Calibración y evaluación de la calidad de los datos
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El funcionamiento de los sensores de los sistemas instalados se ha estudiado a fin de evaluar su confiabilidad y calibración en distintas condiciones atmosféricas. Antes de realizar las pruebas de campo, los sensores fueron calibrados en un ambiente controlado. Las pruebas de calibración de los sensores de temperatura, presión y humedad relativa (HR) indican que en el laboratorio los sensores funcionan dentro de los límites especificados por sus respectivos fabricantes. El pluviómetro basculante registra un error inferior al 5 % para lluvias simuladas de 0.1 a 30 mm/h. Los sensores del anemómetro de tres cazoletas y de la veleta 3D-PAWS fueron probados y calibrados en el túnel de viento del centro de banco de pruebas de la NOAA. Las contemplaron velocidades máximas de 70 m/s. El anemómetro de tres cazoletas funcionó muy bien durante la simulación de «vientos huracanados». La veleta 3D-PAWS se probó bajo el mismo rango de velocidades. Las pruebas indican que las medidas de dirección del viento son coherentes en toda la gama de velocidades.
La evaluación de los sensores en el terreno se llevó a cabo en el campo de pruebas Marshall de NCAR en Boulder (Colorado) y en el centro de pruebas de la NOAA en Sterling (Virginia), ambos en los Estados Unidos. Las observaciones realizadas con los sensores 3D-PAWS se compararon con las de sensores de referencia comerciales calibrados. La tabla 3 describe los sensores de referencia que se utilizaron en la evaluación. Para calcular el error estimado de los sensores 3D-PAWS, las observaciones de dicho sistema se cotejaron con observaciones de referencia a una resolución de 1 min. Se analizaron las observaciones obtenidas durante el período comprendido entre junio de 2016 y marzo de 2017. El período de evaluación varió de acuerdo con los datos disponibles para cada sensor. Se efectuaron comparaciones a fin de identificar cualquier dependencia ambiental de los resultados. Por ejemplo, se hicieron análisis estratificados separando los resultados diurnos/nocturnos y estacionales (p. ej.: estación cálida/fría) de los sensores para evaluar cualquier posible dependencia del error de medición.
Tabla 3: sensores de referencia utilizados en la evaluación.
Temperatura: sensor Campbell Scientific serie 500
Presión: Vaisala PTB101B
Humedad: sensor Campbell Scientific serie 500
Velocidad del viento: anemómetro RM Young 05108
Dirección del viento: anemómetro RM Young 05108
Precipitación: pluviómetro Geonor T-200 de pesaje
Temperatura: higrotermómetro Technical Services Laboratory 1088
Presión: barómetro digital de precisión PDB-1 de Coastal Environmental Systems
Humedad: higrotermómetro Technical Services Laboratory 1088
Velocidad del viento: sensor 425NWS de Vaisala, Inc. que no acumula hielo
Dirección del viento: sensor 425NWS de Vaisala, Inc. que no acumula hielo
Precipitación: pluviómetro de pesaje tipo AWPAG (All Weather Precipitation Accumulation Gauge) de OTT
Se evaluaron las observaciones de temperatura registradas tanto en el campo de pruebas Marshall de NCAR como en el centro de pruebas de la NOAA. Los dos sitios presentaron errores de medición similares. La figura 3 muestra los resultados obtenidos en el campo de pruebas Marshall de NCAR para todas las observaciones, las observaciones diurnas y las observaciones nocturnas. El estudio abarca el período entre junio de 2016 y marzo de 2017. El sistema 3D-PAWS comprende tres sensores de temperatura (BMP180, HTU21D y MCP9808). Los resultados de los tres sensores coinciden bastante bien con los del sensor de referencia calibrado. El error para todas las mediciones es de ±0.57 °C. El error es levemente más alto para las observaciones diurnas y levemente más bajo para las observaciones nocturnas. Este efecto era esperado, ya que se debe al calentamiento de la pantalla protectora causado por la radiación solar durante el día. En general, los sensores de temperatura 3D-PAWS producen buenos resultados en el rango de valores que se observan en Colorado (de -25 °C a 37 °C).
La presión barométrica en la estación se evaluó en ambos sitios de prueba, en los cuales se observaron resultados similares. La figura 4 muestra las observaciones del campo de pruebas Marshall de NCAR como referencia. El sensor de la presión de 3D-PAWS (BMP180) da buenos resultados. El error observado para todas las mediciones realizadas en el período entre junio de 2016 y marzo de 2017 fue de ±0.49 hPa. Cuando las observaciones diurnas y nocturnas se consideran por separado, el error es levemente mayor (±0.53 hPa) durante del día y levemente menor durante la noche (±0.37 hPa). Es probable que esto se deba al mayor calentamiento y a las variaciones de temperatura más grandes que suelen observarse durante el día.
Los sensores de la humedad relativa se evaluaron tanto en el campo de pruebas Marshall de NCAR como en el centro de pruebas de la NOAA (fig. 5). Los sensores observados en los dos sitios demostraron comportamientos similares (a continuación se describen los resultados del campo de pruebas Marshall de NCAR). El panel de la izquierda compara todas las mediciones realizadas en el período entre junio de 2016 y marzo de 2017 con las del sensor de referencia. El error medio del análisis es de ±5.7 %. No obstante, los valores intermedios de humedad relativa (del 20 al 80 %) presentan una dispersión considerable y se nota un sesgo hacia los valores de humedad relativa bajos (<10 %) y altos (>90 %). Las observaciones nocturnas presentan un error levemente menor (±4.87 %) que las mediciones diurnas (±5.98 %). Sin embargo, la forma del diagrama y los errores son casi idénticos. El diagrama muestra algunos comportamientos extraños, ya sea con el sensor de 3D-PAWS o con el de referencia, que probablemente se deban a condensación en el sensor.
También se evaluó la calidad de las observaciones de velocidad y dirección del viento (no se incluyen gráficas de estos resultados). Para la velocidad del viento, se calculó un error de medición de ±0.87 m/s. Las observaciones nocturnas presentaron un error de observación levemente menor que las observaciones diurnas (±0.79 m/s y ±0.94 m/s, respectivamente). Los resultados muestran que el sensor 3D-PAWS concuerda con el sensor de referencia dados los vientos dominantes observados. Se midió un error inferior a ±5 grados.
Las lluvias captadas con el pluviómetro de cubeta basculante 3D-PAWS se compararon con las mediciones del pluviómetro de pesaje del centro de pruebas de la NOAA (fig. 6). El período de comparación abarca desde octubre de 2016 hasta marzo de 2017. El sitio registró ~200 mm de lluvia total. Los dos instrumentos coinciden bastante bien en términos del total acumulado. Se observaron pequeñas diferencias en los eventos de precipitación individuales. Es probable que estas diferencias se puedan atribuir al viento y a errores en la tasa de precipitación.
La tabla 4 resume las características de medición y rendimiento para el período de evaluación. En general, los sensores se comparan bastante bien con los sensores de referencia calibrados. La única excepción es el sensor de humedad relativa, ya que presenta un sesgo hacia niveles altos y bajos de humedad y un error mayor de lo esperado en los niveles medios. Estamos evaluando otro sensor de humedad relativa.
Tabla 4. Resumen de la evaluación de los sensores.
Temperatura (°C)
0.1 °C
±0.4 °C
Presión (hPa)
0.1 hPa
±0.4 hPa
Humedad relativa (%)
1 %
±5.7 %
Velocidad del viento (m/s)
0.1 m/s
±0.8 m/s
Dirección del viento (grados)
1 grado
±5 grados
Lluvia (mm)
0.2 mm
10 %
