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Instrumentos Aerotransportados

El avión de investigación Cheyenne II perteneciente a SOAR es una plataforma para la investigación atmosférica compuesta de instrumentos con capacidad de medir propiedades microfísicas de las nubes in situ y el ambiente termodinámico, documentando la composición de las nubes y diagnosticando procesos físicos. Este avión ha sido especialmente modificado y equipado para la investigación atmosférica con la infraestructura necesaria y el adecuado entrenamiento de las tripulaciones para su operación. Esta aeronave se dedica exclusivamente a la investigación atmosférica, es un laboratorio volante versatil, ofreciendo varias configuraciones científicas, intrumental básico meteorológico, equipo para flujos turbolentos, sensores de microfísica e instrumentos químicos. La operación del avión de SOAR con la configuración requerida, incluyendo el soporte logístico, técnico y científico, es ofrecida a cualquier grupo de investigación.

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El instrumento de de DMT de Imagenes de Nubes (CIP - Cloud Image Probe) es muy similar en el funcionamiento al 2D-OAP desarrollado por PMS. Un haz lineal láser es enfocado sobre una área de muestreo donde la sombra de partículas son ampliadas opticamente. La salida de información esta distribuido en 62 canales, siendo el tamaño mínimo detectable de 12,5 µm y el máximo de 1562,5 µm. Los dos últimos fotodiodos (1 y 64) son rechazados. Este instrumento incorpora un detector de Agua Liquida (LWC).

El instrumento de DMT de Gotas de Nubes (CDP - Cloud Droplet Probe) es similar en funcionamiento al FSSP. El instrumento mide el tamaño y cuenta la gotas individuales que atraviesan el haz láser. Las gotas reflejan el haz y este es enfocado en un divisor de haz, donde se lo direcciona hacia un detector de tamaño y un detector de cantidad. El rango del CDP es fijo, estando la salida distribuida en 30 canales. El tamaño mínimo detectable es de 2µm a 50 µm.  

El Sistema de Medición Meteorológico  Integradado (AIMMS-20 - Aircraft Integrated Meteorological Measurement System) da cada un segundo condiciones de los vientos en tiempo real usando el Filtro Kalman para Procesamiento Digital de Señales (DSP). El instrumento AIMMS-20 posee cuatro componentes: un Probeta para Datos de Aire (ADP - Air Data Probe), un sistema de Posicionamiento Satelital Geoestacionario con portadora de fase como modulo de mediciones, una Unidad de Medicion Inercial y un Modulo de Procesamiento Central (CPM).

EL instrumento Espectrómetro de Aerosoles de Cavidad Pasiva (PCASP SPP-200 - Passive Cavity Aerosol Spectrometer Probe) mide el tamaño y cuenta las partículas presentes en un volumen de aire dado dentro de un rango especificado. El haz láser reflejado por las partículas que es recibido y enfocado en un fotodetector donde es amplificado en tres etapas para cubrir el rango de 0,1 and 3,0µm.

El instrumento de Espectrometría Reflejada hacia Adelante (FSSP SPP-100 -Forrward Scattering Spectrometer Probe)  es también usado para medir partículas en el aire desde 2 a 47µm. Para facilitar el mantenimiento y compatibilidad el instrumento se monta en el pod de 7 pulgadas. Los tubos se pueden colocar paralela o perpendicularmente.

El Contador de DMT de CCN toma muestras de aerosols de afuera del avión para medir su capacidad para actuar como núcleos de condensación. Una muestra de aire es introducida en la parte superior de una camara, dentro de la cual se encuentra aire supersaturado libre de aerosoles. Al circular la muestra de aire a traves de la camara, los CCN se activan al ser expuestos en esta ambiente supersaturado y crecen hasta convertirse en gotas.

Un contador de particulas optico en la base o salida de la camara detecta todos las particulas con diametros mayores a 0,5µm.

 

El corazon del instrumento es la columna cilindrica de 50cm, ya mencionada camara, dentro la cual se provee el medio ambiente necesario para la activacion y el crecimiento de los aerosoles. La columna esta montada verticalmente, ingresando los aerosoles por la parte superior, incrementadose la supersaturacion a medida que decienden. La unidad opera a un unico nivel de supersaturacion. La supersaturacion depende de la diferencia de temperatura entre la parte superior e inferior de la camara como tambien de la velocidad del flujo dentro de la camara. La supersaturacion se puede variar entre un 0,07% y 1,2%. La columna tiene tres zonas de control de temperatura, para controlar rapidamete el cambio del nivel de supersaturacion. Aproximadamente en 30 segundos se logra el cambio de nivel de supersaturacion pero en experiencias de campo realizadas el cambio de un nivel alto (1,2%) a un nivel bajo de supersaturacion (0,07%) puede tardar mas de un minuto, ya que el sistema de control de temperatura es mas eficiente para calentar la camara que para enfriarla. Los datos de salida estan distribuidos en 20 bins, variando el rango de resolucion, desde los 0,75 a los 10um. El tamaño de las partículas es actualizado cada 1 segundo. A una velocidad de muestreo de 60vccm, un máximo de 6000 partículas por centímetro cúbico son contadas con un máximo de coincidencia del 10%..

El Analizador Diferencial de Mobilidad (DMA), induce un campo electrico de magnitud conocida para separar particulas dentro de un rango de mobilidad reducida. El tamaño de las particulas ingresadas al DMA es determinada midiendo la tension aplicada para crear el campo magnetico, dado que las particulas presentan una relacion unica entre la mobilidad electrica y su tamaño. El TDMA son dos DMA en serie, el primer DMA trabaja a tension constante y produce un dispersion (mono) de los aerosoles los cuales son introducidos en un ambiente de alta humedad relativa. Si el aerosol es higroscopico, absorvera agua y crecera, mientras que si el aerosol no exhibe propiedades higroscopicas no crecera. El segundo DMA aplica una tension la cual se escanea continuamente. Dado que los aerosoles van del primer DMA al segundo DMA, el primer DMA determina el tamaño particula y el segundo DMA determina la distribucion de tamaño final, con la informacion de ambos se determina la distribucion de crecimiento higroscopico de los aerosol. La  Universidad de Texas A&M posee y opera el TDMA.

Cloud seeding aircraft /cloud physics aircraft tracking package developed by Amir Rosenfeld and Prof. Daniel Rosenfeld and tested with the SOAR aircraft under the guidance of Duncan Axisa (case shown 31 May 2005). The seeder aircraft is shown in yellow and the research aircraft in green. The blue shading alongside the research aircraft indicates that the research aircraft was in cloud. The red trace on the lower right shows the liquid water content while the green trace shows the SF6 signal.

El Analizador Rastreador Continuo (hexafluoruro de azufre) permite en tiempo real e in-situ medir la concentracion de un gas rastreador. El aire ambiente es mezclado con el hidrogeno e introducido al catalizador donde el oxigeno y el hidrogeno forman agua. El agua es separada del gas con una membrana secadora Nafion counter-current y el gas seco pasa a traves de un detector capturador de electrones (ECD). Un cromografo ECD de gas HP5890 y la electronica asociada al sistema de flujo del analizador. El ECD es de frecuencia variable (pulse rate), s si un electron es capturado la frecuencia se incrementa. El de pulsos es convertido a voltaje, donde la relacion es lineal a la cantidad da material capturado (electrones) en la celda. La salida analogica de 0 a 1 V.

 

El Software Parcel Tracking (PTS) fue desarrollado y testeado para el rastreo de parcelas de nubes. Las capaciadades del PTS son:
1) recibir las coordinadas GPS del avion de siembra volando y mostrar la posicion en tiempo real en la cabina del avion de investigacion,
2) marcar la posicion marcar la posicion del avion de siembra e investigacion y/o un evento, por ejemplo la deteccion de gas SF6 y luego reiteradamete navegar hacia ese punto ya qye se desplaza con los vientos,
3) muestra el Contenido de Agua Liquida (LWC) junto a la marca del avion de investigacion
4) muestra los parametros medidos del avion y presenta informacion de navegacion, de manera amigable y util para el piloto.

 
 
 
 

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