Introducción

¿Cómo puede la gestión del espectro radioeléctrico ayudar a mitigar el cambio climático? Esta pregunta está relacionada con el trabajo que lleva a cabo la OMM mediante los sistemas meteorológicos que son implementados en la superficie terrestre y en el espacio por sistemas activos /pasivos. Los diferentes sistemas y servicios de radiocomunicaciones terrestres y espaciales tienen asentados sus espectros respectivos; pero debido a los nuevos problemas originados por el cambio climático es necesario redistribuir y redimensionar los diferentes servicios teniendo en cuenta lo que está sucediendo en la Tierra. La OMM propone a la ITU-R estudiar y quizás modificar las diferentes bandas del espectro que existían hasta ahora. Esto sólo es posible en una discusión mundial en la próxima conferencia mundial del año 2023.

Los sistemas meteorológicos y las telecomunicaciones

Para analizar, prevenir y predecir el tiempo, la moderna meteorología depende del intercambio casi instantáneo de informaciones meteorológicas a lo largo de todo el mundo. El sistema de Vigilancia Meteorológica Mundial (VMM), que es el núcleo de los programas de la OMM y combina los sistemas de observación, las instalaciones de telecomunicaciones y los centros de procesamiento de datos y de predicción en los diferentes estados posee un gran número de estos sistemas. Las redes de observación proporcionadas por los miembros de la OMM forman la columna vertebral del Sistema mundial integrado de sistemas de observación de la OMM (WIGOS) y dependen en gran medida del uso del espectro para la detección y difusión de datos e información. El desarrollo de nuevos servicios de radiocomunicaciones está ejerciendo una presión cada vez mayor sobre las bandas de frecuencia utilizadas con fines meteorológicos. Esto presenta riesgos potenciales de limitar las aplicaciones meteorológicas, pero también oportunidades para mejorar las observaciones.

Sistemas pasivos y activos de teledetección a bordo de vehículos espaciales para actividades meteorológicas. Entre los sistemas de radiocomunicaciones para llevar a cabo actividades meteorológicas se encuentran los Sistemas pasivos y activos de teledetección a bordo de vehículos espaciales y son unos sistemas que les afectan los nuevos servicios como el 5G, HAPS/HIBS, ITM-2020, etc. Se comentarán los sistemas más afectados.

Las propuestas de la OMM a la Conferencia mundial de Radiocomunicaciones del 2023 (WRC-23) sobre la problemática de la compatibilidad espectral con diferentes servicios de Telecomunicación. El Sistema Mundial Integrado de Sistemas de Observación (WIGOS) de la OMM comprende componentes que hacen uso de un gran número de diferentes aplicaciones y servicios de radiocomunicación, algunos de los cuales pueden verse afectados por las decisiones de la Conferencia mundial de Radiocomunicaciones del 2023.

Por ejemplo, la detección espacial de la superficie de la Tierra y la atmósfera tiene una importancia esencial y creciente en la meteorología operativa y de investigación, en particular para mitigar el impacto de los desastres relacionados con el tiempo, el agua y el clima, y ​​en la comprensión científica, el seguimiento y la predicción del cambio climático y sus impactos.

La OMM tiene previsto hacer propuestas al menos en una veintena de ítems relacionados con el espectro y sus posibles efectos en el mundo meteorológico. Algunas serán comentadas.

Este trabajo aporta una visión general de la erupción del volcán de La Palma (Islas Canarias, España) ocurrida entre el 19 de septiembre y el 25 de diciembre de 2021, por medio de la caracterización de los aerosoles volcánicos y la traza de los gases desde una perspectiva sinérgica. En un esfuerzo de colaboración científica sin precedentes, varios grupos de investigación y organizaciones privadas de toda Europa trasladaron instrumentación científica a la zona de la erupción para estudiar de forma coordinada las características de los aerosoles volcánicos, así como la traza de los gases en el momento de ser emitidos a la atmósfera.

Trazadores de perfil vertical de aerosoles (Vaisala CL51, Vaisala CL61, Lufft CHM15k, MPL-4B y el CTA-IFNF ARCADE Raman Lidar), fotómetros solares (CE318-TS, Calitoo, ZEN-RS52), espectrómetro FTIR EM27/SUN, cámaras todo cielo, analizadores in situ (aerosol -SMPS, OPS, aetalómetros, tomadores de muestras-, IMDS, SO2, and O3) y sensores meteorológicos componen la instrumentación desplegada en La Palma durante la erupción en diferentes localizaciones. Está información sobre el terreno se completó utilizando información adicional extraída por otras dos estaciones de la Agencia Española de Meteorología (AEMET) en la vecina isla de Tenerife: Santa Cruz de Tenerife y el Centro de Investigación Atmosférica de alta montaña de Izaña (GAW- Observatorio Izaña), situados a 140 km del volcán.

Estas observaciones complementarias proporcionan rigor al análisis realizado en La Palma, considerando la proximidad al lugar de la erupción y la amplia variedad de técnicas de medida de aerosoles y gas disponible en las dos estaciones citadas. Reconocimientos: Este trabajo ha sido desarrollado dentro del marco de la infraestructura de investigación ACTRIS – Europa.

El 23 de julio de 1972 se puso en órbita el primer satélite Landsat. Este satélite llevaba embarcado un innovador sensor para el estudio de la vegetación: el Multi-Spectral Scanner (MSS). Este sensor se basaba en un dispositivo desarrollado 3 años antes en los Laboratorios Bell: el dispositivo de carga acoplada (CCD). Se iniciaba así la “era digital” en el campo de la observación de la Tierra. A lo largo de este último medio siglo, el seguimiento de la cobertura vegetal ha sido una de las principales aplicaciones de la teledetección espacial.

Hoy día, los productos relacionados con la vegetación, procedentes de los satélites de observación de la Tierra, se encuentran entre los más utilizados. Basados en índices, que se obtienen de las imágenes, proporcionan mediciones clave sobre su productividad, su biodiversidad o su fenología, convirtiéndose en una herramienta indispensable en aplicaciones agrícolas y de gestión de recursos naturales. Gracias a estos satélites es posible una continua monitorización del estado y la salud del medio ambiente. Su importancia ha ido creciendo a lo largo de su medio siglo de vida debido, principalmente, al impacto del cambio climático global sobre los ecosistemas y la vida de las personas. La capacidad que proporcionan las imágenes de disponer, de manera inmediata, de datos históricos sobre la cobertura vegetal es una de las piedras angulares para comprender las amenazas climáticas y mitigar los efectos relacionados.

En estos cincuenta años, las imágenes de la superficie terrestre obtenidas por los satélites han ido mejorando en detalle (resolución espacial), en frecuencia de adquisición (resolución temporal), en regiones del espectro electromagnético (resolución espectral) y en rango dinámico de valores digitales (resolución radiométrica). En la presente comunicación, aprovechamos este cincuentenario para analizar la evolución tecnológica experimentada por los satélites de observación de la Tierra en relación con su aplicación en el seguimiento de la cobertura vegetal.

Que el futuro está en la electrificación de la movilidad es algo que nadie puede negar. Y eso nos enfrenta a una serie de retos relacionados con la infraestructura de carga, no solo desde el punto de vista de las redes de generación y distribución, sino también desde el punto de vista de la infraestructura para los usuarios finales, especialmente cuando nos referimos a flotas de vehículos eléctricos, del tipo que sea, que necesitan disponer de depósitos de carga múltiple y, en ocasiones, distribuidos geográficamente en una ciudad o región. Retos que podemos resumir en:

- Un enfoque sistemático para la transición a una flota eléctrica, con el diseño optimizado del sistema de electrificación de la flota, considerando tanto aspectos técnicos (potencia, periodos de carga) como financieros. Las decisiones tomadas en la fase de planificación tendrán un alto impacto en el rendimiento del sistema. Aspectos como análisis de las rutas y tamaños de baterías, entre otros, se tienen en cuenta para generar una planificación optimizada de la red de recarga.

- Un control activo del proceso de carga en tiempo real, que gestione las potencias requeridas para la carga conviviendo con el resto de “consumidores” de energía del edificio o del depósito de carga. Repasaremos estos conceptos y veremos estrategias y soluciones que den respuesta a estos retos.

Las metodologías actuales de evaluación de olores en estaciones depuradoras de aguas residuales (EDARs) se basan en campañas de mediciones olfatométricas costosas y poco frecuentes que involucran paneles humanos junto con el monitoreo continuo de pocos gases utilizando detectores de gas fijos instalados en la planta. Esto conduce a mediciones de olores con baja resolución temporal y espacial, que no permiten una caracterización precisa de los eventos que provocan la de emisión de olores.

El uso de drones con permite proporcionar medidas de concentración de olor en entornos espacialmente densos y localizar de forma autónoma la fuente de molestias por olores en entornos industriales complejos, tales como las EDAR. El desarrollo de un primer prototipo ha implicado una serie de retos de investigación, a saber: (i) Diseñar un sistema electrónico capaz de predecir la concentración de olores a partir de las lecturas de los sensores en mezclas complejas de gases olorosos y variables en el tiempo utilizando algoritmos de aprendizaje automático, (ii) Integrar la sensórica necesaria en un dron minimizando el impacto negativo que el flujo de aire descendente producido por las hélices del dron pueda tener en las mediciones; y (iii) Desarrollar algoritmos que produzcan mapas 2D de la distribución de los olores promediados en el tiempo, a pesar de la conocida complejidad de la distribución de la concentración en penachos turbulentos.

Ya es conocido el dato de que las personas pasamos más del 90% de nuestro tiempo en el interior de edificios, ya sea por trabajo, ocio o en nuestro propio hogar. Sin embargo, por nuestra naturaleza adaptativa, no somos conscientes de las variables ambientales que nos rodean y que pueden ir dañando paulatinamente nuestra salud si no se lleva una buena gestión. Este es un problema que, con la creciente tendencia a hacer más herméticos los edificios para alcanzar los objetivos de descarbonización europeos, puede agravarse si no se tiene en cuenta una más que necesaria ventilación inteligente.

Es por lo tanto imprescindible, informar al usuario (o a los sistemas de automatización del edificio) de los parámetros de salud aceptados internacionalmente y que sirvan de orientación para que los edificios puedan ser gestionados con garantías de salud para sus ocupantes. Para ello, la sensórica y la comunicación accesible son dos principios básicos que pueden ofrecer soluciones en la captación de datos fiables y una transmisión al usuario de estos sin caer en la sobreinformación innecesaria. Las áreas de interés serían las siguientes: Confort higrotérmico, Calidad del aire y salubridad, Materiales, Calidad y confort acústico, Confort lumínico, Ergonomía, movilidad y accesibilidad, Calidad del agua.

El calentamiento global, asociado principalmente al aumento de los niveles de gases de efecto invernadero en las últimas décadas, es una de las principales preocupaciones internacionales y por ello se han desplegado diferentes redes de seguimiento de las concentraciones atmosféricas de gases de efecto invernadero para la caracterización de sus fuentes y sumideros a escala planetaria.

Las estrategias actuales de observación combinan infraestructuras espaciales y terrestres cada una con marcados puntos débiles y puntos fuertes. Aunque las misiones por satélite han hecho avanzar enormemente nuestra comprensión de los ciclos de CO2, CH4 y otros gases, la existencia de errores sistemáticos hace imprescindible la validación cruzada de los datos mediante mediciones en tierra. En este sentido, varias redes terrestres recogen y archivan actualmente mediciones atmosféricas de alta calidad y relevantes relacionadas con estos gases de efecto invernadero: por ejemplo concentraciones puntuales, isótopos y flujos turbulentos (“Integrated Carbon Observation Suystem“- ICOS); promedio de abundancia en columna (“Total Carbon Comumn Observing Network” - TCCON); y medida de perfiles verticales utilizando globos aerostáticos (AirCore).

Sin embargo, estas redes e infraestructuras de investigación se crearon originalmente para centrarse en las observaciones de gases de efecto invernadero en entornos de fondo y tienen una cobertura geográfica muy dispersa e irregular. Esto, sumado a la escasa resolución espacial y temporal de las infraestructuras basadas en satélites, hace que las zonas altamente pobladas y otros puntos calientes de emisión estén críticamente infra-muestreados.

Desgraciadamente, estas deficiencias de las actuales redes de seguimiento de gases de efecto invernadero son muy difíciles de abordar con las tecnologías tradicionales, que son voluminosas, caras y muy exigentes desde el punto de vista técnico del operador. En este escenario, aparece la necesidad de abordar estas debilidades actuales mediante el desarrollo de una nueva generación de instrumentos que permitan una capacidad de monitorización sin precedentes del CO2, el mayor contribuyente al calentamiento global causado por emisiones de origen antropogénico.

Estos nuevos sensores deben proporcionar una medición precisa de la concentración del gas, no sólo a nivel del suelo sino también en las diferentes capas de la atmósfera, para una caracterización completa de la distribución del CO2. Es muy importante destacar que el diseño de estos instrumentos debe estar dotado también de una importante característica adicional como es la capacidad de determinar la huella isotópica estable del CO2, ya que es el parámetro que permite discernir entre fuentes de CO2 antropogénicas (como la combustión de combustibles fósiles) y naturales.

Además, los sistemas de detección deben estar diseñados para un sencillo despliegue in situ en diferentes áreas de interés estratégico, como en ciudades, proporcionando una cobertura completa de los puntos ciegos más importantes existentes en la actualidad. Así, la nueva generación de sensores podría establecer la base necesaria para orientar las políticas de toma de decisiones en el proceso de transición verde que se avecina.

En esta presentación se analizan tres tecnologías novedosas de interés para el despliegue de redes de vigilancia locales y distribuidas del ciclo de carbono. En primer lugar, el método de Radiometría Heterodina Láser (LHR) permite obtener el perfil vertical (con resolución en altitud) de la concentración de CO2 operando desde la superficie de la Tierra y analizando el efecto en el espectro de la luz solar recibida de los componentes atmosféricos para encontrar con precisión la distribución vertical de la concentración de CO2 en la atmósfera.

En segundo lugar, soluciones basadas en el método de espectroscopia fotoacústica, combinan tamaño reducido, alta sensibilidad y un despliegue de campo sencillo, permitiendo la posibilidad de proporcionar un mapa exacto, y potencialmente libre de huecos, de la concentración de gases a nivel del suelo mediante una red de sensores distribuida.

En tercer lugar, la espectroscopia por doble peine de frecuencias ópticas, como técnica de espectroscopia de absorción de espectro expandido y camino abierto, que actualmente se ha convertido en una alternativa a la espectroscopia por transformada de Fourier (FTIR) para despliegue en campo debido a su diseño compacto y a la ausencia de partes móviles en el diseño óptico del espectrómetro.

Desde el lanzamiento del satélite Sputnik en 1957, se han lanzado toneladas de cohetes al espacio, llegando a generar unas 8.000 toneladas de basura espacial. La basura espacial engloba cualquier pieza, generada por el ser humano, que orbita sin control alrededor de la Tierra. Estos desechos espaciales abarcan desde pequeños tornillos hasta satélites inactivos del tamaño de un automóvil.

El número, la masa y el volumen de estos desechos es cada vez mayor, hasta el punto de que se prevé que la principal fuente de basura espacial sean las colisiones entre los actuales desechos espaciales y los satélites en funcionamiento. Actualmente existe una clara tendencia hacia el uso de satélites de menor tamaño, gracias al importante ahorro económico en términos de fabricación y de costes de lanzamiento con respecto a los satélites convencionales de mayor tamaño.

Al final de la vida útil de un satélite pequeño, este puede desintegrarse por completo de manera natural al reentrar en la atmósfera terrestre, sin generar fragmentos que alcancen la superficie causando daños de consideración. Sin embargo, existen factores que limitan una posible reducción del tamaño de los satélites convencionales.

Los satélites geoestacionarios de alta capacidad, encargados de proporcionar acceso a internet de banda ancha, necesitan llevar a bordo un voluminoso sistema de antenas para proporcionar servicio. Este sistema, formado típicamente por cuatro antenas reflectoras de más de dos metros de diámetro y un centenar de cadenas de alimentación, requiere un elevado volumen de almacenamiento en el satélite.

La sustitución de este sistema de antenas por otro que reduzca a la mitad el número de reflectores y cadenas de alimentación permitirá la fabricación de satélites geoestacionarios de menor tamaño, e incluso con capacidad de operar en múltiples misiones, minimizando el número de satélites geoestacionarios necesarios en órbita.

Las diferencias entre una batería para un vehículo con motor de combustión interna y la batería de un coche eléctrico son muchas: potencia, capacidad, tamaño, peso, coste, funciones que desempeña, etc. La batería de un coche convencional de combustible fósil básicamente sirve para el arranque del motor y para el funcionamiento de algunos servicios como el cierre centralizado, las luces que alumbran la calzada, la iluminación del habitáculo interior y del cuadro de indicaciones situado en el salpicadero.

La batería de un coche eléctrico es un elemento esencial para el movimiento y operación del vehículo y pesa aproximadamente la cuarta parte del peso total del automóvil. Se trata por tanto de un dispositivo que no solo debe funcionar, también hay que mantenerlo en un estado adecuado para que su vida útil sea lo más larga posible.

Por otra parte, la necesidad de ir acortando los tiempos de carga de las baterías obliga al aumento de los niveles de corriente empleados en cada recarga, con lo que entran en juego valores de campo magnético que deben contrastarse con la regulación nacional en esta área. Si bien algunos fabricantes han optado por rebajar las corrientes en la recarga elevando la tensión nominal de las baterías, este punto no ha llegado a normalizarse en la actualidad.