Fotómetro Solar Aeronet

Sensado Pasivo – Fotómetro solar

Las propiedades ópticas de la masa de aire son una característica sensible a las mediciones con fotómetros solares en las bandas de transmisión atmosféricas ubicados tanto en superficie como en plataformas satelitales. En particular, dichas propiedades ópticas pueden ser utilizadas como elementos que permiten evaluar el impacto de procesos meteorológicos que generan episodios de contaminación ambiental. Por otro lado, si consideramos las mediciones ópticas en un punto, veremos que la estimación de las series temporales de parámetros ópticos contiene embebida la información de las diferentes escalas atmosféricas dominantes en el tiempo. En la Figura 1 se puede observar una foto de un fotómetro solar CIMEL CE 318.

Los fotómetros solares son radiómetros de campo de visión angosto diseñados para medir irradiancia solar. Estos instrumentos tienen entre 6 y 10 bandas espectrales bien definidas, del orden de los 10 nm ancho de banda FWHM (Full Width Half Maximum). Los instrumentos modernos son controlados electrónicamente, tienen la capacidad de almacenar los datos e incorporan un sistema de tracking automático para un exacto seguimiento y posicionamiento solar.

Las mediciones de los fotómetros solares pueden ser usadas para obtener parámetros atmosféricos, incluyendo el espesor óptico de aerosoles, agua precipitable, distribución de la irradiancia espectral y cantidad de ozono. El volumen de aerosoles y su distribución de tamaños pueden ser obtenidos por medio de métodos de inversión a partir del espesor óptico de aerosoles a diferentes longitudes de onda.

Los datos atmosféricos obtenidos a partir de los fotómetros solares son utilizados principalmente para meteorología y aplicaciones en atmósfera. También son de importancia para la corrección de imágenes satélitales.

Las correcciones basadas en mediciones terrestres son esenciales para el análisis cuantitativo de las imágenes satelitales para la extracción de información de la biósfera. Es especialmente importante cuando son requeridos valores absolutos de la radiación superficial o cuando existe superposición de pequeñas diferencias en la superficie con fuertes absorciones debidas a los componentes presentes en la atmósfera.

El fotómetro solar realiza tres tipos de mediciones: Medición directa de la radiancia solar, almucantar y planos principales. Los perfiles de la radiancia solar de Almucantar y de Plano Principal, son secuencias de mediciones que cortan transversalmente la región de la aureola solar. El perfil de Almucantar (Figura 2) se obtiene realizando mediciones sobre todo el campo azimutal con un ángulo de elevación igual al solar. Las medidas de Almucantar se hacen típicamente a masa de aire de 2 o menos para mantener ángulos grandes de dispersión. Las mediciones de Plano Principal (Figura 3) barren el cielo describiendo un plano, rotando sobre un eje ortogonal al azimut solar, en un recorrido de aproximadamente 150°. La secuencia comienza generalmente con una observación directa del sol, tras lo cual se mueve a un ángulo debajo del mismo y barre el cielo en el plano principal hasta un ángulo de 140° relativo al Sol. En la secuencia de mediciones de planos principales el ángulo relativo al Sol iguala el ángulo de dispersión. Ambas secuencias de observación son realizadas en intervalos angulares pequeños en la región del Sol (del orden de 1 a 2°) y en un intervalo mayor (10° o más) al alejarse de él. El CE 318de CIMEL, por ejemplo, emplea un segundo detector de mayor campo de visión para las medidas del cielo más allá de la aureola solar.

Figura 2 Esquema de medidas para Almucantar.

Figura 3. Esquema de medidas para Plano Principal.

Red AERONET

El programa AERONET (AErosol RObotic NETwork) tiene como objetivo determinar características ópticas de los aerosoles y validar datos satelitales. La red está formada por más de 550 fotómetros solares instalados en estaciones estratégicamente distribuidas en todo el mundo. Esta red por impone estandardización de los instrumentos, de la calibración, y del proceso de medición. Por lo tanto los datos de estaciones diferentes pertenecientes a esta red pueden ser intercomparados. En la Figura 4 se puede observar un mapa con la ubicación de las estaciones. Tres niveles de datos están disponibles on line en la página web de la red: Nivel 1.0 (datos crudos sin calibración), Nivel 1.5 (datos donde se han extraído las nubes automáticamente), y Nivel 2.0 (datos sin nubes, calibrados e inspeccionados manualmente).

Figura 4. Mapa con la ubicación de las estaciones que pertenecen a la red AERONET.

Los instrumentos de referencia que forman parte de la red AERONET son recalibrados en MLO (Mauna Loa Observatory en Hawaii) cada 2 ó 3 meses usando la técnica de Langley. El voltaje perteneciente a masa de aire cero (voltaje al tope de la atmósfera debida a flujo solar directo) es calculado con una exactitud entre 0.2 a 0.5 %. Por lo tanto la incerteza del espesor óptico de aerosoles debido a la incerteza de cero está entre 0.002 a 0.005. Los instrumentos que están en las estaciones son intercalibrados contra los instrumentos de referencia, por lo tanto la incerteza en el espesor óptico de aerosoles está entre 0.01 a 0.02 dependiendo de la longitud de onda.