Drones a la caza de la radiación solar

Un innovador proyecto de la Universidad de Extremadura y el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial está poniendo a punto una nueva tecnología de medición de la radiación solar espectral en la atmósfera

25/01/2018. La radiación solar es el motor de toda la dinámica de la atmósfera. Da lugar al movimiento de las masas de aire y determina la temperatura del suelo. Esta radiación cuando atraviesa la atmósfera sufre un proceso de atenuación porque las nubes, los gases y los aerosoles la dispersan y absorben.

Medir y monitorizar estos cambios espectrales permitirá a los científicos comprobar y determinar las modificaciones en la atmósfera y en las nubes que prevén los modelos en el contexto del cambio climático. Esto es así porque las emisiones antropogénicas provocan una  variación en la composición de la atmósfera que a su vez influye en la estructura espectral de la radiación que alcanza la superficie de la Tierra. En este marco científico, un grupo de investigadores de la Universidad de Extremadura (UEx) y el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA) está trabajando en un proyecto innovador y experimental que evalúa la aplicación y efectividad de una nueva instrumentación para medir la radiación solar con la misma precisión y fiabilidad que los espectrómetros de barrido actuales. Se trata de los espectrómetros CCD (charge-coupled device) embarcados en aviones teletripulados o RPAs (remotely piloted aircraft) que miden la radiación en distintos perfiles verticales o alturas en la atmósfera. El proyecto de investigación, cuyo acrónimo es ICARO, cuenta con la financiación del Ministerio de Economía, Industria y Competitividad.

La información espectral nos proporciona interesantes datos sobre los factores en la atmósfera que atenúan dicha radiación. Podemos conocer, por ejemplo, la cantidad de gases absorbentes presentes, el tamaño, naturaleza y composición química del aerosol, e incluso el radio de las gotitas de las nubes (los modelos de clima prevén gotas de nubes cada vez más pequeñas). Hasta ahora, los científicos contaban con radiómetros de barrido y de banda ancha para medir la radiación que llega en conjunto y en un intervalo grande, pero que no detecta los comportamientos en ciertas bandas más estrechas. En cuanto a los radiómetros de barrido, son costosos, de gran envergadura y poco manejables, según explican los investigadores.

Utilización de drones

El proyecto ICARO presenta una doble innovación. “Por un lado trabajamos con una nueva tecnología, los espectrómetros basados en arrays de CCD. Estos dispositivos presentan varias ventajas frente a otros equipos de medida de radiación espectral. Permiten obtener espectros de alta resolución, medir simultáneamente todo el espectro, tienen un bajo coste y ofrecen una sencilla instalación y operación”, explica Antonio Serrano, uno de los investigadores principales del estudio. Este fácil manejo permite el uso de estos espectrómetros CCD en aviones teletripulados o drones, y es aquí donde radica la segunda innovación, de acuerdo con el equipo de científicos.

Gracias al uso de drones, los investigadores pueden medir la radiación solar en distintos perfiles verticales ascendentes y descendentes en la atmósfera hasta los 5.000 metros de altura. Observar el perfil vertical es muy importante para comprender el efecto sobre la radiación de nubes, aerosoles y gases absorbentes atmosféricos.  “Disponemos de información sobre los niveles de radiación a través de instrumentos en la superficie y en los satélites, pero faltan más datos sobre lo que sucede cuando la radiación solar en la atmósfera atraviesa una capa de aerosol o una nube, por ejemplo. Hasta ahora, solo hay modelos interpretativos o campañas muy localizadas”, matiza José Manuel Vilaplana del Observatorio Atmosférico “El Arenosillo” en Huelva.

El objetivo del proyecto ICARO es identificar las fuentes de error y de incertidumbre de estos dispositivos CCD. Es decir, cómo resolver las distintas cuestiones a la hora de medir el espectro solar con distintos rangos, según declara el equipo de investigadores. La comunidad científica internacional está interesada en la calibración y desarrollo de estos espectros radiómetros CCD, cuyas ventajas de coste, fácil manejabilidad y capacidad de medición de perfiles verticales de la radiación solar espectral los convierten en prometedores candidatos para sustituir a los dispositivos de banda ancha en el futuro.

Proyecto ICARO

El  proyecto de investigación “Vuelos teletripulados y espectrorradiómetros CCD: Tecnología de vanguardia para la medida en superficie y perfiles verticales de radiación solar” está subvencionado por el Ministerio de Economía, Industria y Competitividad (CGL2014-56255-C2). Se trata de un proyecto coordinado de la Universidad de Extremadura (UEx) con el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA) perteneciente al Ministerio de Defensa. Está constituido por dos subproyectos, el correspondiente a la UEx, en el que participan investigadores de los Departamentos de Física (Grupo de Investigación AIRE) y Matemáticas y cuyos investigadores principales son los profesores Antonio Serrano Pérez y Manuel Antón Martínez. El subproyecto INTA tiene como IP a  José Manuel  Vilaplana Guerrero, del Área de Investigación e Instrumentación Atmosférica, en el Observatorio Atmosférico El Arenosillo, en Huelva.

Este proyecto del Plan Nacional de I+D+I orientado a los Retos de la sociedad cuenta con financiación hasta finales de 2018, y está previsto que la línea de investigación continúe en sucesivos proyectos de investigación, nacionales e internacionales, dentro de la fructífera colaboración que la Universidad de Extremadura viene desarrollando con el INTA desde el año 2000 en materia de radiación solar.