Descripción: En Argentina en los últimos años se han incrementado la cantidad de radares meteorológicos y en la actualidad existen pocos trabajos en esta área de estudio. Los sistemas convectivos en nuestro país tienen características únicas por este motivo es de gran importancia el desarrollo de herramientas para este tecnología para esta región. Se planteó el desafío de evaluar y adaptar algoritmos de estimación de precipitación por radar en la frecuencia de banda C validando con datos de campo de estaciones automáticas y convencionales con la limitante de la escasa densidad de datos de superficie que existe en la región. Se utilizaron datos del radar de Paraná durante el periodo Julio 2009 - Diciembre 2010. Se encontró que previo a la estimación había que mejorar la calidad de las variables primarias y por eso, uno de los objetivos centrales fue corregir el Diferencial de Cambio de Fase (ΦDP) ya que su derivada, el Diferencial de Cambio de Fase Especifico (KDP), por sus características, es muy buen estimador de precipitación debido a que es afectado por el agua líquida y no así por el granizo o hielo. Se creó una máscara para filtrar ecos no meteorológicos y se buscó mejorar la estimación de KDP. Se realizó un análisis exhaustivo de la atenuación producida por los ecos precipitantes que en el caso de las tormentas convectivas en la región Pampeana es muy importante, ajustando parámetros a esta región. Finalmente se utilizaron y compararon metodologías de corrección de reflectividad por atenuación y se obtuvo una estimación de precipitación con diferentes metodologías utilizando, la reflectividad, el KDP y la Atenuación según el tipo de precipitación dando resultados diversos aunque promisorios para continuar con las investigaciones en la temática en el futuro.

Descripción: La región central de Argentina presenta condiciones capaces de generar sistemas precipitantes que se caracterizan por convección que ocurre de manera organizada y que puede dar lugar a la ocurrencia de eventos extremos. Ante esta situación, surge la necesidad de ampliar la información disponible y de contar con herramientas que posibiliten un mejor estudio de los sistemas precipitantes, en particular de aquellos eventos extremos que pueden generar perjuicios en la población. En los últimos años la red local de radares del país se ha ido ampliando y se han elaborado proyectos para acompañar esta evolución. Los objetivos de estos proyectos comprenden tanto el desarrollo de herramientas para la mejora de la calidad del dato de radar y para que el mismo pueda ser utilizado en diferentes aplicaciones, así como el equipamiento de nuevos sistemas de cómputo que permitan procesar este mayor volumen de datos. El Servicio Meteorológico Nacional (SMN) ha realizado una serie de esfuerzos para brindar mejores herramientas que permitan prevenir a la población sobre posibles riesgos derivados de eventos meteorológicos adversos. Sin embargo, actualmente no se cuenta con técnicas objetivas que permitan el seguimiento de los sistemas precipitantes a partir del análisis de imágenes de radar consecutivas. En este contexto, los pronósticos a muy corto plazo (nowcasting) buscan caracterizar el estado actual de la atmósfera y brindar un seguimiento de la evolución de su estado en un plazo de tiempo que típicamente se extiende hasta las 6 horas. En particular, una de las principales aplicaciones del nowcasting es el pronóstico de la evolución de sistemas precipitantes de mesoescala en base a datos proporcionados por sensores remotos. En este contexto, es de particular interés el pronóstico de aquellos que por su intensidad pueden afectar significativamente a la población produciendo no solo precipitaciones intensas, sino también fenómenos tales como granizo y vientos intensos. El objetivo general de la tesis es contribuir al desarrollo de un sistema de pronóstico de precipitación a muy corto plazo en Argentina basado en técnicas de extrapolación temporal de datos de radares meteorológicos. Dichas técnicas se basan en la hipótesis de que los sistemas precipitantes en las escalas temporales asociadas al nowcasting pueden describirse a partir de su movimiento observado en imágenes previas sucesivas. En particular, en la presente tesis se trabaja con datos de los radares ubicados en las ciudades de Córdoba y Ezeiza y se analiza un total de 35 eventos que abarcan distintos tipos de organización de la convección. Con el objetivo de implementar un método de extrapolación del campo de reflectividad, se utilizan técnicas basadas en la determinación de campos de movimiento que caracterizan la dinámica de los sistemas precipitantes. Para el desarrollo de un pronóstico determinístico se evalúa la sensibilidad a distintos parámetros característicos que se utilizan para su cálculo. Así también, se desarrollan metodologías para el tratamiento de la incertidumbre en los pronósticos para lo que se calculan pronósticos probabilísticos obtenidos a partir de un pronóstico por ensambles basado en la asimilación del campo de movimiento mediante Local Ensamble Transform Kalman Filter (LETKF). La advección de los pronósticos, en ambos casos, se lleva a cabo mediante un método advectivo semi-lagrangiano de extrapolación del campo de reflectividad. La verificación de los pronósticos obtenidos es de suma utilidad para comprender los límites de la predecibilidad, cuantificar la magnitud de los errores y evaluar la calidad de los pronósticos. La verificación de los pronósticos determinísticos y probabilísticos se realiza mediante el cálculo de diferentes índices que se corresponden al estudio de variables continuas y dicotómicas y a un estudio basado en la lógica difusa para analizar la dependencia de la predictibilidad a la escala espacial. Asimismo, se realiza una verificación orientada a objetos donde se identifican entidades u objetos en el campo pronosticado y en el campo observado y se comparan las propiedades de los objetos pronosticados y observados. Los resultados obtenidos a partir de las técnicas desarrolladas muestran que son una herramienta objetiva útil para el seguimiento de los sistemas precipitantes y sientan las bases para el diseño e implementación de un sistema de nowcasting en el SMN.

Descripción: En esta tesis se deriva una nueva distribución polarimétrica para datos de radar de apertura sintética (Synthetic Aperture Radar - SAR). Esta distribución se basa en el uso del modelo multiplicativo, suponiendo una ley Wishart compleja multivariada para el speckle y la ley gaussiana inversa para el backscatter. Con esta propuesta se obtiene la distribución harmónica polarimétrica y, como caso particular, las distribuciones harmónicas para datos de intensidad y de amplitud. Se calculan los estimadores para los parámetros que indexan estas distribuciones por el método de los momentos. Se muestra que la extracción de estos parámetros como características es una forma de aumentar la información y el poder de discriminación en el problema de clasificación de imágenes SAR.

Descripción: En la última década, la teledetección de radar ha contribuido con nuevos sistemas satelitales y se han planteado también nuevos desafíos para su aprovechamiento en aplicaciones ambientales. El foco de esta tesis es la utilización de modelos electromagnéticos para la solución del problema directo e inverso en teledetección de radar en humedales. En este caso, el problema directo planteado es la simulación de observaciones satelitales de radar y el problema inverso el monitoreo del agua debajo de la vegetación. Para esto, se describe, explica y modela la variación del coeficiente de backscattering (magnitud física que mide el radar) de dos tipos de vegetación presentes en el delta del Río Paraná bajo diferentes condiciones ambientales: juncales (Schoenoplectus californicus) y su ciclo de recrecimiento debido a la presencia de fuegos y juncales y pajonales de cortadera (Scirpus giganteus) en distintas condiciones de inundación. Esto incluye: el desarrollo de modelos de arquitectura pertinentes y la solución al problema de scattering que estas arquitecturas presentan. Se discuten alcances y limitaciones de los resultados obtenidos en el marco de un esquema conceptual para el desarrollo de aplicaciones basadas en imágenes de radar.

Descripción: Dentro del Plan Espacial Nacional (PEN), la Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE) tiene previsto el lanzamiento de la misión satelital SAOCOM, un radar de aperturasintética (SAR) que opera en microondas (λ = 23cm) y cuyo principal objetivo es laestimación de humedad del suelo sobre Pampa Húmeda. El problema de la estimación devariables biogeofísicas a partir de imágenes SAR es un problema mal condicionado, dondecon frecuencia existen muchas combinaciones de parámetros de la superficie que producen lasmismas observaciones SAR. Por esta razón, existen diversas técnicas de inversión, las cualesdeben tener en cuenta lo siguiente: 1. la dificultad en la parametrización de los modelos de dispersión que rigen la respuestadel blanco ante un onda electromagnética incidente sobre él, 2. las incertezas en la medición del radar proveniente de ruido de origen coherente (conocidocomo ruido speckle), 3. las incertezas provenientes de la ingeniería del sensor, 4. las incertezas provenientes de la variabilidad espacial de las variables del blanco, enparticular de la humedad del suelo. En este trabajo de tesis se desarrolló un esquema de inversión bayesiano que toma encuenta todos estos temas. Dicho esquema se evaluó con datos SAR y mediciones de campoprovenientes de varias campa˜nas con sistemas aerotransportados y satelitales. El esquemabayesiano considera todas las dificultades encontradas en el desarrollo de un producto operativode humedad del suelo y puede resultar en un algoritmo alternativo al desarrollado por CONAE para la misión satelital SAOCOM.

Descripción: El sudeste de Sudamérica y en particular la zona centro de Argentina son regiones caracterizadas por la ocurrencia de sistemas convectivos intensos que producen fenómenos meteorológicos con un gran impacto social y económico, como son precipitaciones intensas, fuertes vientos, granizo, inundaciones y actividad eléctrica. Por lo tanto, avanzar en el conocimiento de estos fenómenos y en la capacidad de pronosticar en forma eficaz la ocurrencia de los mismos es una preocupación primordial en nuestra región y al mismo tiempo un desafío científico actual a nivel internacional. Un potencial enfoque que permite mejorar la condición inicial de los pronósticos de fenómenos severos es acoplar modelos numéricos regionales en alta resolución con sistemas de asimilación de datos y contar con observaciones que posean la suficiente resolución espacio tempo ral para capturar los procesos asociados a la escala convectiva. El objetivo general del presente trabajo es contribuir al desarrollo a nivel nacional y regional de un sistema de pronóstico por ensambles a muy corto plazo de eventos meteorológicos de alto impacto que, a su vez, sea factible de ser transferido para su uso operativo. Para ello se implementó un sistema de asimilación de datos de radar basado en el filtro de Kalman por ensambles transformado y localizado (LETKF) que permite asimilar observaciones de velocidad radial y reflectividad. Se evaluó su desempeño en dos situaciones de convección húmeda profunda, considerando diferentes modos de organización de la convección y empleando dos modelos numéricos de la atmósfera para explorar distintos aspectos en el diseño experimental, como es la aplicación de una estrategia de asimilación utilizando dominios anidados. Por un lado, se acopló el LETKF con el modelo de mesoescala Weather Research and Forecasting (WRF) para asimilar observaciones sintéticas de radar. Se exploró la sensibilidad del sistema WRF-LETKF a las perturbaciones aleatorias empleadas para generar un ensamble de condiciones iniciales y de borde en escala convectiva y también la sensibilidad a parámetros del método LETKF, como son la localización y la inflación de la matriz de covarianza de los errores. Por otro lado, se acopló el LETKF con el modelo regional Scalable Computing for Advanced Library and Environment (SCALE-RM) para asimilar observaciones reales del radar RMA1-Córdoba perteneciente al SIstema NAcional de RAdares Meteorológicos (SINARAME). Se analizó el desempeño del sistema SCALE-LETKF para un caso de estudio de una tormenta supercelular que tuvo lugar durante la campaña de medición Remote sensing of Electrification, Lightning, And Mesoscale/microscale Processes with Adaptive Ground Observations (RELAMPAGO). Los resultados obtenidos muestran que la asimilación de datos de radar impacta positivamente la representación de la ubicación, intensidad y tiempo de ocurrencia de los sistemas convectivos, a la vez que contribuye en forma eficaz en el pronóstico de fenómenos severos como lluvias intensas y ráfagas en superficie. El sistema WRF-LETKF presenta gran sensibilidad al tipo de perturbaciones empleadas para generar el ensamble de condiciones iniciales y de borde, y una mayor sensibilidad a modificaciones en la escala de localización horizontal que en el parámetro de inación. El sistema SCALE-LETKF reproduce en forma acertada y consistente la dinámica de la supercelda simulada, por lo que el conjunto de datos generado resulta de gran valor para el estudio detallado de los procesos asociados a convección húmeda profunda en nuestra región. De esta forma, los experimentos numéricos realizados permiten destacar aspectos que resultan relevantes para el diseño de un sistema de asimilación de datos de radar en escala convectiva, ponen en evidencia la factibilidad de su implementación con los recursos computacionales adecuados y demuestran el enorme potencial de este método para el desarrollo de un sistema de pronósticos por ensambles en escala convectiva en nuestro país.

Descripción: El principal objetivo de esta Tesis es introducir el método de arreglos sintéticos de emisores de georadar y desarrollar las técnicas y herramientas básicas para hacer efectiva su implementación. Los métodos usuales de cobertura simple permiten resolver muy diversas situaciones experimentales. En particular los estudios realizados en la zona de Palo Blanco permitieron caracterizar adecuadamente estructuras arqueológicas con bajo contraste con el medio circundante. En algunas situaciones las señales son muy débiles y es necesario utilizar otras metodologías, con cobertura múltiple, para mejorar su visibilidad. Pero las metodologías usuales de cobertura múltiple, tales como la de punto medio común, también presentan limitaciones, ya que en algunos casos las mejoras que se logran no son suficientes. En este contexto se propone el método de arreglos sintéticos de emisores de georadar, en el que se consideran arreglos de antenas para obtener zonas iluminadas más estrechas, concentrando la energía sobre los blancos de interés, y disminuyéndola en las zonas periféricas, generadoras de señales secundarias. Mediante esta metodología de cobertura múltiple se logra mejorar la relación de intensidad de la señal primaria respecto de otras señales secundarias, así como su continuidad lateral. Los resultados obtenidos en el presente trabajo mostraron beneficios significativos en cuanto a la aplicación de este nuevo método en georadar, para estudiar reflectores que generan solamente señales muy tenues y para mejorar en forma selectiva señales originadas en distintos objetos, lo que constituye un paso fundamental para continuar con el desarrollo del método.

Descripción: En esta tesis trabajamos con distintos métodos para calcular la sección eficaz observadapor sistemas de radar activos, debido su interacción con superficies y medios aleatorios. Enprimer lugar describimos el método de la ecuación integral usado para calcular el campo dispersadopor una superficie rugosa. Mostramos cuales son los resultados usuales del modelo yluego los que no se condicen con las observaciones. Proponemos entonces no usar las simplificaciones habituales para obtener valores no nulos en los coeficientes de retrodispersión de loscanales de polarización cruzada. Concretamente, retener términos no lineales en la distribución de alturas de la superficie y calcular, numéricamente, la nueva sección eficaz del modelo. Luego, extendemos la formulación integral a un modelo de medios estratificados en el cual, debajode la superficie iluminada por el radar, se encuentra una segunda interface (plana). Coneste modelo damos una primer contribución a la dispersión de la onda debido a su interacción con el volumen que se haya debajo de la superficie observada por el radar. En particular,desarrollamos este modelo para estudiar el comportamiento de la emisivad respecto a la distanciamedia entre las capas, y como segundo objetivo, analizar la respuesta polarimétricadel sistema. Finalmente, basados en una teoría estadística de campos, formulamos el marcoteórico para calcular la respuesta al radar de un medio inhomogéneo. Consideramos que debajode la superficie se encuentra un medio caracterizado por una permitividad dieléctricaestocástica y haciendo uso de métodos funcionales resolvemos las ecuaciones para el campomedio observado por los sistemas de teledetección.

Descripción: El Delta del río Paraná es un macrosistema de humedal, uno de los más importantes en la República Argentina. Los problemas de relevamiento en grandes humedales condicionan la obtención de información sobre las condiciones ambientales que definen la biodiversidad y ecología de estos ecosistemas. En consecuencia, resultan de particular interés los relevamientos a partir de datos de sensores remotos. En este marco esta tesis analiza el aporte de la teledetección al estudio funcional de humedales en general, y del Delta del río Paraná en particular, haciendo hincapié en cómo y en qué condiciones el análisis de datos de sistemas de observación terrestre de escala regional permite monitorear los procesos en un área dada. Con este objetivo, se estudia la potencialidad de los sensores ópticos y de radar para el estudio y evaluación de eventos extremos, y la utilidad de series de tiempo de índices verdes para el monitoreo de los patrones de productividad presentes en el área de estudio. Como resultado de esta tesis se obtuvo un enfoque metodológico para el estudio de macrosistemas de humedal por medio de teledetección óptica y de radar. Además, se produjo el primer mapa regional de tipos fisonómicos de vegetación, mapas de inundación del evento ENOS 2006-2007, mapas de áreas afectadas por los incendios masivos de 2008, y de la recuperación de la vegetación luego del evento.