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Trazado de mapas térmicos

Thermal Mapping provides a very detailed map of temperature differences during night time hours
    Descripción

     Descripción

    En una noche típica de invierno, las diferencias de temperatura en una red de carreteras pueden variar hasta en 10 °C/18 °F. En consecuencia, algunas secciones podrían presentar temperaturas bajo cero y otras no.

    El trazado de mapas térmicos es un proceso mediante el cual se mide la variación espacial mínima de la temperatura de la carretera, durante la noche, usando un termómetro infrarrojo de alta resolución. El trazado de mapas térmicos de Vaisala es la única técnica probada y establecida para determinar las relaciones de temperatura superficial que pueden producirse en una red de carreteras. Es una técnica que ha sido utilizada en todo el mundo para mejorar la información disponible para las autoridades a cargo de las carreteras y para brindar apoyo a quienes realizan los pronósticos. El trazado de mapas térmicos es parte integral del sistema de predicción de hielo, ya que proporciona un mecanismo para extender la información de un sensor en un punto específico a todas las estaciones climatológicas y a una red de carreteras.

    El trazado de mapas térmicos identifica los patrones de variación de la temperatura mediante la medición exacta de temperaturas por sobre la superficie en noches de invierno, a través de secciones predefinidas de una red de carreteras, bajo una serie de condiciones climáticas diferentes. Este patrón y la distribución de las secciones calientes y frías están determinados por factores ambientales locales y las condiciones meteorológicas prevalecientes. La presencia de escarcha o hielo se determina por el equilibrio de energía que una superficie recibe y pierde en relación con la cantidad de humedad disponible. Esto se ve influenciado por la compleja relación entre una serie de factores, entre los cuales se pueden mencionar:

    • Condiciones meteorológicas predominantes.
    • Factor de cielo visible (exposición). Esto será determinado por características como: vegetación, edificios, túneles, etc. Un cielo poco visible muestra las características sobresalientes o próximas a una carretera o pista. Tales características inhiben el enfriamiento durante la noche, y pueden contribuir a que la superficie retenga parte del calor. Un cielo con alta visibilidad se relaciona con un entorno abierto que presenta una temperatura baja en la carretera durante la noche, ya que no hay nada para evitar el enfriamiento de la superficie.
    • Altitud (la temperatura disminuye con la altura). 
    • Proximidad a la costa y a grandes masas de agua.
    • Efecto isla de calor urbana.
    • Cortes, terraplenes, secciones elevadas. Estas son características localizadas que afectan el flujo de energía de la carretera y las pistas en dicho punto.
    • Construcción de la carretera o pista (material de la superficie, por ejemplo, concreto, asfalto, asfalto abierto, y profundidad de la construcción).
    • Volumen de tráfico y flujo.
    La combinación de estos factores genera una huella única de temperatura para cada carretera o pista. Los trazados de mapas térmicos establecen la relación entre estas variables y cómo interactúan bajo diferentes escenarios meteorológicos.

    Los estudios producen huellas térmicas y perfiles de temperatura únicos para cada carretera o pista. Los trazados de mapas térmicos son generados a partir del análisis de las huellas, en conjunto con la información de cada estudio específico de las condiciones meteorológicas. El mapa térmico para cada condición meteorológica identifica el patrón y la magnitud de las variaciones de temperatura de la superficie, diferencias que se indican como categorías de temperatura con códigos de colores.

    Vaisala cuenta con más de 20 años de experiencia en la prestación y el desarrollo de servicios de trazado de mapas térmicos. Los conocimientos de Vaisala se utilizan en una base de clientes internacionales con más de 1.000 usuarios, que operan en una variedad de climas invernales, que incluyen; Europa Occidental, Norteamérica, Japón, Europa del Este, Escandinavia y Nueva Zelanda. El trazado de mapas térmicos es ahora parte de las mejores prácticas de las autoridades a cargo de las carreteras en muchos países del mundo.
    Condiciones meteorológicas

     Condiciones meteorológicas

    En condiciones meteorológicas similares, una carretera o pista presentará un patrón de variación de temperatura de superficie predecible y constante. El grado de variación de temperatura cambiará dependiendo de las condiciones meteorológicas. Para establecer la relación entre los factores ambientales locales y el tiempo predominante, el trazado de mapas térmicos utiliza tres categorías de tiempo para identificar los cambios en la variación de temperatura de la superficie.

    Condiciones meteorológicas extremas:

    Condiciones tranquilas y de cielos despejados, normalmente asociadas con sistemas anticiclónicos (alta presión) o crestas de alta presión entre sistemas ciclónicos (baja presión). La falta de nubes o viento permite que la superficie se enfríe rápidamente en las noches, lo cual puede producir el grado más alto de variación nocturna de temperaturas de superficie en un área.

    Condiciones meteorológicas de humedad

    Asociadas con sistemas ciclónicos (baja presión), nubes totales de bajo nivel con vientos moderados. La capa de nubes actúa como una sábana y refleja la energía de vuelta hacia la superficie en las noches, a la vez que el viento ayuda a mezclar las capas de aire superficial. Esta combinación de factores da como resultado el grado de variación más bajo de temperaturas nocturnas de superficie.

    Condiciones meteorológicas intermedias:

    Estas surgen a partir de distintas características meteorológicas tales como crestas transitorias o aproximaciones de sistemas frontales comúnmente asociados con niveles de nubes medios o altos y vientos moderados. Las variaciones de temperatura de superficie son más elevadas que en condiciones de humedad, pero no tan altas como en condiciones extremas.

    Idealmente, las mediciones de trazado de mapas térmicos deberían llevarse a cabo en las tres condiciones meteorológicas. Sin embargo, se pueden utilizar casos extremos o intermedios para la ubicación de estaciones meteorológicas o para la optimización de ruta, de acuerdo a la situación local.

    Datos operacionales

     Datos operacionales

    • Los estudios para el trazado de mapas térmicos de Vaisala los realiza una flota de vehículos equipados con un termómetro infrarrojo de alta resolución que está conectado a un registrador de datos GPS automático.
    • Estos estudios se realizan normalmente desde las 23:00 horas hasta el amanecer, durante los meses de noviembre a abril (en el hemisferio norte).
    • Se llevan a cabo a velocidades normales en carretera, lo que permite realizarlos en distintos tipos de redes y entornos: urbano, rural, autopistas y aeropuertos.
    • Las mediciones se hacen normalmente con un intervalo de cinco metros.  Es posible cambiar la resolución de la recopilación de datos en función de los requisitos de la red.
    • Durante los estudios, se efectúan observaciones detalladas de las condiciones meteorológicas existentes y del estado de la superficie en la carretera.
    • En tramos de doble calzada, los estudios se llevan a cabo normalmente por el carril interior.  Sin embargo, si existen tres carriles o más, los estudios se realizan en el carril central.
    • Como parte de la planificación de los estudios para el trazado de mapas térmicos, la red de carreteras o autopistas se divide en secciones de 30 a 50 km, más pequeñas y manejables.  Estas secciones, denominadas rutas, permiten evaluar las condiciones meteorológicas durante todo el estudio.  El área que un vehículo puede cubrir en una noche de estudio se denomina sector. Por tanto, cada sector se compone de una serie de rutas.
    • Los sectores y las rutas siempre siguen un orden ya establecido, y está previsto que incorporen una serie de secciones superpuestas.  Las superposiciones permiten comparar todos los datos y relacionarlos entre sí (es decir, como un solo estudio).
    • A partir de los datos recopilados se generan mapas térmicos. Estos representan la variación espacial mínima de la temperatura de la superficie de la carretera bajo distintas condiciones climáticas, diferencias que se indican como categorías de temperatura con códigos de colores.
    • Es posible generar versiones impresas de los mapas térmicos o bien en formato de imagen electrónica. Los mapas térmicos se crean en un ambiente SIG, con referencias geográficas, y pueden exportarse para incluirlos en plataformas SIG.
    • Como parte de un continuo programa de investigación y desarrollo, Vaisala sigue avanzando en el proceso de trazado de mapas térmicos.  Una parte clave de esto son las pruebas y exámenes regulares de la repetibilidad y exactitud del trazado de mapas térmicos, cuyos resultados son avalados en revistas científicas internacionales. 
    • Vaisala ha establecido procedimientos estadísticos para validar la calidad de los datos y cuantificar la similitud entre los patrones de temperatura recogidos en diferentes estudios de trazados de mapas térmicos.  Estos procesos demuestran que el trazado de mapas térmicos de Vaisala es confiable y que las variaciones de temperatura en un camino siempre pueden reproducirse en condiciones climáticas similares.
    Beneficios clave

     Beneficios clave

    • Identificación de secciones potencialmente peligrosas.  El trazado de mapas térmicos muestra la relación de temperaturas a través de una red completa, e identifica aquellas secciones en el camino que tienen la probabilidad más alta de congelarse primero.  Esta información puede no ser aparente al utilizar solo estaciones meteorológicas para carreteras.
    • Permite utilizar estrategias anticongelantes selectivas. El trazado de mapas térmicos puede identificar y permitir que sean enfocadas aquellas áreas que necesitan tratamiento, además de proveer información clave para la optimización de ruta.
    • Identifica las mejores ubicaciones y el número necesario de estaciones meteorológicas para carreteras.   El trazado de mapas térmicos identifica aquellas secciones de la carretera con características térmicas estables que mejor representan una red o un dominio climático, lo que ayuda a localizar las mejores ubicaciones para estaciones meteorológicas.
    • Extiende la predicción de hielo de estaciones meteorológicas específicas a una red entera de carreteras.  El trazado de mapas térmicos permite el suministro de mapas térmicos de pronósticos en un sistema de predicción de hielo.   Los mapas térmicos ofrecen información acerca de la relación de temperaturas de superficie de carreteras entre distintas estaciones meteorológicas, además de permitir la extrapolación de las temperaturas mínimas a través de toda la red.
    • Ofrecen información cuantitativa de referencia.

    La utilidad del trazado de mapas térmicos como herramienta para ayudar en la toma de decisiones se ve maximizada cuando se usa en conjunto con el sistema de predicción de hielo de Vaisala.  La información de pronósticos proveniente de estaciones meteorológicas para carreteras específicas puede extenderse para su uso en todas las carreteras de una red por medio del trazado de mapas térmicos.

    El trazado de mapas térmicos es una parte fundamental del sistema de predicción de hielo de Vaisala, que brinda a sus usuarios mapas de pronóstico de temperaturas mínimas a través de toda una red.  El trazado de mapas térmicos también resulta invaluable al considerar el lugar de instalación de las estaciones meteorológicas.  Si las estaciones meteorológicas están ubicadas solo en las secciones más heladas de una red, puede que las estrategias de mantenimiento en invierno sean de carácter pesimista.  Esto puede dar como resultado operaciones innecesarias de tratamiento y gastos elevados.