Andalucía ensaya antenas GPS de bajo coste para anticipar lluvias intensas y mejorar la predicción meteorológica local

Un equipo de investigación de la Universidad de Jaén ha demostrado que antenas GNSS de bajo coste -sistemas de navegación por satélite como GPS o Galileo- pueden utilizarse como sensores atmosféricos fiables para medir la humedad del aire. El hallazgo, financiado por la Consejería de Universidad, Investigación e Innovación de la Junta de Andalucía, abre la puerta a crear redes más densas de monitorización que permitirían anticipar lluvias torrenciales, analizar periodos de sequía o estudiar cómo cambia la humedad del aire en zonas muy concretas, una información que los sistemas actuales, con estaciones separadas por decenas de kilómetros, no pueden ofrecer con precisión.

La clave está en el procesamiento de las señales que estos dispositivos reciben de los satélites. Según explicó la investigadora María Selmira Garrido Carretero, "hemos comprobado que el procesamiento de las señales registradas por estas antenas también permite calcular la cantidad de vapor de agua presente en el aire. Este parámetro está relacionado con la formación de las precipitaciones, ya que el vapor de agua actúa como el 'combustible' de las nubes y las tormentas". Aunque la función principal de las antenas GNSS es calcular posiciones en topografía, cartografía o navegación, las señales que registran contienen datos adicionales que, analizados correctamente, revelan la composición de la atmósfera.

Durante 18 meses, el equipo comparó los datos de dos estaciones instaladas en el campus universitario jiennense: una geodésica de alta precisión de la Red Andaluza de Posicionamiento y otra de bajo coste situada a cinco metros de distancia. El resultado fue concluyente: ambas midieron el vapor de agua con valores prácticamente idénticos. Como señaló María Clara de Lacy Pérez de los Cobos, investigadora de la Universidad CEU San Pablo de Madrid que participa en el proyecto, "los resultados mostraron una coincidencia casi total entre ambos dispositivos. Esto demuestra que los equipos de bajo coste pueden funcionar como sensores atmosféricos fiables".

Cómo funciona la tecnología: del GPS a la humedad atmosférica

Las antenas GNSS captan señales de satélites de navegación que, al atravesar la troposfera -la capa más baja de la atmósfera-, se ralentizan debido al vapor de agua presente en el aire. Midiendo ese retraso con precisión y aplicando modelos matemáticos, los científicos pueden estimar la cantidad de humedad atmosférica en cada punto. De Lacy Pérez de los Cobos lo resumió así: "Aunque la función principal de estas antenas es calcular posiciones, las señales que registran contienen mucha más información. Analizando cómo se ralentizan al atravesar la atmósfera podemos obtener datos sobre la humedad atmosférica".

Esta información resulta fundamental para entender fenómenos meteorológicos, porque el vapor de agua es el combustible que alimenta nubes y tormentas. Cuanto mayor sea la concentración de humedad en una zona, más probabilidades hay de que se desencadene una precipitación intensa. Sin embargo, las redes de estaciones GNSS geodésicas actuales -diseñadas para ingeniería civil, topografía o estudios de deformación del terreno- suelen estar separadas por decenas de kilómetros, lo que impide detectar variaciones locales en áreas pequeñas.

Redes más densas para una predicción más precisa

El uso de antenas económicas permitiría instalar muchas más en distintos puntos del territorio, creando redes que funcionen como pequeñas estaciones meteorológicas distribuidas por toda la región. Garrido Carretero destacó que con esta tecnología "podríamos monitorizar eventos de lluvias extremas o periodos de sequía a escala local con mayor detalle". Esto supondría un salto cualitativo respecto a las predicciones actuales, que a menudo no captan fenómenos muy localizados como tormentas súbitas en una comarca o variaciones de humedad en valles montañosos.

El equipo jiennense ya ha comenzado a desplegar una red experimental denominada JAENet, formada por cinco estaciones GNSS de bajo coste distribuidas en distintos puntos de la provincia de Jaén. El siguiente paso será seguir analizando los datos de esta red para estudiar cómo varía el vapor de agua a lo largo del año y la influencia de factores como la altitud o la distribución geográfica. Esta información resultará útil tanto para mejorar la predicción de lluvias como para estudiar fenómenos climáticos extremos, desde sequías prolongadas hasta tormentas intensas.

Ampliación a Sevilla y otras provincias andaluzas

Las investigadoras planean mejorar la calibración de los dispositivos y estudiar la posibilidad de ampliar este tipo de redes a otras regiones andaluzas. Aunque no hay un calendario definido, la expansión a provincias como Sevilla, con climatología propia y necesidades específicas en materia de alerta temprana ante lluvias torrenciales, figura entre los planes del equipo. La Junta de Andalucía opera actualmente la Red Andaluza de Posicionamiento, una red GNSS de 22 estaciones geodésicas de alta precisión distribuidas por todo el territorio autonómico, principalmente orientadas a servicios de posicionamiento profesional. Sin embargo, la densificación de la red con dispositivos de bajo coste abriría nuevas aplicaciones en el ámbito de la meteorología local.

Perfil de las investigadoras

María Selmira Garrido Carretero es Ingeniera en Geodesia y Cartografía (1999, Universidad de Jaén) y Doctora Ingeniera en la misma especialidad (2011, Universidad de Jaén). Actualmente es Profesora Titular de Universidad y miembro del Grupo de Investigación Microgeodesia Jaén (RNM282). Por su parte, María Clara de Lacy Pérez de los Cobos es Catedrática del área de Ingeniería Cartográfica, Geodésica y Fotogrametría en el Departamento de Matemáticas y Ciencia de Datos de la Universidad CEU San Pablo, donde se incorporó en septiembre de 2022. Es doctora en CC. Matemáticas por la Universidad Complutense de Madrid y en 2020 se convirtió en la primera mujer en conseguir una cátedra de universidad en el área de Ingeniería Cartográfica, Geodésica y Fotogrametría en el sistema universitario español.

Financiación del estudio

El estudio, publicado en la revista Remote Sensing Applications: Society and Environment bajo el título 'GNSS-CORS as water vapor sensors for local atmospheric monitoring: Comparing high-end geodetic-grade and low-cost stations in S Spain', ha sido financiado por la Consejería de Universidad, Investigación e Innovación de la Junta de Andalucía dentro del Plan Andaluz de Investigación, Desarrollo e Innovación (PAIDI2020), con apoyo de fondos europeos FEDER.