Development of Low-Cost instruments for the measurement of atmospheric parameters

Abstract

Las nubes y los aerosoles atmosféricos, tanto de origen natural como antropogénico, poseen una rol importante en el clima debido a su influencia sobre el forzamiento radiativo de la Tierra. Estos elementos poseen complejas interacciones entre sí, lo que ha llevado a paneles internacionales de ciencias atmosféricas a destacarlos como poseedores de incertidumbres clave para la comprensión de los cambios climáticos futuros. Una de los obstáculos que impide el tener mejor certeza en los datos es la baja disponibilidad de instrumentos meteorológicos sobre la superficie de la Tierra que permitan respaldar y complementar las mediciones satelitales. Este trabajo consiste en el desarrollo de los prototipos de un fotómetro solar y de un radar de nubes. Los prototipos están diseñados con el objetivo de mantener bajos los costos de fabricación, con el objetivo de mejorar la disponibilidad de datos para el estudio de la interacción entre aerosoles y nubes. Con el fotómetro solar desarrollado se logró obtener una incertidumbre de 10\% respecto a un instrumento patrón, alcanzando un costo accesible que permitiría el establecimiento de redes de medición a escalas pequeñas. Esto fue posible debido a la utilización de LEDs como sensores monocromáticos de luz visible no ideales (100 [nm] de ancho), y por la inclusión de nuevas consideraciones en la calibración y procesamiento de datos del instrumento. Además, se logra construir una prueba de concepto de radar de nubes de 35 [GHz]. Dicho radar mantuvo su bajo costo en base a la reutilización de componentes de radio telescopio y el uso de radios definidas por software en vez de circuitos de modulación integrados. Con este prototipo se obtuvo una constante de calibración tentativa de $\pm 1$ [dBZ] de incertidumbre , y se realizó un experimento en el que se verifica que existe interacción entre su señal y la presencia de gotas de agua líquida en suspensión. Finalmente, la conclusión incluye sugerencias sobre la forma de abordar proyectos de instrumentación atmosférica de bajo costo, basadas en la experiencia del autor.