IDEAM - M-GDI-M-M004 Manual para la Operación, Inspección Y Mantenimiento de Estaciones Meteorológicas

MANUAL PARA LA OPERACIÓN, INSPECCION Y

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METEOROLOGICAS

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CONTENIDO

1. OBJETIVO ............................................................................................................... 4

2. ALCANCE ................................................................................................................ 4

3. NORMATIVIDAD ..................................................................................................... 4

4. DEFINICIONES ....................................................................................................... 4

5. DESARROLLO ........................................................................................................ 5

INTRODUCCIÓN ................................ ................................ ................................ ..................... 5 5.1 SISTEMA DE OBSERVACIÓN Y MEDICION METEOROLÓGICA ................................ 6 5.2 INSTRUMENTOS METEOROLÓGICOS ................................ ................................ ....... 8 5.2.1 Instrumentos de lectura directa ................................ ................................ ............... 9 5.2.2 Instrumentos de lectura indirecta ................................ ................................ .......... 10 5.2.3 Requisitos que debe satisfacer instrumental meteorológico ................................ .. 10 5.2.4 Calibración del instrumental ................................ ................................ .................. 10 5.2.5 Patrones de comparación ................................ ................................ ..................... 11 5.2.6 Altura para la Instalación de algunos instrumentos ................................ ............... 12 5.2.7 Errores del instrumento ................................ ................................ ......................... 13 5.2.8 Cuidado general de los instrumentos en la estación ................................ ............. 13 5.2.9 Transporte de instrumentos ................................ ................................ .................. 14 5.3 ESTACIONES METEOROLÓGICAS ................................ ................................ ........... 14 5.3.1 Tipos de estación ................................ ................................ ................................ . 15 5.3.2 Garita meteorologica ................................ ................................ ............................ 18 5.3.3 INSPECCION DE LAS ESTACIONES ................................ ................................ .. 18 5.4 Redes Meteorológicas ................................ ................................ ................................ . 20

5.3.1 Tipos de estación ................................ ................................ ................................ . 15 5.3.2 Garita meteorologica ................................ ................................ ............................ 18 5.3.3 INSPECCION DE LAS ESTACIONES ................................ ................................ .. 18 5.4 Redes Meteorológicas ................................ ................................ ................................ . 20 5.4.1 Tipos de Redes ................................ ................................ ................................ .... 20 5.5 TEMPERATURA DEL AIRE ................................ ................................ ........................ 22 5.5.1 Escalas y unidades de medición ................................ ................................ ........... 22 5.5.2 Métodos de medición ................................ ................................ ............................ 23 5.5.3 Termógrafo ................................ ................................ ................................ ........... 23 5.6 PRESION ATMOSFERICA ................................ ................................ .......................... 24 5.6.1 Tipos de barómetros ................................ ................................ ............................. 24 5.6.2 Barógrafos ................................ ................................ ................................ ............ 25MANUAL PARA LA OPERACIÓN, INSPECCION Y

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5.7 HUMEDAD DEL AIRE ................................ ................................ ................................ . 27 5.7.1 Métodos de medición ................................ ................................ ............................ 27 5.7.2 Instrumentos de medida y registro ................................ ................................ ........ 31 5.7.3 Verificación de la información ................................ ................................ ............... 33 5.8 VIENTO EN SUPERFICIE ................................ ................................ ........................... 35 5.8.1 Anemómetros ................................ ................................ ................................ ....... 35 5.9 PRECIPITACIÓN ................................ ................................ ................................ ......... 39 5.9.1 Métodos de medida y unidades ................................ ................................ ............ 39 5.9.2 Instrumentos de medida ................................ ................................ ....................... 39 5.9.3 Instalación y emplazamiento de instrumental................................ ........................ 42

5.9 PRECIPITACIÓN ................................ ................................ ................................ ......... 39 5.9.1 Métodos de medida y unidades ................................ ................................ ............ 39 5.9.2 Instrumentos de medida ................................ ................................ ....................... 39 5.9.3 Instalación y emplazamiento de instrumental................................ ........................ 42 5.9.4 Fallas y causas de errores en instrumentos de lectura directa y registradores ..... 42 5.9.5 Métodos de observación ................................ ................................ ....................... 44 5.9.6 Verificación de la información ................................ ................................ ............... 44 5.10 RADIACION SOLAR ................................ ................................ ................................ .... 46 5.10.1 Distribución espectral de la radiación solar ................................ ........................... 46 5.10.2 Instrumentos de medida ................................ ................................ ....................... 47 5.10.3 Evaluación de graficas de actinógrafo ................................ ................................ .. 48 5.11 INSOLACIÓN ................................ ................................ ................................ .............. 50 5.11.1 Heliógrafo Campbell-Stokes ................................ ................................ ................. 50 5.11.2 Tipos de gráficas ................................ ................................ ................................ .. 50 5.12 EVAPORACIÓN ................................ ................................ ................................ .......... 52 5.12.1 Instrumentos de medida ................................ ................................ ....................... 52 5.13 ACTIVIDADES ANTES, DURANTE Y DESPUÉS DE UNA INSPECCIÓN ................... 53 5.13.1 Normas que deben ser conocidas para el control de la zona a cargo a ser inspeccionada ................................ ................................ ................................ ..................... 54 5.13.2 Medidas a ser tomadas en la pre -visita de inspección y revisión de las estaCiones meteorológicas ................................ ................................ ................................ ................... 55 5.13.3 Vigilancia y control de la calidad de información de las estaciones de la zona asignada ................................ ................................ ................................ ............................. 55 5.13.4 Acopio de datos, calidad, errores más frecuentes, errores por instrumental, errores sistemáticos, errores humanos o de observación ................................ ............................... 56

asignada ................................ ................................ ................................ ............................. 55 5.13.4 Acopio de datos, calidad, errores más frecuentes, errores por instrumental, errores sistemáticos, errores humanos o de observación ................................ ............................... 56

6. BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................... 58

7. CONTROL DE CAMBIOS ...................................................................................... 59MANUAL PARA LA OPERACIÓN, INSPECCION Y

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LISTA DE TABLAS Tabla 1.Instrumentos meteorológicos instalados de acuerdo al tipo de estación meteorológica 17 Tabla 2.Instrumentos para la medida de la radiación

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1. OBJETIVO Proveer una herramienta teórica para facilitar las actividades de operación , inspección y mantenimiento de la red de estaciones meteorológicas del IDEAM.

2. ALCANCE El presente manual contiene en un lenguaje claro las normas y procedimientos necesarios para realizar las actividades antes, durante y después de las visitas de inspección a las estaciones meteorológicas. Dentro de cada rutina se involucran todas las actividades inherentes a la consecución del objetivo fundamental en el manejo de la red de estaciones: su óptima operación y mantenimiento.

3. NORMATIVIDAD Ver normograma

4. DEFINICIONES

consecución del objetivo fundamental en el manejo de la red de estaciones: su óptima operación y mantenimiento.

3. NORMATIVIDAD Ver normograma

4. DEFINICIONES Ver glosario meteorológicoMANUAL PARA LA OPERACIÓN, INSPECCION Y

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5. DESARROLLO INTRODUCCIÓN El IDEAM, como entidad asesora del gobierno nacional y como responsable por la discipl ina meteorológica en Colombia, produce información sobre la atmósfera, el tiempo y el clima del país.

Para establecer cuál será el estado de la atmósfera en un lugar y en un momento determinado o para describir y explicar el clima de una región, se debe obtener información sobre el comportamiento de las variables meteorológicas. Nuestros sentidos y principalmente la vista, permiten hacer un gran número de observaciones. No obstante, en la mayoría de casos, nuestros sentidos no son suficientes para determinar o medir el fenómeno meteorológico y por lo tanto se recurre a los instrumentos. Dado que en la medición de las variables meteorológicas, las cuales son generalmente variables físicas, conlleva la aplicación de un conjunto de criterios y de normas específicas, se deben tomar en consideración múltiples aspectos de carácter técnico, metodológico y humano, que faciliten este propósito. En este sentido, el presente manual busca facilitar las actividades de operación y mantenimiento de la red de estaciones meteorológicas del IDEAM. Se establecen las normas y procedimientos necesarios para realizar las actividades antes, durante y después de las visitas de inspección a

este propósito. En este sentido, el presente manual busca facilitar las actividades de operación y mantenimiento de la red de estaciones meteorológicas del IDEAM. Se establecen las normas y procedimientos necesarios para realizar las actividades antes, durante y después de las visitas de inspección a las estaciones meteorológicas. Dentro de cada rutina se involucran todas las actividades inherentes a la consecución del objetivo fundamental en el manej o de la red de estaciones: su óptima operación y mantenimiento La parte inicial del manual incorpora una breve exposición sobre algunos conceptos bás icos relativos a la atmósfera. En cuanto a las mediciones de las variables meteorológicas, se presentan siguiendo el orden de la Guía de instrumentos y Métodos de Observación de la Organización Meteorológica Mundial (OMM) No. 8/1996 Dentro de las actividades a realizar durante las visitas de inspección, se incluyen los aspectos inherentes a las variables meteorológicas susceptibles de medición, los instrumentos de medida y registro, así como los procedimientos a seguir en caso de repa ración o calibración de los mismos, en la estación. Gran parte de la información técnica presentada en este manual fue consultada en los manuales y guías sobre instrumentos y métodos de observación editados por la Organización Meteorológica – OMM y el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales - IDEAM, relacionados en la bibliografía.MANUAL PARA LA OPERACIÓN, INSPECCION Y

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5.1 SISTEMA DE OBSERVACIÓN Y MEDICION METEOROLÓGICA

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5.1 SISTEMA DE OBSERVACIÓN Y MEDICION METEOROLÓGICA A continuación, se presentan alguno s conceptos a ser tenidos en cuenta bajo el marco de d el sistema de observación y medición meteorológica: Métodos de observación de fenómenos: La observación del tiempo debe incluir el estado de la atmósfera y de ciertos fenómenos que se producen en la estación o en los alrededores visibles de la misma en el momento de la observación; estos datos se consignan en las casillas anotadas o designadas en la libreta de observaciones, teniendo en cuenta la intensidad y la naturaleza de los referidos fenómenos y sus situaciones de ocurrencia. Errores de observación y apreciación: Los errores en la apreciación de fenómenos meteorológicos pueden darse debidos a la falta de orientación y definición de instrucción sobre cada uno de los fenómenos y además, de la falta de conocimiento e identificación en la que se presentan tales como: su d uración, visibilidad, manifestaciones audibles, distancias, características físicas de ocurrencia y formaciones especiales en el ambiente. Corrección de observación y anotaciones: La corrección sobre observaciones y anotaciones, se deberá tener en cuenta p or parte del inspector de operación y revisión de estaciones en el momento de la visita, con el fin de revisar las anotaciones del observador sobre el particular, y proceder si es necesario, a realizar algunas pruebas sobre las características de ocurrenci a de los diferentes fenómenos más significativos y de mayor posibilidad de ocurrir en la zona (nieblas, tormentas eléctricas, etc.).

proceder si es necesario, a realizar algunas pruebas sobre las características de ocurrenci a de los diferentes fenómenos más significativos y de mayor posibilidad de ocurrir en la zona (nieblas, tormentas eléctricas, etc.).

Verificación de la información: Generalmente la verificación de los fenómenos meteorológicos, van acorde con las presentaciones de los estados de las condiciones del tiempo.

Cuando se realiza el análisis de la información meteorológica con todas sus variables, se observan los cambios y condiciones de tiempo que han trascurrido durante el día en un determinado lugar donde se disponga de una estación meteorológica y donde se hay an observado y tomado correctamente las observaciones pertinentes. Información Meteorológica y Climatológica: Para tener una idea integral del estado de la atmósfera en un momento determinado, es necesario conocer las variables que determinan su ESTADO FIS ICO (Radiación y Brillo Solar, Temperatura, Presión y Humedad), su COMPOSICIÓN QUÍMICA (contenido de Bióxido de carbono, Óxidos de Nitrógeno y Azufre, Ozono, Metano, pH de la lluvia, entre otros) y sus PROCESOS DINAMICOS (Dirección y Velocidad del viento, Evaporación, Precipitación, Nubosidad, Fenómenos atmosféricos, etc.) Elementos susceptibles de observación - Tiempo presente y pasado (ocurrencia de meteoros), Dirección y velocidad del viento, Nubosidad (tipo de nubes y altura de la base), Visibilidad, Temperatura del aire y del suelo (diferentes niveles), Humedad del aire y del suelo (diferentes niveles), Presión atmosférica (Tendencia), Temperaturas extremas (aire, del aire cerca al suelo, en profundidad), Precipitación, Evaporación, Insolación y Radiaci ón, Fenómenos especiales y

niveles), Presión atmosférica (Tendencia), Temperaturas extremas (aire, del aire cerca al suelo, en profundidad), Precipitación, Evaporación, Insolación y Radiaci ón, Fenómenos especiales y

Estado del suelo.MANUAL PARA LA OPERACIÓN, INSPECCION Y

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Uso de las mediciones Meteorológicas - Protección de la navegación aérea, marítima y terrestre, diseño de obras civiles (alcantarillados, presas, etc), sector Hidroenergético, sector Agropecuario (agricultura, ganadería y pesca), prevención y atención de desastres naturales, fines jurídicos, planeación municipal, departamental y nacional, sector Académico, Investigación, programas internacionales de intercambio de datos, programas internacionales de investigación (Estudio Regional del Fenómeno El Niño, ERFEN, etc.) Observadores meteorológicos - Los observadores voluntarios de las estaciones meteorológicas, son todas aquellas personas a quienes se les encomiendan (no siendo funcionarios del IDEAM) las labores de observación y mantenimiento básico de una estación. Ellas han aceptado desempeñar las siguientes actividades:

1. Mantener los instrumentos en buen estado de funcionamiento.

2. Cambiar oportunamente las fajas (gráficas) de los instrumentos registradores y efectuar en ellas las “marcas de tiempo” en los casos establecidos.

3. Efectuar las observaciones meteorológicas con la debida precisión, sin interrupción, en la forma, períodos y horarios establecidos.

en ellas las “marcas de tiempo” en los casos establecidos.

3. Efectuar las observaciones meteorológicas con la debida precisión, sin interrupción, en la forma, períodos y horarios establecidos.

4. Transcribir en forma exacta, clara y completa las observaciones, en los formularios diarios y/o mensuales impresos para tal fin.

5. Codificar y transm itir en forma horaria o diaria (según el caso), la información meteorológica si en la estación o en la cercanía de ella existe el equipo de comunicaciones adecuado.

6. Enviar a las oficinas del IDEAM la información original, recolectada en la estación, dentro de los cinco primeros días de cada mes, o entregarla a la persona encargada de recogerla.

7. Anotar en los formularios cualquier daño que se haya producido en los instrumentos, la fecha en que ha ocurrido y dar aviso oportuno al IDEAM, si es posible.

8. Guardar adecuadamente la papelería y otros elementos de trabajo para evitar su pérdida o deterioro.

Se consideran como observadores regulares, todos aquellos funcionarios del IDEAM o de otras entidades que en virtud de un convenio de trabajo han sido designados p ara operar estaciones meteorológicas. Esta clase de observadores, además de las actividades anteriores, deberán cuidar de la limpieza del jardín meteorológico y en el caso de los funcionarios del IDEAM, hacer los resúmenes mensuales. Horas de lectura de los instrumentos meteorológicos - Se llama hora oficial de observación a la hora fijada por el IDEAM para realizar las observaciones meteorológicas. Para las estaciones Climatológicas las horas oficiales de observación son las 07, 13 y 19 HLC (Hora Legal

a la hora fijada por el IDEAM para realizar las observaciones meteorológicas. Para las estaciones Climatológicas las horas oficiales de observación son las 07, 13 y 19 HLC (Hora Legal Colombiana), es decir, las 7 de la mañana, la 1 de la tarde y las 7 de la noche para la temperatura y la humedad relativa. Para el caso de la precipitación, la evaporación y el recorrido del viento, las lecturas solamente se realizan a las 07 de la mañana. Es absolutamente indispensable que las observaciones meteorológicas sean hechas con puntualidad. Dado que es imposible observarMANUAL PARA LA OPERACIÓN, INSPECCION Y

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todos los elementos simultáneamente, las observaciones deberán realizarse dentro del período de diez (10) minutos anteriores a la hora exacta de observación; únicamente las observaciones de la presión atmosférica deberán ser hechas exactamente a las horas prescritas. Marcas de tiempo - Como la marcha del mecanismo del reloj de los instrumentos registradores es algunas veces irregular y por ello los valores registrados del elemento meteorológico suelen ser distintos de los medidos en los instrumentos de lectura directa, se deben hacer en las fajas las denominadas "marcas de tiempo" que facilitarán su evaluación posterior. Las horas par a efectuar dichas marcas son las 07, 13 y 19 HLC. Se deben hacer inmediatamente después de la lectura efectuada en el instrumento no registrador, moviendo cuidadosamente con un lápiz la palanca portaplumilla unos milímetros hacia arriba. Las marcas no debe n tener una longitud

lectura efectuada en el instrumento no registrador, moviendo cuidadosamente con un lápiz la palanca portaplumilla unos milímetros hacia arriba. Las marcas no debe n tener una longitud superior a 3 milímetros, porque un movimiento mayor de la palanca puede ocasionar graves daños en el instrumento. En los pluviógrafos y anemógrafos no deben hacerse marcas de tiempo; únicamente se revisa, en cada lectura, que estén funcionando correctamente.

Metadatos: Son aquellos datos que se obtienen sobre la forma como se obtienen los datos meteorológicos. Por ejemplo, cambios de instrumental, de observador, mantenimiento y calibración de los instrumentos, novedades de la estación, etc.

Datos de identificación - Determinación de las coordenadas (latitud y Longitud, redondeada al minuto más próximo) mediante un GPS. Determinación de la elevación. Asignación de un código dentro del catálogo nacional de estaciones meteorológicas. Apertu ra de la carpeta con los antecedentes, mapas de acceso, descripción del instrumental, datos del observador, etc. Inscripción en la correspondiente Red específica (Sinóptica, climatológica, de altura, etc.) El Catálogo: Es el instrumento mediante el cual se presenta de forma organizada, la información relacionada con la red estaciones Meteorológicas de Colombia. Básicamente la información está relacionada con el código asignado a las estaciones, el tipo de estación, el nombre de la estación, la cuenca hidrog ráfica a la cual pertenece, el departamento y el municipio donde se haya localizada, las coordenadas geográficas y la elevación respecto al nivel medio del mar, la entidad a la cual corresponde y el área operativa (IDEAM). 5.2 INSTRUMENTOS METEOROLÓGICOS Los instrumentos son una herramienta vital dentro de la actividad meteorológica, que permite

a la cual corresponde y el área operativa (IDEAM). 5.2 INSTRUMENTOS METEOROLÓGICOS Los instrumentos son una herramienta vital dentro de la actividad meteorológica, que permite cuantificar los parámetros meteorológicos bajo normas específicas, facilitando su medición, estudio y comparación. Los elementos que se miden con in strumentos son la radiación solar, la duración de la Insolación, las t emperaturas de agua, aire y suelo, la presión atmosférica, la velocidad y dirección del Viento, la Evaporación, la Humedad del aire, la altura de la base de las nubes y la precipitación.

Instrumentos Patrones : son instrumentos especiales que nos permiten conocer el “ Valor Exacto” de la variable meteorológica. No necesitan otro instrumento para contrastarlos o calibrarlos, pues su exactitud se comprueba por medio de una experiencia en la que interviene la ley física que le dio origen.

Instrumentos Comunes (convencionales): Son aquellos que “No dan el Valor Exacto” de la variable, por lo cual deben ser contrastados y calibrados con los instrumentos patrones, es decir,MANUAL PARA LA OPERACIÓN, INSPECCION Y

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para cada instrumento común debemos determinar el error que él comete. Bloques funcionales de los instrumentos Meteorológicos: Se consideran tres bloques fundamentales: a) El sensor (tanto para instrumentos analógicos como digitales), es la parte funcional del instrumento; una p ropiedad física del sensor varia con los cambios de la variable

Bloques funcionales de los instrumentos Meteorológicos: Se consideran tres bloques fundamentales: a) El sensor (tanto para instrumentos analógicos como digitales), es la parte funcional del instrumento; una p ropiedad física del sensor varia con los cambios de la variable medida, produciendo una “señal”; b) El convertidor de señales, el cual transforma la señal del sensor en una forma apropiada para ser leída o registrada y c) La presentación, a través de la cual es posible ver la señal en una escala (analógica) o en forma numérica (digital), una vez transformada y dispuesta en forma perceptible para el operador humano. Métodos de registro de mayor importancia en Meteorología – a) Tinta sobre papel (plumilla entintada sobre una banda de papel); b) Pluma inscriptora sobre papel encerado (punta afilada sobre una banda de papel encerado) y c) Registro en papel electrosensible (corriente eléctrica por un electrodo puntual sobre papel electrosensible). Tambores regist radores - Las dos combinaciones posibles de estos elementos son las siguientes: a) El mecanismo de relojería va fijo al instrumento (solo gira el tambor). Con este sistema, existe menos riesgo de deteriorar el reloj; b) El mecanismo de relojería va fijo en el interior del tambor (gira con él). La marcha de los relojes debe ser ajustada por medio del regulador para que la velocidad de rotación se ajuste a la graduación horaria de las bandas. Fajas (bandas) de registro - Las líneas que indican el tiempo sobre la banda tienen forma de arco de círculo; la separación de las líneas curvas que aparecen en sentido vertical sobre el diagrama son función de la velocidad de rotación del tambor. Las líneas horizontales representan

arco de círculo; la separación de las líneas curvas que aparecen en sentido vertical sobre el diagrama son función de la velocidad de rotación del tambor. Las líneas horizontales representan los valores del elemento que se mi de y su separación viene determinada por la amplitud del movimiento de la plumilla. 5.2.1 INSTRUMENTOS DE LECTURA DIRECTA Son todos aquellos que no inscriben las mediciones en una faja de papel; por lo general, son más precisos pero cada medición requiere de una lectura.Las mediciones meteorológicas directas se hacen por medio de instrumentos que tienen sus sensores ubicados en el punto de medición. Entre los más convencionales están los termómetros, higrómetros, barómetros, anemómetros, etc. Los instrumentos meteorológicos directos pueden usarse para la medición de variables a cierta distancia del observador, siendo entonces llamados instrumentos meteorológicos de lectura a distancia. Si a la salida de los datos de los instrumentos meteorológicos directos se usa un enlace de radio para su retransmisión al observador, esos instrumentos son llamados instrumentos de telemedida. Todos los instrumentos de medición directa, según la forma en que indican la información, se clasifican en dos categorías: Analógicos y Digitales. El instrumento Analógico da una indicación de la cantidad medida en una forma analógica continua (analógica = salida similar o análoga a la forma de entrada). Un termómetro común es un instrumento analógico típico de medición de temperatura. El valor de la cantidad medida se efectúa con una precisión que depende de la graduación de la escala del indicador. En la práctica se considera que la precisión de lectura está

temperatura. El valor de la cantidad medida se efectúa con una precisión que depende de la graduación de la escala del indicador. En la práctica se considera que la precisión de lectura está limitada a la mitad de una división de la escala. El valor analógi co de la cantidad medida puedeMANUAL PARA LA OPERACIÓN, INSPECCION Y

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ser registrado sobre papel adecuado en forma gráfica, en función del tiempo. El instrumento Digital proporciona una representación del valor de la cantidad medida en una forma numérica discreta. El valor numérico de la variab le medida es indicado sobre una presentación digital. Este valor numérico también puede ser impreso sobre una faja de papel, mediante un dispositivo de impresión digital. 5.2.2 INSTRUMENTOS DE LECTURA INDIRECTA Las mediciones meteorológicas indirectas se efectúa n mediante uso de ondas, sean éstas sónicas o electromagnéticas. Los instrumentos meteorológicos usados, llamados indirectos, generalmente miden a distancia. Ejemplos de instrumentos o sistemas de medición indirecta son: los radares acústicos, los lidares (radares por rayos luminosos), los radiómetros infrarrojos, los radares de impulsos y efecto Doppler. Los instrumentos de medición indirecta abren nuevas perspectivas de perfeccionamiento en las mediciones.

5.2.3 REQUISITOS QUE DEBE SATISFACER INSTRUMENTAL METEOROLÓGICO

1. Exactitud: Se reconoce esta característica en un instrumento cuando su respuesta es compatible con la escala de su patrón de comparación y la respuesta es reproducible.

5.2