Sistema de Observaciones Atmosféricas en Aeronave TripuladaProyecto AIMMS‐20 @ BE90DGF‐UCH – DGAC – DMC

Misión Met-207-01-2010

René D. Garreaud, Ricardo Muñoz, Dave Rahn y José RutllantDepartamento de Geofísica

Universidad de Chile

Temario

1. Motivación – Atmósfera 3D

2. El proyecto AIMMS-20 @ BE90

3. Uso durante CUpEx

4. Perspectivas Futuras

ClimatologíaMayo, U

Corriente en Chorro

Aunque H<<L, fenómenos atmosféricos 3D

Observaciones en superficie son insuficientespara caracterizar fenomenos atmosféricos

Convección Térmica

100-1000 km

10 km

Proyecto FONDECYT 1090412Dynamics of the Atmospheric Marine Boundary Layer off Subtropical Chile

René D. Garreaud(*), José Rutllant, Ricardo Muñoz

Isosuperficie de 10 m/s

Corriente en Chorro Vientos del Surv 30 m/s h 1 km L 100 km Max. @ 30°S durante primavera

Impacto en TSM y NubosidadVariaciones a lo largo de la costa

75°W

30°S

50°S

Viento 10 m

Redes de Observación Global para Meteorología

Estacionesde Superficie

Estacionesde Radiosondas

Sfc Met Station

Met TowerRadiosonde

PIBAL UAV

Ligh-weigth Small

Propeller

BE90Large

Propeller

C130Jet

Gulf-stream

Enviromental

SatelliteGround-based

Remote sensing

20 km

15 km

10 km

5 km

2 km

500 m

10 m

~ 30 km

~10 km

~ 500 km

~ 3000 km

Verti

cal r

ange

Horizontalrange

¿Como medimos la atmósfera 3D?

• Efectos dinámicos por rápido desplazamiento• Requieren altas tasas de muestreo (sensores de respuesta rápida)

Equipos de última generación permiten medir:

• termodinámicas (temperatura del aire, humedad, presión)• dinámicas (viento, velocidad vertical y turbulencia)• radiativas (radiación infrarroja y visible, temperatura superficial)• física de nubes (contenido de agua liquida, CCN, etc.)• química atmosférica (concentración de gases y aerosoles)

También existen aeronaves equipadas con sistema deRadar Meteorológico y LIDAR

Com

plej

idad

Mediciones Meteorológicas en Aviones

Mediciones Meteorológicas en Aviones

Contexto científico / tecnológico

Proyecto de Ingeniería / Instalación

Resultados Preliminares

Proyecto AIMMS‐20 en BE90

Equipo AIMMS‐20

ADP IMU CPM GPS

• Fabricado en Canada por Aventech Inc.• Ta (±0.3°C), HR (±2%), P (±1 hPa) • V (±0.7 m/s), w (±0.5 m/s)• Latitud-longitud-Altura (diff. GPS)• Yaw, Pitch, Roll

Equipo AIMMS‐20 en Ciencia

Powerplants•Two 373kW PT6A-6 turboprops driving three blade constant speed Hartzell propellers.

Performance•Max speed 450km/h (243kt)•max cruising speed 435km/h (235kt)•Initial rate of climb 1900ft/min•Range with reserves 2520km (1360nm).

Weights / Dimensions

• Empty equipped 2412kg (5318lb)• max takeoff 4218kg (9300lb).• Wing span 13.98m (45ft 11in)• Length 10.82m (35ft 6in)• Height 4.47m (14ft 8in).

Beechcraft King Air BE 90 ‐ DGAC

14 m11 m

Proyecto AIMMS‐20 en BE90

Aprob. FONDECYT

Estudio Fact. Tec/Econ

O/C AIMMS-20

Build AIMMS-20

Llegada AIMMS-20

Reunión DGF-DMC

Reunión DGAC-DGF-DMC

V/B General Huepe

Cotización Vuelos

Ing. Aeronáutica

Certificación DGAC

Instalación AIMMS-20

Vuelo Prueba DGAC

Vuelos Cal. I-II

Misión Met-1

Misión Met-2-6

01-Mar 2009 Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic 01-Ene

Misión Met-1

2009

Feb

Fondecyt 10904923.500DGFImportación AIMMS-20

DGAC10.000*Mantenimiento DGAC(M. Schönherr y equipo)

Instalación AIMMS-20

Fondecyt 10904923.400Aeroservicios S.A.(N. Sanhueza)

Ingeniería Aeronáutica

Fondecyt 1090492DGF-UCH

16.000AVENTECH Canada(B. Woodstock)

Desarrollo AIMMS-20

Fondecyt 1090492600 IDETEC (J. Sainz) DGF (R. Muñoz)

Estudio Factibilidad Técnico / Económica

DGF-UCH1.400IDETEC (J. Sainz)Calibración AIMMS-20

DGACOperaciones DGAC(H. Oliva, J. Amador)

Planes de Vuelo

14.000

Costo (K$)

Fondecyt 1090492DGF (Garreaud et al.)SIAN-DGAC (Blanco, Morales, Rossi)

Misiones Cientificas

FinanciamientoResponsablesActividad

Proyecto AIMMS‐20 en BE90

Laptop +Programa CPM + IMU

+ GPS

GPS x 2

Proyecto AIMMS‐20 en BE90

ADP

CPM SwitchHeater Switch

ODMS(Logger)

SCIE

SCIR

SCFA

SCSE

SCTC

SCEL

Met 02 07-01-2010

Met 01 23-12-2009

Met 03 21-01-2010Met 04 13-07-2010

Met 05 27-12-2010

Met 06 04-01-2011

Otros vuelos c/datos

CC‐DSN (BE‐90 + AIMMS20)Misiones de Meteorología

30°S

20°S

40°S

75°W

80°W

70°W

10.000 pies

4.000 pies

Proyecto AIMMS‐20 en BE90

Misión Met‐X

Misión Met‐1

(c) Track (Ta, v) / DEM

33°S

73°W

6000 ft

1000 ft

4000 ft

20°C

10°C

Pseudo-perfilt = 5’ h = 1600 m

x 25 km

34°S

Ta

Misión Met‐1

M01

M02

M03

M04

M05

M06

M07

219 Pseudo Sondeos 

RS equivalentes…219 200 ~ 40.000 US$

219 Pseudo Sondeos 

Temperatura del Aire

Magnitud del Viento

M01 M02 M03 M04 M05 M06 M07

AIMMS @ BE90

RAOBS (U. Wyoming)

RAOBS (Original)

Air temperature [°C]

Td (AIMMS)

Wind speed [m/s] Wind direction [°]

Hei

ght [

m A

SL]

T~1.5°C

Jet in AIMMSbut not in SND

Wyoming and DMCnot always coincide

SCFABE90 take offat 12:23 UTC

RS lunched at 11:41 UTC

AIMMS@BE90 compared againstRadiosonde at Antofagasta, Chile (SCFA)

October 14, 2010

Initial Time

CUpEx sites

Mean diurnal cycle during CUpEx: Sfc winds (WRF 3km)

Rahn, Garreaud, Rutllant 2010

31°S

30°S

71.5°W

Punta Lengua de VacaTongoy

SCSE

Misión Tongoy 02La Serena (SCSE) – Santiago (SCEL) leg

Wind speed; Altitude range: 170‐220 m ASL

04‐01‐2011  15‐16 HL

J

-72.0 -71.8 -71.6Longitude [W]

25 m/s

20

15

10

5

0

Wspd

U‐wnd

V‐wnd

20

15

10

40

30

20

Wind speedm/s Knots

20

15

10

40

30

20

Wind speedm/s Knots

25 m/s

20

15

10

5

0

-574.6 74.4 74.2 74.0 73.8 73.6 73.4

Longitude [W]

37°S

73°W74°W

38°S

Wspd

U‐wnd

V‐wnd

Punta Lavapie (LVP)

Concepción

Misión Arauco 02Wind speed, Altitude range: 170‐220 m ASL

28‐01‐2011  15‐16 HL

LdV

200 km

7000 m

J

30°S

71.5°W

Simulación Numérica (WRF‐3km) del Jet costero LdV

Simulación Numérica (WRF‐3km) del Jet costero LdV

Comparación punto-a-punto (lat,lon,z,tiempo), Misión M05

• Formalizar acuerdo DGF-UCH con DGAC para mantener el AIMMS-20 en el BE90.

•Activación del AIMMS-20 (Switch CPM On/Off) en cada vuelo.

• Protocolo de libre acceso de datos AIMMS-20 entre DGF, DMC, DGAC y generación de “Atlas del Aire”

• Permitir al DGF-UCH realización de vuelos científicos en el BE90, financiados por UCH a precio de costo.

• Adquisición e instalación de un sensor infrarrojo de temperatura superficial (Heitronic 19.85, US$ 30.000).

Acciones futuras

Frontal modification by complex topography in south‐central Chile

Proyecto Fondecyt (2011‐2013) por R. Garreaud, M. Falvey y A. MontecinosDGF‐UCh + DGEO‐UdeC con apoyo de DMC/DGAC/CENMA

RadiosondasMesored Pluviometros

AtmósferaT, RH, u Turbulencia

MicrofísicaAerosoles & Gases

OcéanosTSM

Nivel del marClorofila

Suelo y VegetaciónTemperatura sfcNDVI, Leaf Index

Albedo

Hidrosfera/CriosferaHumedad del suelo

Radar de penetraciónNivel Laser

Tierra SólidaMagnetómetro

Cámara hiper-espectral…..

Plataforma Aérea para GeocienciasCONICYT * DGAC * UGEO

Operación científica similar (pero mas sencilla) que cruceros CIMARInstituciones cientificas pagan horas de vuelo

• El haber dotado a una plataforma área tripulada (BE90 DGAC) de un sistema de medición de datos meteorológicos de alta calida (AIMMS-20) representa un avance importante para las ciencias atmosféricas en nuestro país.

• Mas allá de concretar un objetivo central del proyecto Fondecyt 1090492, el AIMMS-20 @ BE90 genera oportunidades significativas para la realización de estudios en meteorología y calidad del aire.

• Colaboración inter-institucional (DGF/UCH – DMC – DGAC) permitio una excelente ejecución del proyecto. Agradecimiento a todos los participantes, especialmente al Gral. Director Huepe y Alarcon, Gral. Oliva-Haupt, Directora Myrna Araneda, Ing. Marcel Schoenerr.

• AIMMS-20 ha demostrado un excelente desempeño en el BE90. Datos de alta calidad en vuelos muy bien desarrollados.

• Potencial uso de AIMMS-20 @ BE90 a otros proyectos específicos y avanzar hacia el desarrollo de una aeronave para geociencias

Conclusiones