Imagen: Mike Olbinski
El Departamento de Transporte de Arizona ha desarrollado un sistema automático de detección de polvo en las autopistas, el primero de su clase, para mantener la seguridad de los ciudadanos en la carretera interestatal durante la temporada de monzones en América del Norte, la época de mayores tormentas que crean condiciones de conducción peligrosas.
Entre Phoenix y Tucson, en Arizona, la carretera interestatal 10 (I-10) atraviesa 160 km de amplio desierto. En un tramo de 16 km entre Eloy y Picacho Peak, el Departamento de Transporte de Arizona (ADOT) ha creado un sistema automatizado de detección de polvo en la carretera que adapta dinámicamente el límite de velocidad aplicable en función de los datos de visibilidad de la carretera.
Incluye una torre de radar Doppler de 6 metros que mejorará la cobertura del Servicio Meteorológico Nacional (NWS) en la zona. El sistema, de 6,5 millones de dólares, se puso en marcha el 15 de junio de 2020, el comienzo de la temporada de monzones, cuando las gigantescas tormentas de polvo atraviesan el desierto.
"Las tormentas de polvo suelen estar relacionadas con las tormentas eléctricas convectivas del monzón norteamericano", explica el meteorólogo principal del NWS de Phoenix, Jaret Rogers. "Al llover, la nube comienza a desplomarse y produce un enorme flujo de viento".
Las ráfagas horizontales de 80 km/h se extienden hacia el exterior, levantando la tierra suelta reseca debido a los meses de sequía. "Los bordes del flujo de aire pueden desplazarse a 160 km, levantando polvo", continúa Rogers. "Al final, eso se convierte en un muro de polvo". A veces, ese muro puede tener 96 km de ancho y elevarse hasta 305 m por encima del desierto. De repente, conducir hacia el sur desde Phoenix parece como conducir en Marte, envuelto por tormentas de polvo que abarcan todo el planeta.
"La visibilidad se reduce y el tráfico se ralentiza", dice el director de mantenimiento de sistemas de ADOT, David Locher. "He tenido problemas para ver el extremo del capó de mi camión". El ADOT aconseja a los automovilistas que se detengan, apaguen las luces y suelten el pedal del freno. "Así, la gente no te seguirá", explica Locher. "Hemos tenido vehículos de uso comercial que se meten en el polvo sin parar y chocan por detrás con vehículos de pasajeros".
Un estudio de incidentes en la I-10 dio el empujón a la detección de polvo. "De unos 80 accidentes en un tramo de 100 millas, 43 se produjeron en un radio de media milla [0,8 km]", comenta Locher. Con el apoyo del gobernador y de los fondos federales FASTLANE, el ADOT se puso a construir su sistema.
El radar meteorológico del sistema está montado en una torre de 6 metros y funciona con 13 sensores en postes junto a la autopista
Soluciones inteligentes
Trece sensores de visibilidad Vaisala PWD10 situados junto a la carretera están colocados a la altura del conductor. "Los aeropuertos utilizan los sensores PWD para aplicaciones que incluyen sistemas de alerta de niebla", dice la gerente de aplicaciones de transporte terrestre de Vaisala, Rose Parisi. "Determinan la visibilidad y el alcance óptico meteorológico midiendo la luz dispersada por las partículas entre dos sensores". A medida que la visibilidad se reduce, un algoritmo disminuye el límite de velocidad exigible que se muestra en las señales LED virtuales.
"El sistema de detección de polvo correlaciona las partículas suspendidas en el aire con una distancia de visibilidad", comenta Locher. "Una vez que la visibilidad cae por debajo de 548 m [1.800 pies], reduce el límite de velocidad de 120 km/h [75 mph] a 56 km/h [35 mph] en incrementos de 16 km/h [10 mph]".
El personal del Centro de Operaciones de Tráfico de Phoenix del ADOT puede verificar la alerta de polvo a través de CCTV; los paneles de mensajes virtuales advierten a los automovilistas que salen de Phoenix y Tucson. "Estamos perfeccionando nuestra capacidad de introducir mensajes automáticamente", dice Locher. "Podemos decir a la gente que hay probabilidad de polvo a 80 km del trayecto, lo que les permite tomar decisiones con conocimiento de causa".
"Lo nuevo no es el hardware, sino la integración en sí", continúa Locher. "Es un sistema totalmente automatizado que no requiere activación o aprobación humana. Si ve que la visibilidad es reducida, reduce automáticamente los límites de velocidad y luego vuelve automáticamente a la normalidad por sí mismo".
El ADOT llevó a cabo una prueba piloto de 30 días antes de comenzar a operar. "Lo hicimos todo en un servidor de pruebas con datos reales procedentes de la carretera", dice Locher. Finalmente, el sistema se puso en marcha. Pero pasaron días, después semanas... y no llegó el polvo para probarlo. "Tuvimos algunas alertas cuando un agricultor estaba arando, pero esos eventos son generalmente de corta duración".
Los focos de polvo adyacentes a la I-10 son en parte el resultado de las prácticas agrícolas del pasado. "Si pasas por Picacho y Eloy hoy no hay nada, pero varios usos han pasado por ahí", dice el distinguido profesor de la Universidad de Arizona Eric Betterton. "En el Oeste, los agricultores pueden acceder a amplias extensiones de terreno por poco o por ningún precio. Antes había huertos de pistachos, que reducían la velocidad del viento. Había cultivos de algodón, con lo que la tierra se regaba y se cultivaba". Si las tierras antes explotadas se abandonan, se convierten en una potente fuente de polvo, al igual que la roca finamente molida de los residuos mineros si no se mantienen húmedos, según las mejores prácticas.
"En última instancia, si se controla la fuente de polvo, todos los demás problemas desaparecen", añade Betterton. Aboga por el control del suelo en paralelo a los esfuerzos de detección y vigilancia. El Departamento de Calidad Medioambiental de Arizona (ADEQ) utilizó esta estrategia más al este, cerca de San Simón, cuando una labor de labranza imprudente provocó muertes en la carretera relacionadas con el polvo.
"ADEQ obligó al agricultor a regar la tierra con agua y luego a aplicar una enmienda al suelo", dice Betterton. "Un fino adhesivo une las partículas del suelo, proporcionando una piel protectora temporal". La siembra de los cultivos y la limitación del acceso a la tierra suprimirían aún más el polvo. "El Estado podría interceder para tratar estas conocidas fuentes de polvo", concluye Betterton.
Detección de tormentas de polvo
La estrecha colaboración con el NWS llevó al ADOT a instalar una torre de radar Doppler de 6 m en la I-10, que complementa la detección de cerca con la capacidad de visualizar tormentas de polvo a 64 km de distancia. Esta torre rellena los espacios en blanco de la cobertura del NWS, antes incompleta, de los radares meteorológicos de Phoenix y Tucson.
"Para la detección de tormentas eléctricas, no hay ningún hueco real", explica Rogers. "Pero las tormentas de polvo se producen cerca del suelo, mientras que los radares examinan hacia arriba con un ángulo. Afortunadamente, el ADOT disponía de recursos para un radar. Es otra herramienta que nos permite captar y caracterizar las tormentas de polvo que pasan por esa zona."
Por lo general, los habitantes de Arizona son conscientes de la existencia de una gran tormenta de polvo en desarrollo. "Hay un despliegue mediático espectacular", dice Rogers. "Envían helicópteros para filmar su llegada". Además, el NWS de Phoenix activa el sistema multicanal de alertas de emergencia de los Estados Unidos, que envía notificaciones push a los teléfonos móviles dentro de un área geográficamente delimitada.
"Tenemos mucha seguridad de que cuando emitimos una advertencia, la gente se la toma en serio", dice Rogers. Sin embargo, el tiempo de espera típico es de una hora como máximo, y el polvo sigue siendo difícil de predecir con certeza en escalas de tiempo más largas. "No hay una forma directa de predecir tormentas de polvo específicas", explica Rogers. "Obviamente, se requiere la presencia potencial de tormentas, y que la resolución de los modelos meteorológicos mejore continuamente. Pero también hay que conocer el estado de los suelos, lo que está más allá de nuestra experiencia como meteorólogos."
No obstante, el NWS de Phoenix ha identificado correctamente los días de mayor riesgo en varios años consecutivos. "Realmente se trata de saber, histórica y climatológicamente, que las tormentas en determinados puntos tienen potencial para levantar polvo", dice Rogers.
"Desde el punto de vista de la observación, nuestra capacidad de definir los suelos aún se puede mejorar".
El polvo sólo se transporta por el aire cuando la velocidad del viento supera el umbral necesario para que se produzca. "Las fuerzas electrostáticas hacen que las partículas pequeñas del suelo se adhieran a las más grandes, pero un viento suficientemente fuerte levanta las partículas de tamaño medio de la superficie", explica Betterton. "Bombardean y despegan las partículas más finas, que quedan suspendidas en el viento".
El polvo no aumenta gradualmente con la velocidad del viento, sino que aparece de repente una vez que se supera un umbral. "Hemos estado en el desierto con un túnel de viento portátil, variando la velocidad del viento para determinar esa velocidad mínima", añade Betterton.
Mejorar la precisión
Si se caracterizaran las fuentes de origen localizadas y se integraran los umbrales de velocidad del viento necesario en los modelos meteorológicos, se podría predecir el polvo con mayor certeza. Pero esa integración no es una tarea sencilla. "La superficie del suelo es realmente importante", dice Betterton. " En caso de que haya llovido en el día de ayer y se haya detenido la producción de polvo, hay que saberlo. Pero eso es pedirle a un modelo, que mira hacia adelante y que hacia atrás en el tiempo y que cambie él mismo en consecuencia".
El sistema de ADOT también cuenta con un transmisor meteorológico WXT536 de Vaisala. "El WXT536 es un sensor multiparamétrico que proporciona observaciones de viento, temperatura, humedad relativa, precipitación y presión barométrica", dice Parisi. "Las mediciones de humedad ayudan a descartar las lecturas falsas de la niebla o la lluvia, ya que una humedad elevada hace improbable el polvo". Los datos sobre tormentas de polvo son difíciles de obtener y el ADOT espera que las mediciones adicionales alimenten futuras investigaciones de la Universidad de Arizona. "Vaisala ha participado en aplicaciones que ajustan dinámicamente los límites de velocidad en función del estado de la carretera, la fricción de la misma, el viento y los datos de precipitación", añade Parisi.
En un estado de extremos contrastados, el ADOT se enfrenta periódicamente a los incendios forestales. "Un incendio se llevó por delante 16 km de barandilla de madera de la autopista", recuerda Locher. "La lluvia en las zonas quemadas provoca entonces inundaciones repentinas, a veces con resultados tristes".
Flagstaff, a tres horas al norte de Phoenix, disfruta de un clima alpino de veranos suaves e inviernos nevados. Aquí, el ADOT adaptará su algoritmo y utilizará diferentes sensores para la seguridad automatizada en las carreteras de montaña heladas. Por ahora, el sistema de ADOT aún no se ha encontrado con una gran tormenta de polvo después de que 2020 resultara ser un año "no monzónico". "La temporada de monzones fue un completo fracaso", dice Locher. "Eso es una bendición, porque causan estragos, pero queríamos uno para probar el sistema".
Hasta ahora, el ADOT sólo ha obtenido elogios, tanto de los habitantes de la zona como de los que atraviesan, lo que es un importante corredor de costa a costa. Las pequeñas polvaredas han reducido en dos ocasiones el límite de velocidad a 56 km/h, y los bucles incorporados han revelado velocidades medias de los conductores de 72 km/h. "Eso está muy bien", dice Locher. "La gente iba más despacio, bien porque respetaba el sistema, bien porque no podía ver".
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By Jack Roper July 14, 2021
