Mejorar la seguridad y eficacia de los vuelos con drones en las regiones polares

Científicos utilizan contadores de aerosoles para detectar la presencia de nubes durante los vuelos

Recopilar datos meteorológicos precisos en entornos remotos y desafiantes como las regiones polares y las montañas puede resultar extremadamente difícil. Estas áreas a menudo carecen de la infraestructura y los recursos necesarios para las estaciones meteorológicas tradicionales, y las duras condiciones climáticas pueden hacer que sea peligroso para los humanos acceder y mantener estas estaciones.

Los drones pueden navegar por estos desafiantes terrenos, recopilar datos y transmitirlos a los investigadores, lo que los convierte en una herramienta indispensable para abordar estas lagunas de datos. Desafortunadamente, los vuelos dentro de las nubes todavía representan un desafío, ya que la formación de hielo proveniente de las gotas de las nubes sobreenfriadas puede dañar componentes vitales de los drones y dejarlos inoperables.

Para solucionar este problema, los Dres. Jun Inoue y Kazutoshi Sato del Instituto Nacional de Investigación Polar de Japón se unieron para idear una creativa solución: Integraron contadores de aerosoles a bordo en un grupo de drones utilizados durante la Expedición de Investigación Antártica Japonesa de 2022/2023.

Los científicos utilizaron contadores de aerosoles, que normalmente se utilizan para medir la concentración de partículas en el aire, para detectar la presencia de nubes durante los vuelos de drones.

"En las condiciones habituales de nuestra expedición, normalmente observamos concentraciones de menos de mil partículas por litro", explicó el Dr. Jun Inoue. "Sin embargo, cuando nos encontramos con condiciones de formación de hielo, vemos concentraciones de 5.000 partículas por litro o incluso más". Este cambio permite a los drones detectar y responder rápidamente en tiempo real a condiciones peligrosas.

Imagen: Un contador de aerosoles a bordo puede identificar condiciones de formación de hielo durante los vuelos de drones, permitiéndoles adaptarse y responder en estos entornos extremos. Crédito: Jun Inoue del Instituto Nacional de Investigación Polar, Japón

Durante el perfilado vertical meteorológico, que implica la información de las condiciones atmosféricas a diferentes altitudes, los drones no necesitan viajar muy horizontalmente, lo que facilita decidir cuándo descender en condiciones de formación de hielo. El contador de aerosoles desempeña un papel fundamental en este escenario, ya que permite a los operadores de drones tomar decisiones informadas con prontitud.

Para confirmar aún más la confiabilidad de este método, los científicos compararon las observaciones de los contadores con los datos recopilados de un ceilómetro lidar a bordo. El ceilómetro proporciona información crítica sobre las propiedades de las nubes, como su altura y si están compuestas de agua o hielo.

Los autores examinaron el coeficiente de retrodispersión atenuado, que indica cómo rebota la luz en las nubes, y pudieron establecer una conexión clara entre el aumento del recuento de partículas detectado por el contador de aerosoles basado en 47 vuelos dentro de las nubes y la presencia de nubes líquidas sobreenfriadas.

Imagen: Fotos del dron utilizado en este estudio. (a) durante el vuelo, (b) antes del vuelo, (c) la vista superior con hielo en las palas (Vuelo-130) y (d) la vista inferior.

Los contadores detectan con éxito condiciones de formación de hielo en la mitad de los vuelos entre nubes, que alcanzaron alturas de aproximadamente 1.000 metros sobre el nivel del mar. Esta información ayudó a los drones a evitar volar en condiciones peligrosas de formación de hielo.

Los drones pueden ser una valiosa herramienta para estudiar la atmósfera, especialmente en lugares como las regiones polares, y estos hallazgos pueden mejorar nuestra comprensión de las nubes y el clima.

"Con innovación y colaboración continuas, los drones pueden revolucionar la investigación meteorológica y, en última instancia, beneficiar nuestra comprensión de las nubes, el clima y sus implicaciones más amplias", concluye el Dr. Inoue.

El estudio se publica en Atmospheric Environment: Challenges in Detecting Clouds in Polar Regions Using a Drone with Onboard Low-Cost Particle Counter