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El capitulo 4 cubre el tema de los errores que ocurren durante las observaciones de globo piloto. Se tratará la importancia de conocer los tipos de errores, luego se entrará en detalle en la descripción de errores de observación y de procesamiento, cómo detectar los errores usando el CORRIGE y luego como corregir los errores especificos. Se ha incluido una sección amplia de ejemplos que nos ayudaran a entender el proceso de corregir estos errores .
4.1 Importancia de conocer todos los tipos de posibles errores.
Para poder corregir un error, es necesario saber primero como ocurrió. El proceso de recopilar los datos es largo y se expone a diferentes fuentes de error. Hasta cuando los datos son finalmente archivados en la computadora se puede haber perdido su calidad por una gran suma de diversas clases de errores. Para contar con una buena base de datos, estos necesitan ser limpiados pasando por procedimientos de control de calidad. Por ello es importante conocer todas las posibles Fuentes de error, entender cuales pueden ser corregidos, como corregirlos y finalmente corregirlos .
4.2 Errores de observación.
Este es el grupo más amplio de los errores posibles que pueden ocurrir durante el proceso de recopilar los datos de los globos piloto. No todos ellos pueden ser corregidos utilizando el CORRIGE. En algunos casos será necesario utilizar fórmulas y programas u hojas de cálculo. En otras ocasiones no habrá manera de corregir el sondeo .
Los errores de observación ocurren durante el proceso de toma de datos, y por lo general son frecuentes cuando los observadores aún no han adquirido experiencia suficiente. Estos errores tienden para estar relacionados principalmente con una mala lectura del observador, pero también debido a otras causas tales como una pérdida de ajuste en el teodolito, falta de precisión, o un mala instalación del equipo. Esta sección discutirá los tipos más comunes de errores de observación comenzando con los más frecuentes. Aunque algunos ejemplos son incluidos, la mayoría de ellos se presentan en la sección 4.5 de este tutorial .
4.2.1.
Errores obvios.
En este tutorial llamamos como errores obvios a aquellos que son errores de observación en la parte entera de un ángulo. Estos errores son fáciles de detectar con el CORRIGE y también fáciles de corregir. Algunos errores obvios son errores de 1, 10, 100, 200 y hasta 300 grados .
El error más frecuente es probablemente el error de 1 grado. Ocurre cuando el observador lee equivocadamente en 1° el ángulo. Esto tiende a suceder cuando los decimales están entre el 0.8 y 0.0, especialmente si el tambor de calibración no esta bien alineado (este debería de leer exactamente cero cuando la marca en la escala del acimut corresponde exactamente con el grado de graduación en esta escala). El observador se puede confundir cuando lee los decimales, y así cometer un grado de error. Este error se hace obvio cuando se ven los datos con el CORRIGE y son fáciles de corregir. Un ejemplo se puede observar en la Figura 15 .
Figure 15. Angle read off by 1°.
4.2.2. Escala leida en orden inverso.
Este error es también común en la mayoría de observadores con poca experiencia y se produce cuando el observador confunde el sentido de las escalas. Produce errores de 2°, 4°, 6°, 8°, etc. A veces el error puede ser mayor a 18°, pero esto no ocurre frecuentemente .
La confusión ocurre por dos razones. La primera es que la escala del ángulo de elevación se incrementa hacia la derecha (en cualquier escala convencional del hemisferio oeste), mientras que la escala del azimut se incrementa hacia la izquierda. La segunda razón es cuando el observador lee los ángulos de la escala solo encuentra un valor numérico visible y muchas marcar pequeñas y esto hace que sea mas difícil su lectura que si pudiese observar dos valores numéricos y seguir la tendencia. Esto es ilustrado en la Figura 16 .
Algunos ejemplos incluyen leer 41° en vez de 39°, 231.5° en vez de 228.5° o 347° en vez de 353°. Puede notar que el valor correcto es un espejo del error con respecto al múltiplo de 10 mas cercano. Analizando los mismos ejemplos, los múltiplos de 10° mas cercanos serian 40°, 230° y 350° respectivamente. Ver la Figura 17 .
4.2.3. El globo pasa por el centro del cielo.
Este error puede ser común en algunos lugares donde la circulación persistente del viento hace que el globo pase muy cerca del centro el cielo, esto, exactamente encima del teodolito. Durante la observación, lo más apropiado es rotar el teodolito 180° para evitar que el ángulo sea mayor a 90°, lo cual no es real. A veces, cuando ocurre esta situación, y el observador no tiene tiempo suficiente de rotar el teodolito, pude continuar leyendo los ángulos mayores a 90°, estos luego serán corregidos. En la sección de ejemplos se muestran algunos casos .
El CORRIGE no acepta ángulos de elevación mayores a 90° y los convierte a 90°, esto nos generara un error ya que no graficará los datos correctamente. El CORRIGE no nos ayudara con este tipo de error y por ello deben ser modificados antes de usar el programa a través de formulas .
Se muestra el procedimiento a seguir para corregir estos errores. Primero hay que detectar el sector del sondeo que contiene los ángulos errados (mayores a 90°). Luego se debe de aplicar la siguiente ecuación para los ángulos de elevación :
Elevacion
final = 180° - Elevacion actual
Y
la siguiente ecuacion para los angulos azimutales:
Azimut
nuevo = 180° + Azimut actual
Si
de algun Nuevo valor del angulo azimutal exede los 360° se debe
de aplicar la siguiente formula:
Azimut
final = Azimut actual - 360°
Cuando
el archivo es corregido, se debe de corer el CORRIGE para corregir
otros posibles errores.
4.3
Errores de procesamiento.
Los errores de procesamiento ocurren cuando al digitar los datos cometemos algún error. Estos son menos comunes que los cometidos en la observación y todos ellos pueden ser corregidos con el CORRIGE, a diferencia de los errores de observación que en algunos casos no pueden ser corregidos usando este programa .
4.3.1. Errores de 10 grados.
Este es un error algo común, pero son fáciles de corregir con el programa. Ocurre mas frecuentemente como un error de procesamiento pero también puede ocurrir como un error de observación. Sucede cuando al digitalizar los datos no se escucha o lee bien el dato. Lo mismo se aplica con aquellos errores de cien, doscientos o trescientos grados .
4.4 Buscando errors con CORRIGE.
Es muy probable que los archivos de entrada del CORRIGE contengan errores de observación y de procesamiento. Hay dos maneras de empezar a buscar errores. La primera es a través de las curvas del ángulo acimutal y la de elevación, la otra es a través de los perfiles de viento. Es más fácil comenzar las correcciones utilizando las curvas de ángulos, particularmente cuando los errores son obvios. Puede utilizarse posteriormente los perfiles de viento para apoyarse .
4.4.1.
Detectando errores con las curvas de elevación y del acimut.
La manera más simple de comenzar a detectar errores es utilizando las curvas de elevación y del acimut. Recomendamos, sin embargo, siempre revisar los perfiles de viento ya que se han desarrollado algunos criterios que hacen más confiable la corrección de errores a través de los vientos.
La figura 16 muestra claramente un error en el minuto 7 cuando el ángulo acimutal salta desde un valor de 140° hasta un valor de 150° y luego nuevamente a 140°. Este es un error de 10 grados. Este tipo de error es bastante fácil de reconocer y también de corregir incluso sin necesidad de hacer un acercamiento en el.
Figura
16. Error de 10 grados.
Muchos errores son de magnitud menor y el uso de la ventana de acercamiento o zoom-in se vuelve de mucha ayuda. Este es el caso, por ejemplo, de los errores de 1 grado que son bastante comunes.
En algunas ocasiones ocurren varios errores de un grado en un mismo perfil. Cuando estos errores ocurren con mucha frecuencia y poca distancia entre ellos el usuario puede confundirse. En este caso la recomendación es usar el perfil de viento como una guía para decidir que observaciones son incorrectas y cuales son las correctas. Un buen sondeo genera un perfil de viento con cambios suaves en la velocidad y dirección del viento.
Algunas situaciones legitimas en las que las curvas de los ángulos pueden aparecer muy abruptas se describen a continuación. Una situación común es cuando el globo cruza el norte geográfico. El cruce del norte implica un cambio en el ángulo acimutal de 359° a 0°. La única manera en la que CORRIGE puede graficar este error es generando un salto abrupto en la curva del ángulo acimutal que a primera vista puede dar la impresión de ser un error. Este tipo de situación es fácil de identificar con la práctica .
Para identificar si el salto es correcto o no, es importante observar el comportamiento de el resto de la curva. El resto del sondeo debe ser consistente con el salto. La mejor manera es visualizar toda la curva como una. Puede luego ayudarse del perfil de viento para verificar que el salto sea real. La figura 17 muestra un caso en el que el salto es correcto. Visualice la primera parte del sondeo localizada encima de la línea de 360° y así el sondeo se volverá coherente .
Figura
17. Cruce del globo a través del norte visto desde el CORRIGE.
Otra situación real en la que los perfiles pueden reflejar saltos abruptos es cuando el globo pasa cerca al centro del cielo. Cuando esto ocurre, el ángulo de elevación alcanza un máximo y el acimutal cambia rápidamente. Cuando el globo cruza exactamente por el centro del cielo el ángulo acimutal llega a girar 180 grados. Normalmente los saltos son menores pero suficientemente grandes como para llamar la atención. La manera de verificar que se trate de esta situación es observando el comportamiento del ángulo de elevación. El salto debe coincidir con un máximo en el ángulo de elevación. Por lo general, para que los saltos sean notorios el ángulo de elevación debe ser generalmente mayor a 70 grados .
Otra situación que puede sugerir la presencia de errores es cuando hay cambios abruptos en la velocidad y dirección del viento asociados a corrientes en chorro de niveles bajos o a otros factores como brisas opuestas al flujo sinóptico. La mejor manera de detectar estos cambios es revisar que ocurran de manera consistente a lo largo del sondeo, o sea, que la velocidad del viento sea mayor (o menor) en al menos tres niveles consecutivos en el sondeo .
Luego de adquirir cierta práctica, será posible identificar con mayor facilidad cuando cambios abruptos se relacionan a errores o son reales. De todas formas siempre puede utilizarse el perfil de viento como una guía para corregir estos errores .
4.4.2.
Usando el perfil de viento para detectar errores.
De vez en cuando las curvas del ángulo acimutal y del de elevación no muestran claramente los errores. Esto puede ocurrir, por ejemplo, cerca de un cambio en la pendiente de la curva o cuando el ángulo de elevación salta desde un valor cercano a 360 hasta un valor cercano a cero o viceversa, como fue descrito en el punto anterior. En algunas situaciones, por lo tanto, será más fácil identificar errores a través del perfil de viento, y si se siguen los criterios basados en la meteorología las correcciones serán más exactas .
Es difícil definir criterios estrictos basados en la meteorología para la necesidad de corregir una observación. Siempre que se use el perfil de viento, la corrección del error debe realizarse con mucho cuidado. Hay casos en los que los errores son tan pequeños que se vuelven casi imposibles de ser detectados a través del perfil de viento, en particular cuando la escala de la variabilidad natural de los fenómenos atmosféricos se vuelve del orden de magnitud de los errores en el perfil de viento .
Algunos de los criterios utilizados en PACS-SONET para a detección de errores en mediciones de globo piloto se describen a continuación. Cuando ocurren cambios de aproximadamente 50 metros por segundo en 1 kilómetro o más es muy probable que se trate de un error. Un criterio más práctico que puede aplicarse en CORRIGE es revisar los datos cuando ocurre un cambio de 5 nudos en la velocidad del viento entre dos niveles. Cuando esto ocurre es probable de que exista un error en las curvas de los ángulos. Cuando la diferencia es de 10 nudos entre dos niveles es casi seguro de que hay un error presente. Si no se está seguro sobre la presencia de errores se recomienda revisar la dirección del viento ya que errores en las curvas de ángulos generan por lo general errores en la velocidad y dirección del viento .
Figura 18.
Errores en el perfil de viento.
La figura 18 muestra presencia de errores en el perfil de viento. En este caso el cambio es de 9 nudos en 217 metros seguido por un cambio de 15 nudos en los siguientes 216 metros, luego un cambio de 21 nudos en los siguientes 217 metros y finalmente un cambio de 14 nudos entre 7008 y 7225 m ASL. En este sondeo hay muchos indicadores de la presencia de errores en las curvas de ángulos. Primero, hay demasiados cambios abruptos en una porción muy pequeña del sondeo. En efecto, hay cambios abruptos en cuatro niveles consecutivos. Segundo, la magnitud de los cambios es del orden de 10 nudos y algunas veces incluso de 20 nudos. El último indicador es de que hay también un cambio abrupto en la dirección del viento. En este caso, hay probablemente al menos dos errores diferentes en las curvas de los ángulos ya que un solo error genera errores en dos puntos del perfil de viento. En este caso hay errores en cuatro puntos. Esto se debe al diseño particular del programa y al hecho de que cada valor angular es utilizado dos veces para determinar la traslación del globo .
Otro criterio que debe ser considerado es que cambios grandes en la dirección del viento suelen ocurrir solamente cuando los vientos son débiles, es decir, cuando la velocidad del viento es una cantidad muy pequeña. Si se observa un cambio en la dirección del viento en cierta capa lo primero que debe hacerse es revisar la velocidad del viento. Si encuentra que los vientos son menores que 3 nudos es muy probable que los datos estén correctos. Si la velocidad del viento es de 5 nudos o más debe considerarse seriamente la posible presencia de errores en las curvas de los ángulos .
4.4.3. Errores evidentes que no se pueden corregir con CORRIGE .
Hay algunos errores evidentes que no pueden corregirse utilizando el corrige. Listaremos los más comunes a continuación .
1. Cuando el ángulo de elevación es mayor que 90°. Este error se manifiesta mostrando una parte plana en la gráfica del ángulo de elevación formada por puntos de color amarillo. Este error, ya descrito en la sección de errores, se debe a que el globo pasa por el centro del cielo y no le da tiempo al observador para girar el teodolito 180 grados. Este error debe corregirse utilizando una hoja de cálculo u otra técnica que permita aplicar las ecuaciones desplegadas en la sección 4.2.3 de este documento.
Angulos de elevación mayores a 90° también pueden ocurrir cuando se invierte el orden de las columnas del ángulo de elevación con el ángulo acimutal. Para invertir las columnas de modo de que queden en una posición correcta puede utilizarse una hoja de cálculo o editor de texto antes de correr el CORRIGE . 2. Cuando se usa una coma en vez de punto la gráfica se ve como una escalera. Esto sucede porque el programa trunca los decimales y todos los valores quedan como enteros. La solución es cambiar las comas por puntos con una hoja de cálculo o editor de texto antes de correr el CORRIGE .
3. Otro error ocurre cuando el ángulo acimutal es mayor a 360 grados (por ejemplo 360.5). CORRIGE no acepta valores iguales o mayores a 360 y la solución que aplica es obtener un valor de acimut mediante interpolación lineal. En este caso el punto interpolado aparece de color amarillo. Este error es posible corregirlo con CORRIGE, pero se recomienda hacer el cambio en el archivo DAT .
4. En algunos casos ocurren errores en la columna del tiempo. Por ejemplo, hay sondeos en los que se ingresó 05 en lugar de 0.5. Este error es muy evidente en CORRIGE pero la no se puede corregir con este programa. Pocas personas advierten este error y si lo detectan no saben como corregirlo .
4.4. Errores sutiles.
La categoría de errores más difíciles de detectar se trata en esta sección. Estos errores no pueden corregirse utilizando CORRIGE y lo peor es que el programa no los detecta. La mejor manera de detectarlos es adquiriendo experiencia. A continuación mencionaremos los errores más comunes de este tipo .
1. El más común ocurre cuando el encabezado tiene menos de dos líneas y el programa no lee el primer dato o los dos primeros datos. En este caso el archivo WIN empieza en el tiempo 1.0 o 1.5 .
2.
Otro error relativamente frecuente es cuando se usa el formato sexagesimal en el tiempo (mm:ss). Este error se puede identificar en CORRIGE si se observa con cuidado la gráfica principal, es decir, la sección del sondeo. El zoom no muestra este error. La mayoria de las veces, sin embargo, pasa desapercibido. En este caso el programa ignora los segundos y en el archivo WIN aparecen valores repetidos en la columna del tiempo: 0.0, 1.0, 1.0, 2.0, 2.0, etc.
4.5. Ejemplos.
En esta sección presentaremos un grupo corto de ejemplos sobre como corregir algunos errores. Debe percatarse de que vamos a discutir como corregir errores específicos en vez de corregir sondeos enteros en cada ejemplo .
4.5.1.
Errores obvios.
Se consideran como obvios a los errores de números enteros. Entre estos errores figuran los errores de 1, 10, 100, 200 y hasta 300 grados. Estos son fáciles de corregir con CORRIGE
La manera más común de proceder es detectando errores en la curva del ángulo acimutal. Los errores más pequeños suelen no ser tan visibles a simple vista. Para ello se utiliza la ventana del zoom-in o acercamiento. La figura 19 muestra la presencia de un error en la observación #7. Este es un error de un grado. Para corregirlo se recomiendo utilizar la flecha hacia abajo .
Figura 19. Error de un grado.
Figura
20. Error corregido utilizando la flecha que apunta hacia abajo.
Luego de corregir todos los errores obvios en el ángulo acimutal procedemos a buscar errores en la curva del ángulo de elevación. Encontramos algunos errores obvios en las observaciones 7 y 8 como puede verse en la figura 21. Para corregir la observación # 7 se le necesita agregar 1 grado y para la 8 se necesita sustraer 1 grado .
Figura
21. Errores en el ángulo de elevación.
La figura 22 muestra el ángulo de elevación luego de las correcciones.
La figura 23 muestra el perfil de viento antes de las correcciones
y la figura 24 después. En este caso el impacto de los errores
ha sido bastante pequeño. El impacto de un error crece con la
altura en el sondeo. Los errores que ocurren en las partes más
bajas tienen impactos de menor magnitud en el perfil de viento
en comparación a los que ocurren en capas superiores.
Figura
22. Errores corregidos en el ángulo de elevación.
Figura
23. Perfil de viento sin corregir.
Figura
24. Perfil de viento corregido.
Ejemplo
2: Error de 1 grado.
La
figura 25 muestra un error de un grado en el perfil de ángulo
de elevación. Este es otro ejemplo simple. Luego de cargar el
archivo no encontramos ninguna observación sospechosa en el perfil
del ángulo acimutal, pero si una en el ángulo de elevación. Este
error debe corregirse sumando 1 grado.
Figura 25. Error de 1 grado en el ángulo de elevación.
Figura
26. Angulo acimutal.
La
figura 27 muestra los perfiles de viento antes y luego de la corrección.
El impacto de esta simple corrección es pequeño pero obvio. Se
manifestó en un pequeño cambio en la dirección y también en la
velocidad de un viento del noroeste de 4 nudos a un viento del
oeste-noroeste de 7 nudos.
Figura
27. Perfiles de viento antes y después de la correción.
Ejemplo
3: Error de dos grados.
La
figura 28 muestra un error de 11 grados localizado en el minuto
23. Es un error obvio tanto así que puede ser detectado sin la
necesidad de hacer un acercamiento.
Figura
28. Pantalla del ángulo acimutal.
La
figura 29 muestra el error tal como aparece en la ventana de acercamiento
o zoom-in cuando se utilizan diferentes resoluciones verticales.
Cuando ocurren errores grandes como este, puede resultar más fácil
utilizar resoluciones verticales menores. En este caso una resolución
de dos grados por marca es óptima para detectar el error.
Figura
29. Escala vertical en zona de acercamiento o zoom-in.
El impacto de este error es grande y se hace muy visible en el
perfil de viento. La figura 30 muestra la curva del ángulo de
elevación en el panel izquierdo y la del ángulo acimutal en el
panel derecho. Aquí puede observarse que no hay ningún error obvio
en la curva del ángulo de elevación así que todos los cambios
en la curva del perfil de viento se deben principalmente a cambios
en el acimut. Puede verse como un error de 11 grados ha generado
un impacto significativo en en perfil de viento.
Figura
30. Angulo de elevación y perfil de viento.
Ejemplo 4: Error de 100 grados.
Este
error es bastante obvio. En este caso el observador se distrajo
y cometió en mismo error en dos observaciones seguidas. Es todavía
un error obvio ya que tiene una magnitud de aproximadamente 100
grados y luego de dos observaciones diferentes la curva vuelve
a seguir una tendencia similar a la curva inicial. El error se
hace incluso más obvio cuando se analiza el perfil de viento.
La figura 31 incluye la curva del ángulo acimutal, el ángulo de
elevación y el perfil de viento. La curva del ángulo de elevación
se incluyó para mostrar que los errores en el perfil de viento
se deben a errores en el ángulo acimutal para este caso particular.
El impacto de este error es muy grande.
Figura 31.
Efectos de un error de 100°.
La figura 32 muestra la curva del ángulo acimutal corregida y
el impacto de las correcciones en el perfil de viento. Los errores
de 140 m/s desaparecieron. El perfil se ha vuelto coherente.
Figura
32. Correción de un error de 100°.
Ejemplo
5. Corrigiendo todos los errores obvios en un perfil.
Este
perfil tiene muchos errores obvios que pueden ser corregidos fácilmente.
La figura 33 muestra errores obvios en el ángulo de elevación
y en el ángulo acimutal, así como sus correcciones.
Figura
33. Corrección de varios errores obvios.
La figura 34 muestra el perfil de viento antes de las correcciones
y la figura 35 luego de las correcciones.
Figura
34. Perfil de viento antes de las correcciones.
Figura
35. Perfil de viento luego de las correcciones.
4.5.5. Globo cruzando el norte.
Una
situación peculiar ocurre cuando el globo piloto cruza el norte
geográfico como ha sido descrito previamente en este documento.
El resultado es un salto de casi 360 grados en la gráfica. Este
salto puede inicialmente parecer un error, pero no lo es. Una
manera de revisar de que el salto sea una situación real es verificando
que las curvas sean suaves a ambos lados del salto. Si esto ocurre,
es muy probable que el salto sea real.
De
todas maneras, para asegurarse de que el salto sea real, es recomendable
revisar el ángulo de elevación y el perfil de viento. La figura
36 muestra un claro ejemplo de un sondeo correcto. Aun habiendo
un gran salto en el ángulo acimutal, el angulo de elevación y
el perfil de viento permanecen coherentes. La figura 37 muestra
la misma situación.
Figura
36. Perfiles cuando un globo cruza el norte.
Figura
37. Globo piloto cruzando el norte.
Ejemplo
2: Error cercano a un salto.
La
figura 38 muestra la curva del ángulo acimutal. En este caso el
globo ha cruzado el norte, lo que es sugerido por el salto desde
casi 340 grados hasta casi cero grados. Puede verse otro salto
a la derecha de este salto grande, sin embargo. Para usuarios
con poca experiencia el encontrar este error puede aparentar ser
una tarea difícil, sin embargo, no lo es. El detalle está en definir
cual es la magnitud exacta del error.
Figura
38. Error en la curva del ángulo acimutal.
Para definir
con mayor exactitud la envergadura de la correción se recomienda
buscar información en el perfil de viento. Antes de hacer esto,
revisamos el ángulo de elevación para ver si hay errores adicionales
que puedan reflejarse en el perfil de viento. La figura 39 muestra
el ángulo de elevación.
Figura 39. Angulo de elevación.
En
este caso la curva del ángulo de elevación aparenta estar correcta.
Cualquier tipo de errores en el perfil de viento pueden relacionarse
a errores en el ángulo acimutal. LA figura 40 muestra el perfil
de viento con un claro error verca a los 3001 m ASL.
Figura 40. Perfil de viento sin correcciones.
Si
tiene experiencia con el CORRIGE, puede dedicar que se trata de
un error de 50 grados. De todas maneras, para que la corrección
sea exacta, puede guiarse del perfil de viento para saber cuantos
grados exactamente deben sumarse al error. LA figura 41 muestra
las correcciones hechas a este perfil. La solución fue sumar 50
grados.
Figura
41. Perfiles antes y después de la correción.
Este
es un buen ejemplo de una situación en la cual la utilización
del perfil de viento facilita significativamente la detección
de errores. Es importante revisar el perfil de viento para asegurarse
que las correcciones sean precisas.
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