ROHP-PAZ es un experimento polarimétrico de RO GNSS que pretende obtener simultáneamente y sobre la misma zona, perfiles verticales de variables termodinámicas atmosféricas a alta resolución y información sobre precipitación intensa.
Si funciona, las RO polarimétricas se convertirán en la primera técnica capaz de dar estas informaciones complementarias sobre precipitación. Este input es relevante para estudios sobre lluvias fuertes y muy fuertes, que actualmente resultan difíciles de predecir en cualquier escala temporal, porque están mal representadas por los actuales Modelos Generales de Circulación y de Predicción Numérica del Tiempo (GCM y WPM respectivamente, acrónimos en inglés). Dado que es probable que el cambio climático varíe la intensidad y la frecuencia de los fenómenos de precipitación extrema, es de importancia máxima desarrollar herramientas para mejorar nuestro conocimiento de la estructura de estos fenómenos intensos [Wentz et al., 2007, Allan and Soden, 2008].
El experimento ROHP-PAZ hará medidas de Radio Ocultaciones a dos polarizaciones lineales, H y V. Los datos obtenidos de forma separada por los puertos H y V de la antena de RO, y procesados en diferentes canales del receptor IGOR+ se utilizarán de dos maneras:
Se trata de la primera vez que observaciones polarimétricas serán adquiridas por una misión de RO. Las señales GNSS, transmitidas a banda-L y polarización circular a derechas (RHCP, acrónimo en inglés), están generalmente poco afectadas por la cobertura de nubes y la lluvia, también llamadas señales "all-weather" por su capacidad de propagarse a través de cualquier condición de la atmósfera Terrestre.
¿Tratándose pues de señales poco sensibles a lluvia y nubes, cómo pretendemos extraer información de lluvia de los GNSS?
Por un lado, el punto más bajo del radio-enlace de la ocultación (punto llamado tangente) cruza la troposfera de forma tangencial. Tangencialmente quiere decir de forma muy próxima a la dirección horizontal en un sistema de coordenadas local. Por el otro lado, las gotas de lluvia tienden a aplanarse por el efecto de fricción del aire durante la caída, especialmente cuando sus diámetros son próximos a o mayores que ~2 mm, tamaño típico de gotas de lluvia fuerte y muy fuerte. A más intensidad de lluvia, mayor diámetro de sus gotas y mayor aplanamiento sufren. Así, la simetría esférica se rompe, y las dimensiones localmente verticales y horizontales de las gotas ya no son iguales, con lo que pueden afectar de forma diferente las componentes de polarización horizontal y vertical de la señal que viaja a lo largo del plano localmente horizontal.
Este efecto se estima pequeño, puesto que las señales GNSS están en la banda-L del espectro electromagnético, con una longitud de onda electromagnética de unos ~20 cm. Esto representa dos órdenes de magnitud por encima del tamaño de la gota (régimen Rayleigh). A pesar de esto, no es la primera vez que señales a banda-L se han despolarizado por la lluvia: Peters et al. (2008) encontraron despolarización de las señales de telemetría en bajada de GOES (RHCP 1.5 GHz) provocada por la presencia de lluvia fuerte a lo largo del radio-enlace. Además, los radares polarimétricos en banda-S (3 GHz), con longitudes de onda electromagnética de unos ~10 cm (mismo orden de magnitud que las señales a banda-L de GNSS), también utilizan las propiedades polarimétricas de las observaciones "back-scattering" para cuantificar la intensidad de lluvia. Dado que los sistemas GNSS dan medidas muy precisas de la fase portadora, es probable que la señal de lluvia se encuentre en el comportamiento de la fase polarimétrica. De hecho, la fase diferencial específica utilizada en los radares polarimétricos a banda-S ha resultado ser un buen estimador de la intensidad de lluvia, y no está afectada por la atenuación.
Hay un notable número de factores que no están bien caracterizados aún: tales como el nivel de ruido de estos efectos; la separación entre intensidad de lluvia y longitud del camino óptico cruzado dentro de el volumen de precipitación; los efectos del ángulo de orientación de las gotas (la dirección de aplanamiento no siempre es la horizontal); factores instrumentales e ionosféricos; multi-path sobre la misma plataforma satelital receptora; ...
En conclusión, ROHP-PAZ es un experimento para comprobar el concepto, y ver el uso potencial de los efectos polarimétricos para detectar y cuantificar fenómenos de precipitación a lo largo del radio-enlace de ocultaciones.
