Sandra Cruz-Pol Directora CASA en UPRM Universidad de Puerto Rico en Mayaguez Taller en República Dominicana, agosto 2007 Monitoreo de Eventos Metereológicos.

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1 Sandra Cruz-Pol Directora CASA en UPRM Universidad de Puerto Rico en Mayaguez Taller en República Dominicana, agosto 2007 Monitoreo de Eventos Metereológicos con Sistemas de Radares DCAS

2 “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 120160200 240 RANGE (km) Horz. Scale: 1” = 50 km Vert. Scale: 1” -=- 2 km 5.4 km 1 km 2 km 4 km gap

3 “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 mejorada  Mejora la detección, predicción, avisos, respuesta  Responde a múltiples necesidades de usuarios DCAS – Distributed Collaborative Adaptive Systems

4 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

5 CASA – IP1 - Oklahoma Consorcio entre UPRM, UMass, OU, CSU Tecnología probada en IP1, Oklahoma radares Doppler/Polarimétrico ~$250K c/u.

6 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

7 IP1 Radars instaladas en torres Spring 2006

8 Primavera 2006 CASA-IP1 Radar vs NWS-Nexrad NEXRADDCAS

9 ¿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.

10 Puerto Rico IP3 Test Bed Off-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 QPE MC&C distribuido Optimización Energía Balanceada Comunicaciones Inalámbricas Algoritmo estimación de Reflectivity en Red EWR Radar

11 Alejandra Xiomara JennifferJackieRicardo Fred Carlos Jorge Estaciones Meteorológicas y Disdrometros

12 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: ±45 0 to ±60 0  Elevation scan range:  0-20 0 (low level coverage, < 3 km)  0-56 0 (full coverage, to 22 km)  Cost: ~ $10k per panel Additional specifications are a work-in-progress

13 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 20 o aperture coupled slots CASA Prototype mid-2008

14 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.

15 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

16 Configuración Institucional Percepción Remota Ingeniería de Microonda Redes Sistema tiempo-real Predicción Numérica Manejo Emergencias Meteorología de Radar inversión cuantitativa Estudios Climáticos Impacto Social Diseño de Antenas Hydrología Diseño Factor Humano Ciencia de Decisión socios centrales académicos peritaje socios externos

17 CASA Socios Esenciales

18 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 – PAISA MEDELLIN COLOMBIA with NOAA & World Bank Landslides Structural Flooding Others Events 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)

19 Resumen Redes 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.

20 “Weather Radar Technology Beyond NEXRAD” National Research Council, National Academies Press, 2002 Chair: Prof. Paul Smith Recommendation – Far Term: “The potential for a network of short-range radar systems to provide enhanced near-surface coverage and supplement (or perhaps replace) a NEXRAD-like network of primary radar installations should be evaluated thoroughly.” Far-term ~ available within the 25-30 year scope of the report

21 Volume coverage & required power Low-level coverage Full volume coverage Specs: X-Band; 1 meter aperture Z min = 10 dBZ (25 dBZ during heavy rain)