Detección de parámetros de ondas internas de gravedad atmosféricas por medio de radio ocultamientos satelitales

DE LA TORRE, A.; HIERRO, R.; LLAMEDO, P.; ALEXANDER, P.; SCHMIDT, T.

La Plata

Congreso; XXVIII Reunión Científica de la Asociación Argentina de Geofísicos y Geodestas; 2017

Las fuentes de ondas interna de gravedad (OIG) y ondas planetarias existentes en las atmósferas baja y media tienen notable influencia, tanto en la situación meteorológica local, como en el transporte de cantidad de movimiento y de energía entre distintas altitudes, jugando un papel crucial en la circulación general de la alta tropósfera y la atmósfera media. Las OIG que colectivamente no se hallan correctamente parametrizadas en los modelos numéricos de circulación general, normalmente inducen a simular vientos excesivamente intensos, débiles, o bien incorrectamente direccionados. Las cuatro fuentes más relevantes de OIG son de origen principalmente troposférico (el forzado orográfico, la actividad frontal y convectiva en los trópicos y a latitudes medias, las inestabilidades de corte y el ajuste geostrófico). Dichas OIG pueden alcanzar a perturbar la baja ionósfera por medio de generación de OIG secundarias. La observación de estructuras de OIG en las atmósferas baja y media se realiza básicamente mediante técnicas in situ (p.e. radiosondeos) y remotas (radares y satelitales). El uso del principio de ocultamiento para observar la atmósfera terrestre y el clima aprovecha los ocultamientos bajo el horizonte del sol, de la luna, de las estrellas y principalmente de satélites artificiales de baja altura (LEO). La idea básica de un radio-ocultamiento (RO) es observar como las ondas de radio emitidas por los satélites del sistema de posicionamiento global (GPS) se propagan en la atmósfera. La trayectoria del rayo asociado a una onda de radio entre un satélite LEO y un satélite GPS que se están ocultando mutuamente cuando la Tierra se interpone entre ambos, atraviesa la atmósfera, desviándose debido a gradientes de refractividad. El ángulo de desviación del rayo se obtiene a partir de un cambio en el retraso de la fase (corrimiento Doppler) de la señal GPS recibida por el LEO. La desviación se invierte y se obtiene un perfil vertical del índice de refracción. Junto a un modelo atmosférico, se obtienen diversos parámetros indirectamente: desde temperatura (T), presión, altura geopotencial y vapor de agua, hasta especies minoritarias como aerosoles, agua líquida de las nubes y Ne ionosférica. Las ventajas son: cobertura en todo el planeta, resolución en T menor a 1 K, estabilidad a largo plazo y ausencia de cualquier limitación impuesta por posibles condiciones climáticas. Desde 2003, los autores del presente trabajo han obtenido climatologías de energía y flujo de momento asociados a OIG a partir de una gran densidad de perfiles verticales de T obtenidos de los satélites SAC-C, CHAMP, GRACE, FORMASAT3/COSMIC, TerraSAR-X y MetOp. En el presente trabajo, se discutirá en detalle la conveniencia de analizar la diferencia de fase entre pares de perfiles de T por RO, que sean casi simultáneos y suficientemente próximos en el espacio, a fin de obtener en forma directa parámetros fundamentales de OIG (longitud de onda horizontal y vertical y frecuencia relativa al suelo). Se propone resolver los respectivos sistemas de 2, 3 ó 4 ecuaciones de diferencias de fase, con una suficiente densidad espacio-temporal de perfiles de RO. Esta metodología corregirá fuentes sistemáticas de error detectadas en trabajos previos.