Parte 1 - Meteorología

Viento

El viento se origina por las diferencias de presiones que tienden a equilibrarse, desde las altas a las bajas presiones. Estas diferencias, se producen por el desigual calentamiento de la superficie, cuando el aire se calienta asciende y para ocupar ese vacío, el aire circundante se mueve hacia la zona donde se ha producido la depresión. Cuando la intensidad del viento no es constante y sopla con distintas intensidades en cortos periodos de tiempo, el viento se define como racheado.

Viento en superficie

La parte más baja de la atmósfera cercana al suelo (hasta 200-500m) se define como capa límite, ya que la superficie de la tierra tiene diferente orografía y rugosidad, lo que ocasiona perturbaciones en el movimiento del viento.

• Para vuelo con UAS, hay que tener en cuenta que la intensidad del viento aumenta con la altura del vuelo.
• El rango operativo del UAS puede verse afectado si durante la operación hay viento.
• Cuando la velocidad del viento esté cercana a la máxima descrita en el manual del fabricante, puede provocar que se dificulte la maniobrabilidad del UAS y tambíen afecte negativamente a la autonomía de las baterías.

Dirección del viento

Viene definida por el punto del horizonte del observador desde el cual sopla (de donde viene). En la actualidad, se usa internacionalmente la rosa de los vientos (compass rose) dividida en 360 grados. El cálculo se realiza tomando como origen el norte y contando los grados en el sentido de giro de las agujas del reloj. De este modo, un viento del SE equivale a 135 grados, uno del S a 180 grados, uno del NW a 315 grados, etc.

Velocidad del viento

Se mide en nudos. 1 nudo = 0.514m/s. Es la unidad de medida a través de la cual los fabricantes indican el límite de la velocidad máxima que puede soportar un UA.

¿Cómo se representa el viento en un gráfico?

La dirección del viento, se representa en grados de 0 a 360 como se muestra en la imagen de arriba. En esta, 0 grados corresponde a Norte, 90 grados Este, 180 grados Sur, 270 grados Oeste y 360 grados nuevamente Norte. En la imagen siguiente, se ha representado el viento con una dirección de 120 grados (aprox. al Sureste), la punta de la flecha indica de dónde viene el viento, y las barbas, como se verá a continuación, la magnitud del viento, en este caso 15 nudos.

Si es un vector la longitud representa la velocidad del viento. En el caso de las flechas con barbas, la velocidad del viento se representa teniendo en cuenta la escala gráfica siguiente. La barba de menor longitud equivale a 5 nudos, la de mayor longitud 10 nudos, y el triángulo 50 nudos. Si queremos representar 70 nudos, será un triángulo con 2 barbas grandes.

Turbulencias

Clasificación según el origen

• Turbulencia mecánica: Se origina debido a la presencia de obstáculos tales como edificios, montañas, árboles, hangares, etc.
• Turbulencia convectiva o térmica: Se produce por el ascenso de las corrientes convectivas, en las que las masas de aire en contacto con la superficie son calentadas durante el día por el efecto de la radiación solar. 
• Turbulencia de estela: Generada por el propio vuelo del UA, ya que detrás del mismo se producen vórtices turbulentos.

Clasificación según el efecto que se produce sobre la aeronave

• Turbulencia ligera: La aeronave no presenta cambios relevantes de altitud y actitud.
• Turbulencia moderada: La aeronave está sometida a cambios de altitud y actitud, pero sin perder el control.
• Turbulencia fuerte: La aeronave está sometida a bruscos cambios de altitud y actitud, pudiendo quedar fuera de control y sufrir daños estructurales.

La turbulencia será un factor importante a tener en cuenta, sobre todo en las fases más críticas, como son el despegue y el aterrizaje. Normalmente, cuando se vuela en flujos de aire turbulentos, el fabricante de UAS suele recomendar unas velocidades más bajas y la desconexión del modo automático, a fin de evitar cargas estructurales.

Presión atmosférica

La presión atmosférica es la fuerza que ejerce el peso del aire sobre la superficie terrestre. Para distinguir si es baja o es alta, se basa en el valor de la presión normal a nivel del mar: 1013mb (milibares).

Las isobaras, son líneas que unen puntos de igual presión atmosférica al nivel del mar. Se representan en mapas meteorológicos dibujadas a intervalos de 2 o 4 mbar. Cuando las isobaras están muy juntas, indican diferencia de presión y generalmente vientos fuertes. En esta figura se puede observar el funcionamiento en sentido opuesto de las bajas y altas presiones en cada uno de los hemisferios de la Tierra:

Observe el siguiente mapa:

La H (Alta Presión / Anticiclón): Son zonas donde la presión es alta (por ejemplo, 1025 mb, superior a la estándar de 1013 mb). El aire es pesado y cae hacia el suelo.

La L (Baja Presión / Borrasca): Son zonas donde la presión es baja (por ejemplo, 995 mb, inferior a los 1013 mb). El aire es ligero y sube.

• Alrededor de la H: El viento gira en el sentido de las agujas del reloj. Por eso en el punto D (a la derecha de la H), el viento baja y viene del Norte.
• Alrededor de la L: El viento gira en sentido contrario a las agujas del reloj. Por eso en el punto B (a la derecha de la L), el aire sube y viene del Sur.
• En el punto C (El pasillo): Al juntarse el giro de la H y el de la L, ambos empujan el aire hacia la misma dirección (hacia arriba en el mapa, es decir, viento del Sur).

• Líneas muy juntas (Punto C): Significa que la presión cambia de golpe en muy pocos kilómetros. La fuerza es enorme y el viento será extremadamente fuerte. (Zonas prohibidas para volar un UAS por turbulencia crítica).
• Líneas muy separadas (Punto D): La presión cambia muy despacio. El viento allí será un suave brisa o estará en calma total.

Anticiclón

Un anticiclón es una zona donde la presión atmosférica es más alta (1016mb o más) que en las zonas circundantes. Las isobaras suelen estar muy separadas, mostrando la presencia de vientos suaves que llegan a desaparecer en las proximidades del centro. Va acompañado de tiempo estable: en verano, soleado y seco, y en invierno, despejado y frío.

El aire se mueve en la dirección de las agujas del reloj en el hemisferio Norte y en sentido contrario en el Sur. El aire que baja se va secando y calentando, por lo que trae consigo estabilidad y buen tiempo, con escasa probabilidad de lluvia.

Sin embargo, en invierno, el aire que desciende puede atrapar nieblas y elementos contaminantes bajo una inversión térmica y llegar a formar el denominado smog que se produce en las grandes ciudades.

Borrasca

Una borrasca/ciclón es una zona de baja presión atmosférica (1012mb o menos) rodeada por un sistema de vientos que en el hemisferio Norte se mueven en sentido opuesto a las agujas del reloj, y en sentido contrario en el Sur. Va acompañado de tiempo inestable, dado que el centro de una baja presión el aire más húmedo y caliente asciende, se enfría y se condensa, formando nubes con probabilidad de precipitaciones.

El término ciclón, se ha utilizado con un sentido más amplio aplicándolo a tormentas y perturbaciones que acompañan a estos sistemas de baja presión, en particular, a los violentos huracanes tropicales y a los tifones, centrados en zonas de presión extraordinariamente bajas.

Gradiente de presión

Es la presión que equilibra la fuerza que tiende a mover el aire de la presión alta a la baja. La fuerza del gradiente de presión tiene componentes vertical y horizontal.

Vertical

La componente vertical está aproximadamente en equilibrio con la fuerza de gravedad. Este gradiente hace que disminuya 1 hPa por cada 8m (27ft) que se asciende hasta los primeros 5500m de altura. Por encima, el régimen de descenso será de 1 hPa por cada 15m (50ft). La temperatura de la masa de aire es un factor que hará que el gradiente de presión sea mayor cuando esta es más fría, y menor cuando es más cálida.

Horizontal

La componente horizontal es la variación de la presión atmosférica, siendo perpendicular a las isobaras sobre una superficie horizontal. Si las isobaras están separadas o la distancia entre ellas es grande, significa que el gradiente es pequeño y los vientos que soplarán serán flojos.

Temperatura

Los cuerpos están constituidos por moléculas que se hallan en movimiento contínuo. Al calentar un cuerpo, aumenta este movimiento interior, convirtiéndose en desordenado y dando lugar a que las moléculas choquen unas contra otras, produciéndose por estos choques un aumento de calor dentro del cuerpo que por conducción se transmite por todo él.

En definitiva, la energía que da lugar al movimiento de las moléculas es lo que se llama calor. La medida de esta actividad molecular es denominada temperatura. A mayor movimiento de moléculas, mayor temperatura.

Gradiente de temperatura

Vertical

Se denomina gradiente térmico vertical a la variación que experimenta la temperatura en un intervalo de elevación dado. La variación o gradiente en atmósfera ISA (atmósfera estándar) es de 2ºC por cada 1000ft o 6.5ºC por cada 1000m. Este valor estándar rara vez coincide con el de la atmósfera real, ya que este depende de otros muchos factores, como día/noche, corrientes horizontales y verticales, posición geográfica, etc.

La temperatura desciende hasta los 36000 pies de altitud, a partir de esta, la temperatura permanece constante con un valor de -56.5ºC. La atmósfera ISA considera que a nivel del mar hay 15ºC.

Inversión térmica

Existe cuando la temperatura del aire aumenta con la altura, en vez de disminuir como sería lo normal, lo cual quiere decir que el aire es más caliente arriba que en las capas bajas. Este aumento puede tener lugar inmediatamente por encima del suelo o bien a una determinada altura. En el primer caso se denomina inversión a nivel del suelo, y en el segundo, inversión en altura.

Para operaciones con UAS se debe tener en cuenta la temperatura ambiente, ya que una disminución en la temperatura implica una disminución en la duración de la autonomía. Así mismo, se debe tener en cuenta en el vuelo del UAS que, al aumentar la temperatura las baterías pueden llegar a sobrecalentarse e incendiarse. Del mismo modo, cuando las temperaturas son muy elevadas, el rendimiento de la aeronave no tripulada se reduce debido a la disminución de la densidad del aire.

Se debe tener en cuenta el rango de temperatura de la operación, ya que con temperaturas muy bajas en determinadas situaciones se puede llegar a tener que precalentar las baterías.

En meteorología, las temperaturas que se miden normalmente son las siguientes:

• Temperatura del aire o ambiente: Temperatura del aire registrada en el instante de la lectura.
• Temperatura máxima: La mayor temperatura registrada en un día, se presenta entre las 14-16h.
• Temperatura mínima: La menor temperatura registrada en un día, se presenta entre las 06-08h.
• Punto de rocío (temp. de punto de rocío): Temperatura a la cual el aire alcanza la saturación, es decir, se condensa. Esta temperatura es medida por medio del psicrómetro, que se utiliza para medir el contenido de vapor de agua en el aire.

Visibilidad

La visibilidad del aire se define como la distancia horizontal máxima a la que un observador puede ver o identificar un objeto sobre el cielo en el horizonte o, cuando se trata de observaciones nocturnas, podría ser visto e identificado si la iluminación general se aumentara hasta alcanzar la intensidad normal de la luz del día. La presencia de los meteoros o factores que la limitan, como la niebla, bruma, calima, etc. reducen la visibilidad como se observa en la tabla:

Medición de la visibilidad

Lo ideal para el piloto, sería conocer durante todo el vuelo, el valor que tiene la visibilidad. Desgraciadamente, el único dato que el meteorólogo puede proporcionar con certeza es la visibilidad existente sobre la superficie terrestre, medida en la dirección o direcciones que interesen para las operaciones de los aviones.

A continuación, se definen los diferentes modos de medir la visibilidad:

• Visibilidad meteorológica: La mayor distancia horizontal a la que se puede ver e identificar los objetos previamente seleccionados.
• Alcance visual de la pista (RVR/Runway Visual Range): Es la distancia máxima a la que la pista es visible desde la posición de los ojos del piloto en el momento de la toma de tierra, tomando como nivel medio estándar una altura de 5 m (16 pies). Puesto que no es posible medirlo directamente desde la cabina durante el impacto, en la práctica se realiza una evaluación estimada de lo que un piloto vería desde esa posición; por ello, este dato no se incluye en los partes meteorológicos cuando la visibilidad es elevada y solo se proporciona de forma obligatoria cuando el RVR cae por debajo de los 2000 m.

Densidad del aire

Es la relación entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa. La densidad de cualquier cuerpo, sea sólido, líquido o gaseoso, expresa la cantidad de masa del mismo por unidad de volúmen: d=m/v

• La densidad es inversamente proporcional a la altura, por lo tanto, cuando ascendemos, la densidad disminuye. Paralelamente, a medida que ascendemos, la presión atmosférica también va disminuyendo.
• Así mismo, la densidad también es inversamente proporcional a la temperatura, de tal forma que cuando la temperatura aumenta, la densidad disminuye.

Esta propiedad en el aire es, en principio, mal asimilada por poco intuitiva, pues es cierto que la densidad del aire es poca si la comparamos por ejemplo con la del agua. Pero es precisamente esta diferencia lo que hace el vuelo posible.

• Dado que con la altura cambian la presión y la temperatura, estas también afectan a la densidad.
• La disminución de la densidad trae también cosas positivas, la resistencia al avance disminuye, por lo que el consumo lo hace de igual manera.

Brisa térmica

Son vientos locales cuyo origen está en la diferencia de temperatura entre las superficies marina y terrestre.

Brisa marina

En las costas, durante el día, la radiación solar calienta más fácilmente la tierra, ya que el agua tiene más inercia térmica. Por tanto, la tierra está más caliente y el aire aumenta de presión lo que origina un desplazamiento de las masas altas de este hacia el mar. El vacío que se forma en la zona costera para recuperar el aire que se ha escapado por las zonas altas, produce un viento hacia la costa desde el mar. De esta manera se origina durante el día la brisa marina.

Brisa terrestre

Durante la noche, este movimiento de aire térmico se invierte, dado que la tierra se enfría más rápidamente que la superficie del mar, y se produce un aumento de presión en la zona terrestre y una zona de baja presión sobre el mar. Es el aire seco proveniente de la tierra el que se adentra en el mar.

Viento anabático

El viento que SUBE. Brisa de valle. Ocurre durante el día. El sol calienta las laderas de la montaña, haciendo que el aire se vuelva más ligero y ascienda. Al subir, actúa como una aspiradora, arrastrando hacia arriba el aire fresco y húmedo que está atrapado abajo en el valle. Cuando este aire húmedo llega a la cima, se condensa y forma las típicas nubes que vemos coronando las montañas.

Viento catabático

El viento que BAJA. Vientos de otoño. Ocurre normalmente al caer la noche. Al esconderse el sol, la parte alta de la montaña se enfría de golpe. El aire de la cima se vuelve frío, pesado y denso, por lo que la gravedad lo hace "resbalar" y desplomarse ladera abajo hacia el valle. Como curiosidad, al caer y verse aplastado por la presión atmosférica (compresión), este viento se va calentando un poco durante su descenso.

Obtención de predicciones meteorológicas

La responsabilidad de la obtención de las predicciones meteorológicas es únicamente del piloto a distancia de la aeronave no tripulada. Para ello, este deberá consultar las fuentes oficiales disponibles. Ejemplo: https://ama.aemet.es (AMA = Autoservicio Meteorológico Aeronáutico).