Este manual ha sido diseñado como marco del proyecto South American Low Level Jet EXperiment (SALLJEX) y tiene como objetivo principal servir de apoyo y de guía a las personas encargadas de hacer mediciones en las estaciones de lanzamiento de globo piloto.

El contenido de este manual es básico y se centra principalmente en el procedimiento seguido para hacer un sondeo de globo piloto con un teodolito meteorológico. La idea de estos sondeos es medir el perfil vertical del viento sobre cada estación a una fecha hora determinada para poder realizar análisis tridimensionales del campo de viento.

Cómo medimos el viento? No lo medimos directamente. Lo calculamos en base al cambio en la posición del globo piloto en el tiempo. Lo que medimos es la posición del globo a diferentes tiempos utilizando un teodolito meteorológico. Se espera que este manual sirva de guía para seguir correctamente el procedimiento necesario para operar una estación de globo piloto y obtener datos de viento de buena calidad.

Anticipándonos al contenido del manual, presentamos un esquema de los pasos a seguir para efectuar un sondeo con globo piloto:

LANZAMIENTO Y TOMA DE DATOS

Insumos.

Globo inflado.
Teodolito alistado.
Cronómetro.
Hoja de apuntes y lápiz o lapicero.

Procedimiento

Colocar el globo a sotavento del teodolito pero cerca de él.
Lanzar el globo y hacer correr el cronómetro.
Medir el ángulo acimutal y el vertical cada 30 segundos durante los primeros 8 minutos y posteriormente cada minuto.
Iniciar las lecturas con la mira, posteriormente utilizar la baja magnificación y finalmente la alta magnificación.
Tomar datos hasta perder el globo.

1. EL TEODOLITO METEOROLOGICO

1.1 Descripción breve.

Un teodolito es un instrumento destinado a ubicar un objeto a cierta distancia mediante la medida de ángulos con respecto al horizonte y con respecto a los puntos cardinales. El teodolito meteorológico está diseñado de tal manera que facilita la ubicación de un globo piloto o de radiosonda durante el ascenso. Con la ubicación del globo y la tasa de ascenso puede calcularse la velocidad y dirección del viento.

El ángulo de elevación es el ángulo con respecto al horizonte. Cero grados indica la posición del horizonte y 90° indica la posición del cenit o punto ubicado verticalmente sobre el observador. El ángulo azimutal es el ángulo con respecto al norte geográfico. Este ángulo es igual a cero hacia el norte, 90° hacia el este, 180° hacia el sur y 270° hacia el oeste. Observar la figura 1.

Figura 1. Ubicación de un globo midiendo su ángulo con respecto al horizonte (ángulo de elevación)

y su ángulo con respecto al norte (ángulo azimutal).

El teodolito requiere ser montado en un trípode que es un accesorio aparte. Hacer las mediciones consta en leer el ángulo azimutal y el de elevación con cierta frecuencia desde el lanzamiento del globo hasta que se le pierda de vista. Generalmente esta frecuencia es de 30 segundos durante los primeros 8 minutos luego del lanzamiento, y de 1 minuto posteriormente.

1.2 Partes del teodolito.

1.2.1 Esquema de partes del teodolito.

En la figura 2 a continuación puede encontrarse un gráfico del teodolito a utilizarse en el experimento del SALLJEX y sus partes:

Figura 2. Teodolito meteorológico y sus partes.

1.2.2 Breve descripción de las partes del teodolito observadas en la figura 2.

El teodolito debe ser montado sobre un trípode para su instalación. El trípode no se considera parte del teodolito, es un accesorio separado. Puede conseguirse un trípode arbitrario pero debe tenerse en cuenta que la rosca de la parte inferior del teodolito sea compatible con la rosca del trípode. Existen adaptadores en el caso de que no sean compatibles. La rosca se ubica en la parte inferior de la base del teodolito y no se muestra en la figura 2.

Sobre la base del teodolito pueden ubicarse unos tornillos. Estos son los tornillos que servirán para la nivelación del teodolito. Encima de estos tornillos y debajo del plato (hacia la derecha en la figura 2) puede observarse una llave tipo hélice. Esta sirve para ajustar o aflojar el disco principal o plato del teodolito de modo que se pueda rotar para orientar el teodolito con respecto al norte. El tornillo de ajuste fino para este procedimiento se encuentra al mismo nivel que la llave tipo hélice: debajo del teodolito.

Yendo hacia arriba se observa el plato del teodolito. Dentro del plato se encuentra el círculo horizontal que permite girar el teodolito alrededor de su eje (de manera horizontal) y así poder leer el ángulo acimutal. Sobre el plato (a la mano derecha en la figura 2) se encuentra el vernier para medir el ángulo acimutal. Junto al vernier se encuentra el tornillo del acimut, tornillo que permite girar finamente el círculo horizontal que se encuentra dentro del plato del teodolito.

Sobre el plato pueden distinguirse las los niveles que constan en dos tubos con burbujas. Para que el teodolito esté nivelado las burbujas tienen que estar en el centro del tubo. También existen dos amortiguadores (de color blanco) para evitar que tubo del lente de alta magnificación se golpee con el plato.

Por encima del plato existen dos soportes que sostienen la parte superior del teodolito. El soporte ubicado hacia la derecha en la figura 2 sostiene el círculo vertical. El giro de este círculo permite girar el teodolito verticalmente y medir el ángulo de elevación. El vernier para la lectura del ángulo de elevación no se aprecia en la figura 2, pero debe encontrarse detrás del tubo del objetivo. El tornillo de elevación no se encuentra en este caso junto al vernier vertical y puede observarse en la figura.

El tubo del objetivo se encuentra en el eje de rotación del círculo vertical (prominencia hacia la derecha en la figura 2). En este tubo se encuentran las partes del teodolito que permitirán visualizar el globo. El objetivo se encuentra al extremo del tubo. A través de él debe mirarse para seguir el globo.

El teodolito tiene dos opciones: seguir al globo con la opción de baja magnificación (un ligero acercamiento) y con la opción de alta magnificación (gran acercamiento). El lente de baja magnificación se localiza sobre el tubo del objetivo y puede observarse en la figura 2. El lente de alta magnificación es el tubo grande que se ubica a la izquierda del círculo vertical.

Para hacer la transición entre alta y baja magnificación puede utilizarse la perilla de alta-baja magnificación que se ubica en la parte superior del tubo del objetivo.

Para el enfoque en alta magnificación puede manipularse un tornillo en el tubo del objetivo (no visible en la figura 2). Para el enfoque en baja magnificación puede girarse el objetivo.

Finalmente otra parte importante del teodolito es la mira, que se ubica sobre el lente de alta magnificación. Se utiliza durante los primeros minutos de lanzamiento hasta que el globo ha sido ubicado precisamente mirando por el objetivo.

1.2.3 Iluminación para lanzamientos nocturnos.

El teodolito también tiene la opción de iluminar los vernieres durante la noche. En esta versión del manual no tocamos este punto con detalle ya que no se han hecho pruebas recientes al respecto. Como en el SALLJEX van a realizarse algunos lanzamientos en horas de la noche va a ser necesario tener cierta luminosidad que no sea tan fuerte como para no cegar al observador que debe estar atento a seguir el globo, pero al mismo tiempo que no sea tan débil como para evitar que éste pueda leer los ángulos. Algunas opciones: Puede utilizarse una linterna de iluminación débil o los conocidos “glowsticks” que son unas varillas que brillan en la oscuridad al quebrar el producto químico que llevan en su interior.

1.2.4 Glosario de partes y sus funciones.

Círculo vertical

Posición: Es el objeto en forma circular que se encuentra en un plano perpendicular al plato principal del teodolito. En su interior se encuentra el disco vertical o plato vertical de ángulos, sin embargo el movimiento de ambos es independiente ya que el plato vertical de ángulos está fijo. Propósito: Sirve para girar todo el sistema de lentes del teodolito de manera vertical. Utilización: El círculo vertical no es una parte del teodolito que se manipule directamente, pero puede rotarse de manera vertical ya sea manualmente (cuando el tornillo de elevación se encuentra suelto) o girando el tornillo de elevación (cuando se encuentra ajustado).

Figura 3. Círculo vertical.

Cruces

Posición: Se encuentran dentro del tubo del objetivo, en la parte donde sobresalen cuatro redondelas metálicas. Propósito