Sandra Cruz-PolDirectora CASA en UPRM

Universidad de Puerto Rico en MayaguezTaller en República Dominicana, agosto 2007

Monitoreo de Eventos Metereológicos con Sistemas de Radares DCAS

“No hay suficiente conocimiento acerca de lo que está pasando (o puede pasar) en la superficie de la Tierra

donde vive la gente.” [NRC, 1998]

La curvatura de la Tierra no permite que el 72% de la troposfera por debajo de 1km sea observada.

10,000 ft

tornado

wind

earth surface

snow

3.05

km

0 40 80 120 160 200 240RANGE (km)

Horz. Scale: 1” = 50 kmVert. Scale: 1” -=- 2 km

5.4

km

1 km

2 km

4 km

gap

“Muestreo de la atmósfera cuando y donde las necesidades de los usuarios son mayores.”

Red densa de radares de baja-potencia:

Miden los 3 km inferiores de la atmósfera

radares que colaboran :Percepción mejoradaMejora la detección,

predicción, avisos, respuesta

Responde a múltiples necesidades de usuarios

10,000 ft

tornado

wind

earth surface

snow

3.05

km

3.05

km

0 40 80 120 160 200 240RANGE (km)

DCAS – Distributed Collaborative Adaptive Systems

Comparación

Por Carlos Rodríguez, estudiante graduado

NEXrad PR2 (EWR)

Capas bajas, lluvia

Capas altas, nubes cumulonimbus

No necesariamente donde hay lluvia.

Oklahoma – Tornados (Yr3)Houston: inundaciones (Yr4)

Puerto Rico:Lluvia tropical, terreno (Yr4)

Centros de prueba (Test beds)

• hydrologic hazards• Smaller, cheaper

radars• urban demographics• partnerships

CASA – IP1 - Oklahoma

• Consorcio entre UPRM, UMass, OU, CSU

• Tecnología probada en IP1, Oklahoma

• radares Doppler/Polarimétrico ~$250K c/u.

Field Deployment in Oklahoma Test Bed

Final integration of radar nodes on their platforms at NSSL’s garage.

One of the test-bed sites

Concrete pad and tower section

Spring 2006

IP1 Radars instaladas en torres

Spring 2006

Primavera 2006

CASA-IP1 Radar vs NWS-Nexrad

NEXRAD DCAS

¿Qué tenemos en Puerto Rico ?• Dos Radares – PR1 y

EWR (PR2)• Proveen medidas de

Reflectividad• Radares son single-pol

& no son Doppler.• Datos se ha colectado

durante tormentas de lluvia.

Puerto Rico IP3 Test BedOff-the-Grid Radar

1er nodo bajo prueba en UMass

PR1 (Stefani) Radar

FCC permiso otorgado.Radar operacional falta reemplazomagnetron

OTG localizacion se basa en Modelo de

Vulnerabilidad a Desastres

QPEMC&C

distribuido

Optimización Energía Balanceada

ComunicacionesInalámbricas

Algoritmo estimación de Reflectivity en Red

EWR Radar

Alejandra

Xiomara Jenniffer Jackie RicardoFred

Carlos

Jorge

Estaciones Meteorológicasy

Disdrometros

JuanJenniffer

Ricardo

Jose

Jorge

Carlos Jaime

Panels EScan de Bajo Costo

10W's to 100 W peak power per panel 2° pencil beam, 1m X-band array (9 GHz) Dual linear polarization # array panels per installation: 3 or 4 Azimuth scan range: ±450 to ±600

Elevation scan range: 0-200(low level coverage, < 3 km) 0-560 (full coverage, to 22 km)

Cost: ~ $10k per panel

Additional specifications are a work-in-progress

TAYCO

TAYCO

TAYCO

Phase-Tilt EScan Panel

Dual- pol μstrip patch radiators

active electronics series-fed columns

azimuth steering 64 columns, each with 1 W T/R module

Linear Actuator

elevation steering

20o

aperture coupled slots

CASA Prototype mid-2008

Frequency-Phase EScan panel

1 m

Phase-steered in az direction (±45 deg or ±60 deg) 64 1-Watt T/R modules

Frequency-steer in elevation (0-20 degrees) Series-fed columns

Requires ~ 1 GHz bandwidth. Frequency allocation challenge.

Phase-Phase EScan Panel

1 m

Best flexibility (power, scan range, performance) ~3,000 T/R channels (10 mW/channel) performs electronic beam

scanning in azimuth and elevation Requires substantial ( 100:1) cost reductions compared to

today’s high-power military phased array radars innovations in use of commercial packaging & Si T/R functions Angelo Puzella/Raytheon IRAD briefing IEEE 2007 Radar Conference

Configuración Institucional

Percepción RemotaIngeniería de Microonda

RedesSistema tiempo-realPredicción NuméricaManejo Emergencias

Meteorología de Radarinversión cuantitativaEstudios Climáticos

Impacto SocialDiseño de Antenas

Hydrología

Diseño Factor HumanoCiencia de Decisión

socios centrales académicos

peritajesocios

externos

CASA Socios Esenciales

5% of the families in the Metropolitan Area (about 30,000 families) live in high risks areas where mudslides and flooding occur (UNAL, 2005.)

CASA – PAISACASA – PAISA MEDELLIN COLOMBIA with NOAA &

World Bank

Landslides

Structural

Flooding

Others

Eve

nts

Medellin. The Body of Bernardo Cifuentes rescued of last landslides occurred at May 20 2007. 5 death and 20 homes destroyed were reported

Jorge Salezar (UMass)Rafael Medina (UMass) Manuel Vega (UPRM)

ResumenRedes de radares distribuitos para respuesta a inclemencias del tiempo Baja-potencia, radares corto-alcance

Mapas congruentes de viento, lluvia de la troposfera baja hasta tope tormenta

Estrategia: tecnología R&D en paralelo con despliegue sistema test bed.

Escenarios Futuros: Centros de Población; zonas propensas a peligro; Valles/puntos ciegos

Suplementa- o quizá reemplace –actuales enormes redes de radares de tiempo.

Extra page:Volume coverage & required power

Low-level coverage

38 beam steps 0-560

30 km

22 km altitude

coverage

Full volume coverage

Specs: X-Band; 1 meter aperture

Zmin= 10 dBZ (25 dBZ during heavy rain)