgel y Lucy Wyatt.

Finalmente, cabe destacar el sistema comunicación y transferencia de datos propuesto desde, y hacia la plataforma comunicacional. El objetivo es facilitar un acceso fluido a cada uno de los productos ofrecidos a través de internet, tanto de manera libre (mapas de circulación y oleaje) o a pedidos (datos de corrientes, oleaje). Para esto, se pretende poner en funcionamiento una plataforma web de libre acceso donde cada radar estará en línea con el sistema, enviando información en cuasi tiempo real. Junto con esto, considerando que en caso de una emergencia los canales de comunicación usuales colapsan y no permiten el libre acceso (particularmente teléfonos móviles e internet), se propone un sistema de comunicación que no dependa de servicios locales o que puedan verse afectados ante una emergencia, como lo es la comunicación satelital. Cabe simplemente recordar los impedimentos comunicacionales que sufrió Chile durante el terremoto de 2010 por lo que se hace necesario contar con un sistema que minimice el tiempo de entrega de datos cruciales. Así, al igual que otros organismos que deben actuar en caso de emergencia, nuestro equipos estarán dotados de sistemas que impidan que los radares queden incomunicados.

Todas estas característica permiten que el sistema integrado de observación oceánica esté a la vanguardia nacional en aspectos técnicos (comunicación y transferencia de datos) y de observación oceánica. Un sistema que, por lo demás, es completamente reproducible a lo largo del país y en la línea de lo que grandes instituciones en el mundo ya están trabajando.