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Configuración de estaciones meteorológicas remotas

En METER, hemos instalado miles de estaciones meteorológicas remotas e instrumentos meteorológicos a lo largo de los años, por lo que hemos aprendido mucho sobre qué hacer y qué no hacer durante una instalación.

Este artículo analiza en profundidad siete pasos básicos que deberá tener en cuenta a la hora de configurar su estación meteorológica para obtener datos meteorológicos de la máxima calidad.

1. Pruebas previas sobre el terreno
2. Elegir el sitio adecuado
3. Técnicas de instalación de alta calidad
4. Control de campo
5. Solución de problemas
6. Registro de metadatos
7. Consideraciones posteriores a la instalación

Antes de empezar: Asegúrate de que utilizas los instrumentos meteorológicos adecuados

Una cosa importante que hay que recordar es que para obtener datos de alta calidad, tendrá que instalar la estación meteorológica adecuada para su aplicación única. En este seminario web de 20 minutos, el Dr. Doug Cobos, investigador científico, explora qué tipos de estaciones meteorológicas se adaptan a los distintos tipos de aplicaciones. Descúbralo:

• Por qué debe tener en cuenta la calidad de los datos frente al mantenimiento y las combinaciones de parámetros de medición en su análisis de costes
• Rendimiento en 3 estaciones frente a 4 estaciones
• ¿Qué situaciones requieren soluciones de calidad baja, media o alta, y hasta dónde hay que llegar?
• Ventajas e inconvenientes de las distintas soluciones
• ¿Cómo se compara la estación meteorológica ATMOS 41 con otros métodos?
• ¿Cuál es el punto óptimo de rendimiento dividido por precio en su aplicación?

Paso 1: las pruebas sobre el terreno evitan quebraderos de cabeza

Un paso que a menudo se pasa por alto para una buena instalación es probar los instrumentos meteorológicos antes de llevarlos al campo. Es importante configurar los instrumentos antes de salir para saber que todo funciona y que dispone de todas las herramientas necesarias. Puedes probar el equipo en la oficina, en el jardín o incluso en un parque cercano. Reúne todas las herramientas de montaje y asegúrate de que todos los instrumentos y sensores meteorológicos funcionan. Si tienes un sistema alimentado por batería y un panel solar, comprueba si se están cargando. Asegúrate de que tu sistema de adquisición de datos funciona. Si utilizas un registrador de datos programable, como un registrador Campbell Scientific, asegúrate de que sabes programarlo. Pruebe el programa del registrador para asegurarse de que funciona correctamente y registra. Muchas redes troncales de adquisición de datos disponen ahora de entrega remota de datos, así que compruebe que los datos fluyen hacia el servidor y que puede acceder a ellos.

La figura 2 es un ejemplo de lugar de pruebas en el que Montana Mesonet instala cada una de sus estaciones en un tejado para hacer pruebas comparativas. Esto les ayuda a comprobar si todo funciona y les garantiza que disponen de todo el equipo necesario para su instalación. Si haces esto, tendrás todas las herramientas adecuadas, el hardware de montaje y los diversos widgets que necesitarás para la instalación.

Paso 2: Elegir la ubicación adecuada para instalar la estación meteorológica remota

En las distintas normas de observación meteorológica se describen las mejores prácticas para ubicar los instrumentos meteorológicos. Una de ellas es elegir un emplazamiento con una pendiente mínima. Puede que esto no sea posible en todas las zonas, pero elija un lugar con la menor pendiente posible. La Organización Meteorológica Mundial (OMM) recomienda una distancia mínima de 10 veces la altura del obstáculo. Por ejemplo, si en su emplazamiento hay un arbusto de dos metros, los instrumentos meteorológicos deben situarse a 20 metros del arbusto. La norma ASABE exige de 10 a 50 veces la altura del obstáculo.

Otra buena práctica consiste en situar los instrumentos meteorológicos con un fetch homogéneo (sin cambios en el uso del suelo ni obstrucciones) de 100 veces la altura de la estación meteorológica. Por tanto, si tiene una estación meteorológica a una altura de dos metros, lo óptimo es tener un fetch homogéneo de aproximadamente 200 metros. La figura 3 es un emplazamiento ideal en cuanto a obstrucciones y fetch, lo que lo convierte en un emplazamiento óptimo para observaciones meteorológicas generales.

Otra cosa que hay que tener en cuenta son las obstrucciones por encima del piranómetro y del pluviómetro. Si hay un obstáculo sobre el pluviómetro, la medición de la lluvia se verá afectada. Comprueba siempre el "factor de visión" de tu piranómetro. Si observa la figura 4, verá un piranómetro situado debajo del registrador de datos y bajo la copa de un árbol. Obstrucciones como éstas confundirán los datos del piranómetro.

Además, si tiene un pirgeómetro para la radiación de onda larga o un radiómetro de red, esos instrumentos meteorológicos suelen tener un campo de visión hemisférico o de 180 grados. Si hay árboles o edificios que obstruyan el campo de visión hemisférico de 180 grados, podría ser una fuente de sesgo o error. Por eso es importante que esos tipos de instrumentos meteorológicos estén expuestos al cielo abierto.

También debe situar su estación meteorológica remota lejos de cualquier objeto que se caliente con el sol y aumente la temperatura del aire de forma no natural, como edificios, pavimento, senderos e incluso suelo desnudo si se encuentra en un lugar con vegetación. Y no coloque la estación meteorológica cerca de masas de agua, como en la figura 4.

Obsérvese que las normas expuestas anteriormente se refieren a las observaciones meteorológicas generales y no necesariamente a las observaciones especializadas. La figura 5 ilustra las normas de una guía para un emplazamiento de nivel 1 de la OMM.

Las directrices de la OMM recomiendan una pendiente mínima, poca vegetación, una distancia de 100 metros de las fuentes de calor y una distancia de 100 metros de las masas de agua.

Una última cosa que hay que tener en cuenta a la hora de ubicar los instrumentos meteorológicos y las estaciones meteorológicas remotas son los efectos del microclima. No sitúe los instrumentos en una depresión local. En una depresión local, si hay una noche despejada con condiciones estables y luego una inversión, puede causar un gran sesgo, especialmente en la temperatura del aire.

La figura 6 muestra un diagrama de un banco de pruebas METER en la azotea, donde probamos ATMOS 41 estaciones meteorológicas todo en uno. A unos 220 metros a la izquierda, hay otro lugar de pruebas METER en el lecho de un arroyo donde probamos sensores de suelo, equipos hidrológicos y sensores de profundidad del agua. Entre los dos sitios hay aproximadamente 30 metros de desnivel y unos 220 metros de distancia horizontal.

Recientemente, comprobamos la baja temperatura de estos lugares en ZENTRA Cloud y descubrimos que había una diferencia de temperatura de 6 ℃ entre el banco de pruebas de la azotea y el del fondo del arroyo. Esto da una idea de la magnitud de los errores que pueden producirse al situar una estación meteorológica remota o instrumentos meteorológicos en una depresión localizada.

Además, preste atención a la vegetación cercana a su emplazamiento. La vegetación debe ser representativa cerca de la estación meteorológica. Y es importante que no sitúe su sistema de control meteorológico en la cima de una cresta porque le dará un sesgo de medición. Del mismo modo, los tejados no suelen ser buenos lugares para la vigilancia meteorológica. De hecho, las organizaciones de normalización no aceptan las instalaciones en tejados porque el calentamiento del tejado provoca un sesgo considerable de la temperatura del aire. (En METER, nos conformamos con un banco de pruebas en la azotea para buscar problemas de rendimiento porque no intentamos realizar observaciones meteorológicas de alta calidad en ese lugar. Pero tenga en cuenta que un tejado suele ser un lugar poco adecuado).

Si necesita caracterizar un microclima específico, entonces debe ubicar su estación meteorológica en ese microclima. Para la gestión integrada de plagas o cualquier tipo de modelización de enfermedades, a menudo es necesario realizar el seguimiento en el dosel del cultivo. Si se trata del confort de los animales, los instrumentos meteorológicos deben situarse en el recinto en el que se encuentra el animal, ya que de lo contrario las mediciones no serán representativas. Si desea medir el confort de las personas en zonas urbanas, como un recinto deportivo, la estación meteorológica debe estar situada en el recinto deportivo. Si quieres medir el "confort de las plantas" (es decir, cuándo regar o el estrés de las plantas) en un cultivo concreto, no puedes obtener los datos meteorológicos de Internet. Tendrás que colocar instrumentos meteorológicos en ese microclima, o tus mediciones no serán representativas.

Por ejemplo, en la Figura 8 se puede ver que, para un campo de patatas concreto de Idaho, los datos de la estación meteorológica del campo y los datos de la estación meteorológica regional de Internet no coinciden. En este vídeo, el Dr. Colin Campbell muestra cómo puede afectar esto a la exactitud de las predicciones del modelo de grados día de cultivo (GDD).

Paso 3: Técnicas de instalación de estaciones meteorológicas remotas y mejores prácticas

Cuando vayas al campo, llévate más herramientas de las que crees necesitar. Tener una pala dedicada a la instalación y una caja de herramientas dedicada llena de herramientas importantes como bridas de cremallera, alicates, marcadores, linternas y pilas puede ahorrar horas de viajes de ida y vuelta al lugar.

Además, piense en utilizar un cercado para mantener alejados a los animales y a las personas (Figura 9).

METER colabora con TAHMO, que gestiona la mayor red meteorológica operativa de África, con cerca de 600 estaciones meteorológicas remotas. En todas las estaciones de ATMOS 41 se han instalado cerramientos que impiden la entrada de animales y personas, ya que en África los instrumentos meteorológicos suelen perderse por estar a la intemperie. Además, los animales pueden destruir los instrumentos. Un investigador de África Oriental tiene problemas con hienas que arrancan los cables e incluso con un elefante que se lleva toda la estación meteorológica. Así que piensa en poner una valla alrededor de tu emplazamiento.

También es importante apretar los herrajes de montaje antes de salir. METER tiene un banco de pruebas de precipitaciones en la Universidad A&M de Texas, donde estudiamos las precipitaciones de gran intensidad de las tormentas de Texas. Hace poco consultamos los datos de ese banco de pruebas y observamos algunas anomalías en las precipitaciones. Cuando comprobamos los datos del acelerómetro, vimos que todas las estaciones meteorológicas estaban desniveladas. La figura 10 es una recreación artística de lo que vio nuestro técnico de investigación cuando fue a comprobar las estaciones meteorológicas. Los herrajes se habían resbalado, y tuvo que rehacer por completo este banco de pruebas.

También debes instalar cables de sujeción para mantener todo estable en caso de que se produzca un fenómeno meteorológico grave. Si no lo sujetas, acabarás con la instrumentación orientada horizontalmente en lugar de verticalmente.

No olvide orientar el sensor de dirección del viento hacia el norte o el sur verdaderos (en lugar de hacia el magnetismo) para tener en cuenta la declinación magnética. Asegúrese también de proteger los sensores de temperatura de la radiación. Es posible que esto se tenga en cuenta a la hora de elegir los instrumentos, pero es algo que puede pasarse por alto. Para saber por qué es importante, vea el siguiente seminario web en el que el Dr. Doug Cobos analiza el balance energético de los sensores expuestos a la radiación y los errores que puede provocar.

Es importante mantener a los pájaros alejados de tu estación meteorológica remota. A los pájaros les encanta posarse en cosas altas en zonas abiertas, por lo que los instrumentos meteorológicos situados en medio de una zona abierta pueden sufrir daños (por ejemplo, los pluviómetros pueden obstruirse o los piranómetros pueden taparse si un pájaro defeca). La mayoría de los investigadores colocan una anilla para mantener alejados a los pájaros.

Además, preste atención a la gestión de los cables. Las conexiones eléctricas y los cables son la principal fuente de problemas en cualquier instrumentación medioambiental. Esas conexiones son críticas, pero es fácil ponerlas en peligro. Por eso, si los cables discurren por el suelo, asegúrate de protegerlos con un conducto flexible, pues de lo contrario los animales pequeños los morderán.

La figura 13 es un ejemplo de mala gestión de cables para una estación meteorológica remota. No querrás que los cables cuelguen sin sujeción.

La figura 14 es un ejemplo de buena gestión de cables. Esta configuración utiliza un sistema de gestión de cables con una jaula que mantiene todos los cables ordenados y protegidos. Los animales no los engancharán y les resultará difícil acceder a ellos o masticarlos.

Paso 4: Comprobación sobre el terreno

Antes de abandonar el campo, recuerda nivelar tus instrumentos meteorológicos. Si no lo haces, el pluviómetro tendrá errores evidentes porque su enganche o abertura están alterados. El anemómetro, el piranómetro o el sensor de radiación de onda larga también estarán sujetos a errores si no te aseguras de que están nivelados. La figura 15 muestra lo que puede ocurrir con los datos de los sensores de radiación no nivelados.

El gráfico superior de la figura 15 muestra los datos de dos piranómetros. Uno de los sensores está orientado hacia el este y el otro está nivelado. El que apunta hacia el este se conecta antes y alcanza su máximo antes, por lo que hay una desviación por tener un sensor desnivelado.

El gráfico inferior de la Figura 15 muestra que en los días de cielo despejado hay un desfase que parece un error en la calibración de uno de los sensores de radiación solar. Sin embargo, el último día es un día nublado en el que ambos sensores coinciden casi perfectamente. Así que el error se debe en realidad a que uno de los sensores apunta ligeramente hacia el sur y capta más radiación que el sensor de nivel. El error no se aprecia en los días de cielo difuso, pero sí en los de cielo despejado. Este tipo de errores son difíciles de identificar a partir de un único sensor en un emplazamiento, por lo que es importante nivelar esos instrumentos meteorológicos. Casi todas las estaciones meteorológicas remotas incluyen un nivel de burbuja para nivelar los sensores. La estación meteorológica ATMOS 41 tiene un acelerómetro que proporciona la inclinación X e Y en su flujo de datos para que pueda comprobar si las cosas están niveladas remotamente sin tener que visitar los sensores sobre el terreno.

Además, antes de abandonar el lugar, comprueba los datos de cada medición y asegúrate de que son verosímiles. Si los datos de temperatura dicen que hace frío en un día que parece cálido, es evidente que hay un problema. Comprueba el sensor de radiación para asegurarte de que está leyendo algo razonable. Hemos visto a gente dejar la tapa puesta en su piranómetro y no darse cuenta hasta mucho más tarde. Si hubieran comprobado los datos, habrían visto que estaba leyendo algo cercano a cero vatios por metro cuadrado en lugar de hasta 1000 vatios por metro cuadrado.

ZENTRA utility mobile le permite utilizar bluetooth para comprobar sus valores en un smartphone o una tableta. Si dispone de datos móviles en el emplazamiento, también puede utilizar la aplicación de campo ZENTRA Cloud en un smartphone o una tableta para asegurarse de que los datos se transmiten a cloud.

Además, utiliza estas herramientas para confirmar que la fuente de alimentación del sistema se está cargando y funciona bien antes de irte. Así podrás tener la total seguridad de que dispondrás de los datos que necesitas cuando vuelvas a la oficina.

Paso 5: Solución de problemas

Prepárese para posibles problemas con la configuración de su estación meteorológica remota asegurándose de que puede acceder a la documentación de apoyo de los diferentes instrumentos meteorológicos que esté utilizando. Lleve manuales de usuario (en formato electrónico o impreso), guías del integrador, fichas técnicas o cualquier otra cosa que pueda necesitar para solucionar problemas. Y no te olvides de llevar la información de contacto de los departamentos de asistencia de los instrumentos. Pueden serle útiles si tiene problemas.

Paso 6: Registrar metadatos

Una cosa que los investigadores suelen pasar por alto es anotar los metadatos relevantes que hacen que sus datos tengan más sentido. Recuerde la famosa cita: "El lápiz más corto es más largo que la memoria más larga". Si no los anotas, olvidarás información crucial para comprender tus datos. Algunos metadatos importantes que debes registrar son la ubicación GPS, la elevación del lugar, las alturas de tus instrumentos meteorológicos y las profundidades si estás midiendo en el suelo o en el agua. También tendrás que registrar la pendiente y el aspecto del lugar, las características de la vegetación, los obstáculos, los problemas de sombreado y la exposición a edificios, aceras o masas de agua.

La norma de la OMM ofrece una plantilla que puede ser útil para llevar al terreno y tomar algunas notas. Pero asegúrese también de tomar fotografías. Las fotos de la configuración de los instrumentos serán muy valiosas más adelante, sobre todo las fotos panorámicas del lugar.

Si visitas el portal web AG WeatherNet de la Universidad Estatal de Washington, verás fotos panorámicas de cada una de sus cientos de estaciones. En algunas de las fotos puedes ver que no es un sitio perfecto para una estación meteorológica. Hay algunos árboles que violan algunas de las normas de la OMM, pero si lo sabes, da más sentido a tus mediciones.

Asegúrate de recopilar también los metadatos de tu instrumentación. La figura 19 es un archivo Excel descargado de ZENTRA cloud . Cuando descargas tus datos de ZENTRA Cloud , obtienes todos los metadatos relevantes: información sobre tu registrador: la tarjeta SIM, y la señal celular, la localización GPS, además obtienes los números de serie de los sensores y los nombres de toda tu instrumentación. También puedes añadir campos adicionales que den aún más significado a esos metadatos, como versiones de firmware, etc. METER está mejorando continuamente la función de metadatos de ZENTRA cloud , así que espere más capacidades en el futuro.

Paso 7: Postinstalación

Por último, cuando vuelvas a la oficina, comprueba los datos pronto y a menudo. El acceso remoto a los datos de las estaciones meteorológicas remotas es de gran ayuda. Con ZENTRA Cloud y otros programas de acceso remoto a datos, tus datos ya están graficados para que puedas buscar anomalías en los datos o problemas con tu sitio. Hay alertas en ZENTRA Cloud que te indicarán si hay algún problema.

Por ejemplo, puedes comprobar el nivel de carga de las baterías para saber cuándo tienes que ir al campo a cambiarlas. Si examinas tus datos de forma rutinaria, te ayudará a conseguir un conjunto de datos de alta calidad.

Preguntas frecuentes sobre la estación meteorológica remota

Al nivelar y orientar sus instrumentos meteorológicos, ¿qué nivel de precisión debe buscar?

Cuanto más nivelado, mejor. Lo mejor es cero a 00 para x e y o acabará con errores en la radiación. Si buscas la ley del coseno de Lambert te dirá los errores que podrías esperar en días de cielo despejado de la medición de la radiación solar. Los pluviómetros son especialmente problemáticos, sobre todo con un cubo basculante o un pluviómetro contador de gotas. Si está lo suficientemente desnivelado, no recogerá la medida de lluvia. Le recomendamos que mantenga el nivel de su estación dentro de dos grados tanto en x como en y para obtener las mejores mediciones posibles, ya que si se desvía cuatro o cinco grados del nivel, será problemático para sus datos.

¿Cuáles son las mejores prácticas para medir variables meteorológicas en zonas urbanas? ¿Alguna recomendación para ese tipo de instalaciones?

Los microambientes de las zonas urbanas son más severos que los de las zonas naturales. Así que coloca tu estación meteorológica en el lugar que te interesa, no a dos manzanas de distancia ni en el otro lado del edificio donde hay sol en lugar de sombra. Hay que tener en cuenta los efectos del microclima. Muchas zonas urbanas instalan densas redes de instrumentos meteorológicos para tratar de caracterizar los efectos del microclima y obtener observaciones más localizadas para sus interesados.

¿Tiene una lista de comprobación específica que seguir cuando se trata de instalar una estación meteorológica a distancia?

Le recomendamos encarecidamente que utilice una lista de comprobación. Tenemos una lista de comprobación general de instalación aquí y consideraciones sobre la instalación de la estación meteorológica aquí.

¿Tiene alguna recomendación para la calibración o el mantenimiento de sus instrumentos meteorológicos?

La mayoría de los instrumentos presentan cierto grado de desviación en la medición y pierden precisión con el tiempo. La recalibración rutinaria de los instrumentos meteorológicos es una práctica habitual. Cada fabricante de sensores de radiación, sensores de humedad, sensores de temperatura o sensores de presión barométrica especificará una deriva y dará recomendaciones sobre la frecuencia con la que se deben recalibrar los sensores. Recomendamos sustituir el sensor de radiación solar ATMOS 41 cada dos años. Y tenemos la misma recomendación para la placa secundaria de presión barométrica y humedad relativa. Nos preocupa mucho mantener la precisión de los sensores, por lo que estos componentes se pueden cambiar sobre el terreno, y hemos intentado facilitar la tarea al usuario.

Si se trata de instalar una estación meteorológica a distancia en un lugar que puede no ser muy estable, como la superficie de un glaciar, ¿qué sugiere para una situación así? 

En un glaciar, debes clavar un poste muy profundo para asegurarte de que hay suficiente estabilidad para mantener tu estación meteorológica en su sitio. Es una situación difícil porque las alturas sobre la superficie van a cambiar con el tiempo. Y la presencia de la estación meteorológica podría inducir algunos efectos microclimáticos como el deshielo. Sería una buena idea que tuvieras acceso remoto a los datos y fotos en tu corriente para ver lo que ocurre casi en tiempo real y poder arreglar la instalación si tienes problemas.

Descubra la estación meteorológica ATMOS 41 y elregistrador de datos ZL6 .

¿Preguntas?

¿Quiere saber cómo puede utilizar las estaciones meteorológicas en su aplicación? Nuestros científicos tienen décadas de experiencia ayudando a investigadores y agricultores a medir el continuo suelo-planta-atmósfera.

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