Estación Meteorológica y Monitoreo de Datos - Detalles
Los componentes de una estación meteorológica personal incluyen (1) una matriz de sensores que está instalada en el techo de un edificio o en un poste y (2) una estación base o consola que recibe los datos de la matriz de sensores. La matriz de sensores de datos ambientales miden, recopilan y almacenan información sobre temperatura, humedad, velocidad y dirección del viento, precipitación, presión barométrica, radiación solar y calidad del aire. Los sensores se alimentan mediante paneles solares integrados y con baterías recargables que se cargan con energía solar durante el día y proporcionan energía al sensor durante la noche. Los datos de todos los sensores se transmiten a la tableta o consola de la estación y se almacenan como un pequeño archivo de texto (usando una tarjeta micro SD) la cual puede almacenar los datos de varios meses o años. En el pasado, las estaciones meteorológicas escribían los datos en una computadora local, los cuales debían cargarse en un sistema para ser incluidos en las redes de datos meteorológicos. Las estaciones meteorológicas modernas están conectadas a Internet mediante redes de datos como “Ambient Weather” o “Weather Underground”. La estación meteorológica de la EcoCasa está conectada a un portal de datos meteorológicos y a la red meteorológica "Weather Underground".
Condiciones ambientales en el exterior. Se usa un termómetro para medir la temperatura exterior, este termómetro generalmente está constituido por un termopar (el cual mide el voltaje generado por la diferencia entre la temperatura medida y una temperatura de referencia) o por un termistor o sonda (los cuales miden la resistencia y cómo esta varía de acuerdo a los cambios en temperatura). La humedad se mide con un higrómetro el cual utiliza un condensador para monitorear las moléculas de agua en el aire. Tanto la temperatura como la humedad se utilizan para calcular el punto de rocío, o sea, la temperatura a la que se debe enfriarse el aire para saturarse con vapor de agua. Un barómetro mide la presión barométrica o atmosférica (la presión en la atmósfera de la Tierra) el cual utilizando las diferencias de presión, genera los voltajes correspondientes los cuales corresponden a medidas de presión barométrica. El anemómetro de copa mide la velocidad del viento, mientras que la veleta mide la dirección. El voltaje generado por las copas giratorias (y por la veleta) se convierten en velocidad y dirección del viento. El pluviómetro de la estación meteorológica utiliza un pequeño embudo que alimenta a un pequeño recipiente basculante, el cual registra una unidad de precipitación cada vez que dicho recipiente se llena y se vacía. La medición tiene una resolución de aproximadamente 0.01 pulgadas (o 0.254 mm). El conjunto de sensores incluye un pequeño sensor solar para medir la radiación solar aproximada. También hay un sensor de calidad del aire separado que funciona tanto con energía solar (primaria) como con batería (de respaldo) y el cual está conectado a la estación base y registra datos de partículas. Todos estos datos se recopilan en los reportes en el sitio web y en el portal de datos con intervalos de 5 minutos.
Condiciones ambientales en el interior. La estación meteorológica de la EcoCasa también incluye un sensor de temperatura separado que se encuentra en el interior, en un lugar con una buena temperatura interior representativa. Este sensor adicional es una herramienta de comparación importante para monitorear cómo la temperatura y la humedad interior y exterior varían en el transcurso del día, o durante semanas, meses o incluso durante las estaciones del año. Esto ayuda a demostrar la capacidad aislante de la EcoCasa y comprueba que las temperaturas diurnas son más cálidas en el interior en comparación con el exterior durante los meses más fríos, pero las temperaturas diurnas en el interior son más frías que en el exterior durante los meses más cálidos.
¿Por qué recopilar datos utilizando una estación meteorológica personal?
Las estaciones meteorológicas oficiales (como las que se encuentran instaladas en los aeropuertos o en otros lugares de monitoreo oficial) incluyen mediciones muy precisas con instrumentos caros, pero la temperatura y especialmente la precipitación pueden variar considerablemente en distancias relativamente cortas. Una estación meteorológica personal captura datos específicos de la estructura donde se encuentra instalada. Un ejemplo de una red que utiliza datos recopilados de estaciones meteorológicas personales y otros pluviómetros, es RainLog. Esta es una red de monitoreo de precipitación constituida mayormente por datos aportados por ciudadanos comunes a la cual las personas envían sus datos de precipitación diarios, lo que permite entender mejor cómo la precipitación varía en la ciudad o región.
¿Qué podemos hacer con los datos de una estación meteorológica personal?
Los datos de una estación meteorológica pueden ser una representación más precisa de las condiciones climáticas del vecindario que aquella generada por estaciones oficiales que podrían estar a kilómetros de distancia. Múltiples estaciones meteorológicas del vecindario pueden llenar vacíos donde no existen datos y ayudarnos a comprender mejor los patrones de precipitación y temperatura y cómo estos varían de un vecindario a otro. También se pueden usar estos datos para evaluar el papel que las condiciones climáticas podrían haber jugado en tiempos de temperaturas extremas o intensas lluvias e inundaciones.
¿Cómo se comparan los datos de una estación meteorológica personal con las estaciones oficiales?
Si las condiciones son consistentes en una región y tomando en cuenta la limitación de la precisión de los sensores, una estación meteorológica personal registrará mediciones similares a una estación oficial. Sin embargo, en los casos en que las condiciones no son consistentes en una región, las mediciones de la estación meteorológica personal pueden llenar los vacíos de datos e ilustrar patrones climáticos a pequeña escala. Los datos de la estación meteorológica personal no siempre coinciden con los datos de las estaciones oficiales, y destaca lo que podemos aprender al comparar los datos oficiales con otras estaciones meteorológicas de la región.
Datos meteorológicos frente a datos fotovoltaicos solares
Los datos de la estación meteorológica ayudan a demostrar el impacto que la variabilidad climática puede tener en la producción de energía solar. En un día soleado normal se produce una energía solar considerable y constante, pero en los días con tormentas por la tarde (como durante la estación de lluvias), la producción solar inicial puede ser constante y creciente, pero se vuelve inconsistente por la tarde. En días muy nublados, la producción de energía solar se reduce considerablemente, aunque en días con nubes intermitentes la cantidad de energía solar producida sigue siendo alta. Este tipo de datos pueden ayudar a las personas a determinar cuándo y cómo funcionaría un sistema solar fotovoltaico en su hogar o negocio.
¿Cómo nos ayudan los datos meteorológicos a comprender las diferentes estaciones del año?
Las gráficas estacionales y anuales de temperatura y precipitación demuestran como varían las estaciones en las fronteras de Estados Unidos y México a lo largo del año. El invierno se caracteriza por temperaturas más frías y, cuando llueve, las lluvias son más ligeras pero más constantes. Dado su clima semiárido, la región se caracteriza por condiciones relativamente secas. Con la primavera viene una disminución gradual de las precipitaciones y un aumento de la temperatura y tiende a haber más viento durante esta época del año. El verano comienza muy caluroso y seco con variabilidad en el inicio del monzón lo que trae precipitaciones intensas, aumento de la humedad y temperaturas ligeramente más bajas. Con el otoño, se produce una disminución gradual de la temperatura y las precipitaciones, aunque el final de la época de lluvias se superpone con la actividad de tormentas tropicales del Pacífico Noreste, que puede extender los períodos más húmedos hasta el final del otoño, cuando la región generalmente se seca. Una mirada a la temperatura y precipitación anual para varios lugares alrededor de la región demuestra la variabilidad en la región fronteriza México-Estados Unidos, pero esta región es bien conocida por los totales anuales de lluvia relativamente bajos y las temperaturas promedio relativamente altas.
¿Qué otro tipo de datos recopila esta estación meteorológica?
La estación meteorológica de la EcoCasa también recopila datos sobre la velocidad y dirección del viento, la presión barométrica, la radiación solar y la calidad del aire (partículas de 2.5 micrones de diámetro o más; PM 2.5). La velocidad y dirección del viento varían a lo largo del día y también cambian según la temporada. Los datos de la estación meteorológica de la EcoCasa destacan las condiciones actuales y cómo estas cambian con el tiempo. Las gráficas del Servicio Meteorológico Nacional de los EE. UU. (Llamadas rosa de los vientos) muestran las condiciones promedio del viento a largo plazo y están basadas en años de datos.
La estación meteorológica de la EcoCasa incluye un sensor de radiación solar simple que proporciona una estimación aproximada de la cantidad de energía radiante emitida por el sol y que llega al sensor. Los paneles solares en el techo de la EcoCasa generan datos más detallados sobre la energía solar, pero la medición de la radiación solar permite una comparación directa con la cantidad de energía solar producida. Esta medición también puede entenderse como un indicador de la cantidad de la cobertura de nubes en el cielo durante las horas del día, presentando lecturas más altas en días soleados, más bajas en días nublados y cero durante la noche.
La estación meteorológica de la EcoCasa también tiene un monitor adicional de calidad del aire que mide las partículas (PM 2.5). Si bien no es tan preciso como los sensores utilizados por las agencias gubernamentales estatales y federales, este sensor proporciona una estimación aproximada de la calidad del aire en las cercanías de la EcoCasa y permite hacer comparaciones con las mediciones oficiales. El sensor de calidad del aire de la EcoCasa podría resaltar problemas de calidad del aire del vecindario que pueden no aparecer en otros sensores ubicados más lejos. También podemos comparar otros datos, especialmente de viento, para ayudar a entender los drásticos aumentos de PM 2.5, que generalmente se observan durante la época de vientos fuertes. En el norte de Sonora y el sur de Arizona, las tormentas monzónicas que se desarrollan repentinamente crean muros de viento (llamados flujos de salida). Estos son lo suficientemente grandes como para ser visibles en las gráficas de radar y en los datos de calidad del aire debido a los elevados niveles de polvo y otros residuos en el aire. Los datos del sensor de PM 2.5 también pueden ser usados para monitorear tendencias a más largo plazo, como el aumento de partículas durante el invierno, cuando los combustibles domésticos y los gases del escape de los automóviles quedan atrapados en las capas de inversión.
¿Cuánto cuesta una estación meteorológica?
Un pluviómetro simple puede costar menos de diez dólares, mientras que algunas estaciones meteorológicas conectadas a Internet pueden costar más de 300 dólares. El beneficio de los sistemas más caros es que están conectados a redes de datos más grandes de otras estaciones meteorológicas, y los datos se transmiten automáticamente a estas redes a través de Internet. ¡Pero un simple pluviómetro y un termómetro son todo lo que se necesita para registrar los datos meteorológicos en su casa!
Beneficios
- Una estación meteorológica local permite ver datos meteorológicos en vivo y su comparación con datos locales de otras estaciones oficiales.
- La estación puede enviar mediciones del clima a otras redes de datos para ver el clima en otros vecindarios o regiones.
- El monitoreo de datos a largo plazo permite realizar comparaciones con promedios a largo plazo (climatología) para identificar si hay algún cambio.
Limitaciones
- La estación tiene alimentación solar y por batería, por lo que si la batería se agota y no sale el sol, el aparato no funcionará.
- Si la estación no está conectada a internet no se enviarán datos. Sin embargo, se conserva una copia de respaldo en tarjeta SD, por lo que los datos serán accesibles después de hacer una recuperación manual de la copia de respaldo.
- La estación solamente registra datos que están diseñados para ser monitoreados.
- Los sensores incluidos en las estaciones meteorológicas personales no son tan precisos como las estaciones meteorológicas profesionales/oficiales utilizadas por los servicios meteorológicos gubernamentales.
Actividades educacionales
- Descargue datos de estaciones meteorológicas (aquí) y datos de producción de energía solar (aquí) e identifique el papel que juegan los diferentes eventos climáticos en la producción de energía solar.
Para más información
- ¿Qué es una estación meteorológica personal https://www.wunderground.com/pws/about
- Guía para comprar una estación meteorológica personal https://www.wunderground.com/pws/buying-guide
- Instalación de su estación meteorológica personal https://www.wunderground.com/pws/installation-guide
- Red colaborativa comunitaria: Lluvia, granizo y nieve https://www.cocorahs.org/
- RainLog https://rainlog.org/map
- Evaluación del clima para el suroeste (CLIMAS) https://www.climas.arizona.edu/sw-climate/temperature-and-precipitation