La NASA envió un dispositivo al huracán Helene que podría cambiar el futuro de la predicción de tormentas

El científico de la NASA Kris Bedka voló al huracán Helene para probar un dispositivo que utiliza láseres para generar mediciones de viento ultra detalladas. Podría ser la clave para obtener mejores predicciones de tormentas.

El nuevo dispositivo se llama Aerosol Wind Profiler (AWP) y la NASA lleva trabajando en él unos cuatro años. El AWP utiliza el efecto Doppler para crear mapas tridimensionales en tiempo real de los patrones de viento sobre la superficie terrestre, datos que hasta ahora eran mucho más difíciles de capturar.

Bedka es el investigador principal del AWP en el Centro de Investigación Langley de la NASA y ha pasado más de 100 horas en el aire probando el dispositivo en colaboración con la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA), que gestiona el Servicio Meteorológico Nacional (NWS). Cree que el AWP podría ser el eslabón perdido en la capacidad de las agencias meteorológicas para cartografiar con precisión fenómenos meteorológicos severos como huracanes y tormentas eléctricas.

Las deficiencias de la actual recopilación de datos eólicos

Para crear predicciones de fenómenos meteorológicos severos, agencias como el NWS recopilan una amplia gama de datos, incluyendo la temperatura atmosférica, los niveles de humedad y los patrones de presión, generalmente obtenidos de lecturas satelitales. Los patrones de viento, tanto en la superficie como por encima del nivel del suelo, son otra pieza clave para completar el rompecabezas.

Pero a la hora de incorporar los patrones de viento al modelo, existen algunas limitaciones. Si los meteorólogos necesitan mediciones de viento cerca de la Tierra, afirma Bedka, es bastante sencillo tomar lecturas mediante sensores que se pueden instalar en el suelo. Pero lo más importante para la predicción meteorológica es “tener una idea de la imagen tridimensional del viento; es decir, vientos no solo en el suelo, sino a muchos kilómetros de altura, que se combinan para determinar el tiempo que experimentamos en tierra”, añade.

Actualmente, para obtener una idea de la imagen 3D del viento, los meteorólogos utilizan principalmente globos meteorológicos. Estos globos ofrecen lecturas precisas, según Bedka, pero solo existen alrededor de 1,300 puntos de lanzamiento en todo el mundo, lo que significa que sus datos son bastante limitados. Otra herramienta, los satélites geoestacionarios, puede utilizar instantáneas de la nubosidad y los patrones de humedad atmosférica para calcular los vectores del viento, pero solo en la cima de las nubes —la capa donde se encuentra la humedad—, lo que significa que aún falta la imagen 3D del viento. Muchos expertos creen que herramientas como el AWP son la solución para abordar este problema.

Cómo el AWP utiliza láseres en el huracán Helene

Antes de crear un mapa detallado del viento en 3D, los científicos necesitan comprender dos factores principales: la velocidad y la dirección de las corrientes de viento. El AWP logra esto rastreando el movimiento de partículas —incluyendo diminutos fragmentos de materia nubosa, polvo, humo, contaminación y sal marina que flotan en la atmósfera— para ver cómo el viento las azota en un momento dado.

Para capturar el movimiento de dichas partículas en el huracán Helene, el AWP se monta en una aeronave con puertos de visualización debajo. Desde allí, el instrumento emite 200 pulsos de energía láser por segundo hacia la atmósfera en dos direcciones opuestas, donde se dispersan y reflejan en las partículas. Esta dispersión provoca un cambio medible en la longitud de onda del pulso láser, también conocido como efecto Doppler.

Probablemente hayas oído hablar del efecto Doppler y lo hayas experimentado tú mismo, dice Bedka. “Oyes una ambulancia acercándose y, a cierta distancia, suena muy agudo, y luego, al pasar y alejarse, oyes el cambio de tono; esto se debe al efecto Doppler. Un lidar de viento Doppler se comporta de manera similar”.

En pocas palabras, las frecuencias alteradas de la luz láser que rebotan en las partículas proporcionan al AWP la información necesaria para calcular la velocidad y dirección del viento, e incluso medir simultáneamente las condiciones atmosféricas a diferentes altitudes. Estos detalles pueden combinarse para crear un mapa de viento 3D completo.

El AWP vuela a través del huracán Helene

En 2022, según Bedka, la NOAA solicitó nuevas tecnologías para la medición precisa del viento, lo cual había sido un desafío constante para la agencia al intentar predecir condiciones meteorológicas severas. Dado que el equipo de Bedka acababa de finalizar su prototipo de AWP, propusieron una campaña de vuelo aéreo para validar la eficacia de la herramienta.

La NOAA aceptó financiar la propuesta, y el otoño pasado, Bedka voló durante más de 100 horas en una especie de laboratorio volador, instalado dentro del avión Gulfstream III de la NASA Langley. El laboratorio estaba equipado con el AWP de la NASA y su Observatorio Lidar de Gran Altitud ( HALO ), otra herramienta diseñada para medir el vapor de agua, los aerosoles y las propiedades de las nubes. Durante la campaña de vuelo, el AWP y HALO colaboraron para crear mapas 3D ultradetallados de los patrones de viento y las capas de aerosoles. Bedka buscaba recopilar datos de la mayor variedad posible de condiciones meteorológicas, incluyendo, por ejemplo, el huracán Helene.

Dado que el huracán Helene fue una tormenta relativamente bien pronosticada, el equipo de Bedka tuvo tiempo de planificar una ruta de vuelo que permitiera al AWP medir “lo más cerca del centro de la tormenta y los vientos más fuertes disponibles”. Dada la limitada autonomía de vuelo de seis horas del avión, Bedka y la tripulación sobrevolaron los bordes del huracán en varias etapas el 26 de septiembre, recorriendo el borde occidental de la tormenta, rodeando el ojo en el Golfo de México y regresando por la costa este. En total, tardaron unas nueve horas.

¿Qué sigue para el AWP?

Bedka, quien ha volado en varias aeronaves de la NASA durante tormentas intensas, afirma que las condiciones eran agitadas, pero no demasiado severas. Durante el vuelo del huracán, su equipo logró recopilar una extensa base de datos de mediciones de viento que demostró la eficacia potencial del AWP durante condiciones meteorológicas severas.

Por ahora, el AWP sólo está en fase de pruebas, pero la NASA está trabajando para que esté más ampliamente disponible.

Esto implicaría incorporar una agencia o socio comercial, como la NOAA, dispuesto a invertir más en la tecnología; idealmente, adaptándola para su uso en satélites más pequeños en lugar de transportarla en aviones. Actualmente, el AWP tiene aproximadamente el tamaño de una mesa de centro, pero para que quepa en una nave espacial, los investigadores tendrían que reducirlo a aproximadamente una décima parte de su tamaño actual, afirma Bedka. —Según un portavoz de la NASA, el proyecto AWP no se ha visto afectado por el presupuesto federal ni los recortes de personal en la NASA y la NOAA—.

Idealmente, la NASA podría crear una “constelación” de AWP orbitando la Tierra que pudiera medir los vientos simultáneamente en el planeta. Con una base de datos tan amplia, los modelos de predicción de fenómenos meteorológicos extremos serían mucho más precisos.

“Las tormentas severas no surgen de la nada”, dice Bedka. “Se forman porque todos los factores se alinean para que se vuelvan tan intensas. Lo que intentamos con esta tecnología es medir los vientos con el mayor detalle espacial y vertical que permite la tecnología láser. Ya hemos comprobado que, al incorporar estos datos a los modelos de predicción meteorológica, su impacto es enorme”.