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Servicio Geológico Colombiano

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Meteorología GNSS
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​​Sierra Nevada del Cocuy desde el sector Ritacuba.  Fotografía de Carmen Rosa Castiblanco. 2009

 Meteorología GNSS

​Meteorología GNSS

GNSS (Sistema Satelital de Navegación por Satélite) fue diseñado especialmente para aplicaciones de posicionamiento, navegación y medición de tiempo. Sin embargo, otras potenciales aplicaciones han surgido, y entre ellas se puede resaltar que las señales provenientes de los satélites GNSS pueden ser empleadas para obtener información acerca del estado de la atmósfera, lo cual es conocido como Meteorología GNSS, que corresponde al sensoramiento remoto de la atmósfera desde una plataforma satelital, así como con estaciones permanentes GNSS instaladas en la superficie terrestre. Existen dos tipos de técnicas de observación meteorológica basados en la recepción de señales GNSS: la primera, empleando una red en superficie de receptores GNSS, de tal manera que las estaciones GNSS de operación continua se convierten en una excelente herramienta para el estudio de la atmósfera terrestre; y la segunda, usando un receptor GNSS a bordo de un satélite de órbita baja (LEO). 

Las señales GNSS son transmitidas por satélites GNSS (NAVSTAR, GLONASS, GALILEO, COMPASS, etc) y al ser recibidas en la superficie terrestre, han atravesado la atmósfera, la cual retrasa y desvía la señal debido a las diferencias en densidad y humedad. Cada señal recibida contiene información acerca de la temperatura y humedad a lo largo de la trayectoria entre y el satélite. Obteniendo la señal de un mayor número de pares satélite-receptor para un determinado número de receptores, el retardo atmosférico puede ser calculado con precisión, de manera simultánea con la posición de la antena del receptor y otros parámetros. A partir del retardo atmosférico, se puede estimar del vapor total de una columna de vapor cuando la presión en la superficie y la temperatura son disponibles. La cobertura espacial es hasta ahora restringida a la superficie, pero la gran ventaja de las observaciones geodésicas satelitales estriba en que alta resolución temporal puede ser alcanzada, en un rango de minutos, con una exactitud razonable. 

La medida de vapor de agua con GNSS tiene la capacidad de mejorar el vacío de información que existe acerca de humedad sobre la superficie terrestre. La fortaleza de las observaciones GNSS en una red en superficie es concordante con la disponibilidad continua de las señales GNSS; las observaciones son efectuadas en todo tipo de condiciones de tiempo atmosférico.

La meteorología basada en receptores GNSS se fundamenta en el análisis del retardo atmosférico, uno de los resultados del procesamiento de señales GNSS. El retraso troposférico es representado por el Retardo Total en el Cenit (ZTD, del inglés), el cual a su vez puede ser dividido en dos componentes de retardo, el componente hidrostático, denominado ZHD, y el componente húmedo, ZWD, de tal manera que:

ZTD=ZHD+ZWD

El componente húmedo del Retardo Total en el Cenit (ZWD) es la base para la estimación del contenido de vapor de agua en la atmósfera. La relación entre ZWD y el contenido de vapor de agua es expresada por IWV (Vapor Integrado de Agua, del inglés). El vapor de agua es una de las fuerzas de convección y juega un importante papel en el desarrollo de nubes y precipitación. El contenido de vapor de agua es altamente variable debido a los cambios de temperatura, procesos micro-físicos tales como formación de nubes, y circulación atmosférica. El cálculo del retardo troposférico puede ser mejorado tomando datos meteorológicos en el sitio de ubicación de la estación GNSS. Un aspecto importante a considerar es que la componente seca es responsable del 85-90% del total del retardo, el cual puede ser obtenido con precisión milimétrica mediante medidas de presión en la superficie terrestre, mientras que la componente húmeda, la cual es función del vapor de agua a lo largo del recorrido de la señal GNSS, variando temporal y espacialmente. 

En el Servicio Geológico Colombiano, bajo el marco del proyecto GeoRED se están realizando las primeras acciones orientadas a la utilización de esta nueva tecnología en estudios meteorológicos, así como en otras aplicaciones.