Validación del algoritmo de corrección de atenuación del radar SOPHy considerando su impacto en la estimación de intensidad de lluvia

Abstract

El radar meteorológico SOPHy, de banda X (9.345 GHz) instalado en el Observatorio de Sicaya, presenta atenuación significativa durante lluvias intensas. Durante el periodo de estudio (enero-marzo 2025), la polarización vertical no estuvo operativa, por lo que la estimación se basó exclusivamente en la reflectividad horizontal (ZH). Ante la ausencia de variables polarimétricas como la fase diferencial específica (KDP), se evaluó un algoritmo de corrección basado en el método de Hitschfeld–Bordan modificado. Para ello, se empleó una calibración local de la relación entre atenuación específica y reflectividad, derivada a partir de observaciones con un disdrómetro. Los resultados microfísicos mostraron que la precipitación está dominada por gotas pequeñas y medianas (Dm≈0.49 mm), con atenuación específica baja en lluvias ligeras y moderadas (<0.3 dB·km⁻¹). La recuperación de señal se evaluó mediante un eco terrestre fijo y series coincidentes radar–disdrómetro obtenidas mediante extracciones puntuales y promedios espaciales de 3×3. En eventos intensos con referencias estables, la corrección redujo el RMSE en más de 3,5–6 dBZ y estabilizó el BIAS desde valores negativos hacia condiciones cercanas a la neutralidad; en presencia de retornos residuales se evidenciaron sobrecorrecciones superiores a 3 dBZ. Las comparaciones con el disdrómetro mostraron cambios mínimos en la reflectividad en lluvias ligeras a moderadas, con alta coherencia entre mediciones, mientras que en eventos más intensos la corrección evidenció mejoras en el RMSE, el sesgo y el índice NSE, aunque con limitaciones asociadas al muestreo del radar. La estimación diaria de precipitación evidenció una mejor concordancia tras el ajuste empírico, con una reducción del RMSE a 1,90-4,03 mm y un aumento de la correspondencia con superficie hasta r=0,91. Parte de las discrepancias en los acumulados diarios podría explicarse por la disponibilidad temporal incompleta de los datos radar y por diferencias en el muestreo espacial.

The SOPHy weather radar, X-band (9.345 GHz) installed at the Sicaya Observatory, presents significant attenuation during intense rainfall. During the study period (January–March 2025), the vertical polarization was not operational, so precipitation estimation was based exclusively on horizontal reflectivity (ZH). In the absence of polarimetric variables such as specific differential phase (KDP), a correction algorithm based on the modified Hitschfeld Bordan method was evaluated. For this purpose, a local calibration of the specific attenuation–reflectivity relationship was employed, derived from disdrometer observations. Microphysical results showed that precipitation is dominated by small and medium drops (Dm ≈ 0.49 mm), with low specific attenuation in light to moderate rainfall (<0.3 dB·km⁻¹). Signal recovery was evaluated using a fixed ground echo and coincident radar–disdrometer time series obtained through point extractions and 3×3 spatial averages. In intense events with stable references, the correction reduced RMSE by more than 3.5–6 dBZ and stabilized the BIAS from negative values toward near-neutral conditions; in the presence of residual returns, overcorrections exceeding 3 dBZ were evidenced. Comparisons with the disdrometer showed minimal changes in reflectivity during light to moderate rainfall, with high coherence between measurements, whereas in more intense events the correction improved RMSE, bias, and the NSE index, although with limitations associated with radar sampling. Daily precipitation estimation showed better agreement after the empirical adjustment, with RMSE reduction to 1.90–4.03 mm and an increase in correspondence with surface measurements up to r = 0.91. Part of the discrepancies in daily accumulated precipitation between radar and surface measurements could be explained by the incomplete temporal availability of radar data and by differences in spatial sampling.