El transporte de vapor de agua en la atmósfera terrestre, desde los trópicos a las latitudes medias, muchas veces se organiza en bandas delgadas (de algunos cientos de kilómetros) pero de gran longitud (miles de kilómetros) denominados ríos atmosféricos (RA; Figura 1). Estos “ríos en el cielo” pueden llegar a transportar un flujo de agua (en forma de vapor) comparable con el caudal del río Amazonas. Cuando un río atmosférico es obligado a ascender sobre un frente o zonas montañosas, el vapor se convierte en agua líquida o sólida produciendo precipitaciones (Figura 2). La precipitación debido a los RA puede ser beneficiosa (por ejemplo, contribuyendo a formar el manto nival sobre la cordillera) o peligrosa en casos de gran intensidad, eventualmente, generando inundaciones y aluviones.

Figura 1.Contenido total de vapor de agua en la tropósfera para el 7 de julio de 2019. Esta variable es equivalente a tomar todo el vapor en la columna troposférica y condensarla, por lo que se expresa en milímetros por metro cuadrado. Varios ríos atmosféricos (RA1, RA2… RA6) son evidentes en este día. La imagen es obtenida en base a mediciones satelitales en el rango de las microondas

Figura 2. Esquema de la relación entre un río atmosférico (flecha verde), sistema frontal y precipitación sobre Chile para (a) un caso de fuerte bloqueo orográfico y (b) débil bloqueo orográfico.

Los RA son de particular interés para la meteorología en Chile, pues la presencia de la cordillera de la Costa y sobre todo de los Andes logra -de manera muy efectiva- transformar el vapor en hidrometeoros (gotas o cristales de hielo) y, eventualmente, en precipitación. Entre cinco y quince ríos atmosféricos alcanzan la costa de la zona centro-sur de Chile cada año, generando más del 50 % de la precipitación acumulada anual (Viale et al. 2018; Figura 3). Por otro lado, cerca de la mitad de las tormentas más intensas y dañinas se asocian a los RA, especialmente, cuando estos se elongan en forma zonal (a latitud constante), incidiendo en las montañas en forma casi perpendicular y asociados a condiciones cálidas (Garreaud 2013; Valenzuela & Garreaud 2019).

Figura 3. Promedio histórico del número de días con ríos atmosféricos sobre Sudamérica para invierno y verano. Gentileza de Jorge Eiras.

Objetivos

Cuando el ORA fue instalado en la Universidad de Concepción en otoño del 2022 se plantearon diversos objetivos asociados a preguntas científicas. Luego de tres años de operación y junto a una campaña de observaciones en el invierno del 2023, algunas de estas preguntas han sido respondidas y otras se mantienen abiertas.

¿En qué parte de la tropósfera (baja, media o alta) se produce la mayor parte de los hidrometeoros que dan origen a la precipitación en superficie?
R. Bajo los 2000 metros sobre el nivel del mar (msnm)

¿Qué fracción de la lluvia se origina sobre o bajo el nivel de congelamiento (ice initiated / warm rain)?
R. Pendiente

Considerando la gran escala, ¿Existe una relación sistemática entre la proveniencia de los hidrometeoros (II/WR) y las configuraciones sinópticas o etapas de la tormenta?
R. Si existe tal relación. De particular relevancia es la orientación del RA, siendo sus extremo la orientación zona o meridional. Esto se describe en detalle en este trabajo.

De manera similar, pero considerando la escala local, ¿la proveniencia de los hidrometeoros (II/WR) produce un sesgo sustancial en la distribución de la intensidad de la lluvia en la zona costera y en el gradiente orográfico de precipitación?
R. Si existe tal relación. De particular relevancia es la orientación del RA, siendo sus extremo la orientación zona o meridional. Esto se describe en detalle en este trabajo.

¿Es posible inferir la altura de la isoterma 0 °C en base a los datos del micro radar de precipitación?
R. Si es posible, como se documenta en la Tesis de Camila Quijada.

¿Cómo se relaciona la intensidad de precipitación “instantánea” (menos de un minuto) con las estadísticas agregadas de precipitación (acumulación mayor a una hora)?
R. Pendiente

¿Es posible validar y calibrar las estimaciones satelitales de precipitación empleando la información local generada por el ORA?
R. Pendiente

Ubicación

Aunque la precipitación media anual a lo largo de Chile se incrementa generalmente de norte a sur, la precipitación máxima diaria se registra en la precordillera entre el sur de la región de O’Higgins y el norte de la región de la Araucanía (Figura 4). Es en esta zona donde ocurren las tormentas más intensas (en términos de montos acumulados) con la consiguiente afectación social. Un evento especialmente intenso y dañino ocurrió en Junio de 2023, donde un río atmosférico zonal y de características cálidas acumuló mas de 500 mm en tan solo tres días.

Figura 4. Distribución de la precitación en Chile. (a) Precipitación media anual. (b) Precipitación máxima diaria (estimada con valor con frecuencia 99.7%). (c) Elevación del terreno.  Elaborados con datos diarios CR2Met, 19792-2020.

Figura 5. Ubicación y vista parcial de los dos sitios que conforman el ORA-Maule (Armerillo y Quivolgo).

Con objeto de entender el comportamiento de estas tormentas de gran intensidad, en Abril 2025 el ORA fue reinstalado en la región del Maule, con un sitio de observación en el sector de Armerillo (35.71°S, 71.12°W, 486 msnm) donde se presume ocurren las mayores precipitaciones diarias (Figura 5). El sitio está a unos 15 km río arriba del embalse Colbun y unos 3 km río abajo de la confluencia de los ríos Maule, Melado y Lircay. En este sector el fondo del cajón del Maule se ubica a menos de 500 msnm pero esta flanqueado por montañas que superan los 2000 msnm.

Para contrastar las observaciones en precordillera, se instaló un segundo sitio en el sector Quivolgo (Figura 5) adyacente a la rivera norte de la desembocadura del río Maule (35.31°S, 72.39°W, 13 msnm). De esta forma, ORA-Maule consta de dos sitios idénticos en cuanto a instrumentación (micro radar de lluvia y disdrometro ParSiVel, conectados a un PC con transmisión de datos vía celular; Figura 6), aproximadamente a la misma latitud, pero separados por 125 km en la dirección este-oeste (Figura 5).

Figura 6: Esquema de instalaciones en sitios Armerillo y Quivolgo.

Los dos sitios del ORA-Maule (Armerillo y Quivolgo) cuentan con un Micro Radar de Lluvia (MRR-2) y un Disdrometro ParSiVel. Ambos instrumentos operan en forma autónoma y automática y con una alta tasa de muestreo, dando cuenta de las condiciones meteorológicas locales y de la estructura de las nubes sobre los sitios

Los detalles de la instrumentación del ORA se presentan en la siguiente Tabla:

Tabla de instrumentos ORA-Maule. En cada sitio (Armerillo y Quivolgo) se dispone de un MRR2 y un Disdrometro. Notas: * PV = Perfil vertical; ** Hidrometeoros: Gotas de lluvia, nieve, granizo, etc.

Micro Radar de Lluvia

El Micro Radar de Lluvia (MRR) mide en dirección vertical y entrega información de la microfísica de las nubes que precipitan, incluyendo el perfil de reflectividad indicativo de la tasa y tipo de precipitación. En ORA-Maule empleamos el MRR-2 de la compañía Metek. La Figura 7 muestra ejemplos de los datos obtenidos con el MRR durante distintos tipos de tormentas sobre Concepción.

Es importante destacar que el MRR permite inferir la altura de la isoterma 0°C (H0) que separa la nieve (sobre H0) de la lluvia (bajo H0), determinando de manera muy importante la respuesta hidrológica en cuencas andinas frente a eventos de precipitación (e.g., Garreaud 2013). Empleando diversos datos meteorológicos, Camila Quijada -graduada de Geofísica-UdeC- desarrolló un método automático de detección de H0 empleando los datos del MRR-2 del ORA-UdeC, con excelente ajuste a otras estimaciones de H0 (Figura 8). Mayores detalles aquí.

Figura 8. Diagrama de dispersión entre estimación de la altura de la isoterma de 0°C empleando datos del MRR (ORA-UdeC) y valor de reanálisis (ERA5) sobre Concepción. Valores horarios. Fuente: Tesis de Geofísica, Camila Quijada, Universidad de Concepción (2025)

Figura 7. Perfiles verticales de reflectividad durante cuatro días con precitación sobre Concepción registrados por el MRR.

Disdrómetro ParSiVel

El disdrómetro permite detectar y cuantificar todo tipo de precipitación (líquida y sólida), midiendo su intensidad casi instantánea y la distribución conjunta de tamaño de los hidrometeoros y su velocidad de caída (Figura 9).

Esta distribución es esencial para, luego, poder transformar la reflectividad medida por el radar en precipitación. En el ORA empleamos el disdrómetro Parsivel-2 de la empresa OTT que se conecta a un computador donde el software ASDO recopila los datos básicos (espectro de gotas) y calcula variables agregadas (como la intensidad de precipitación) cada un minuto. A fines de marzo del 2023 se instaló un segundo Parsivel-2 pero conectado a un datalogger Campbell (CSI) CR3000. Esto no es simple pues son fabricantes distintos (CSI-OTT) y requirió un programa de adquisición de datos desarrollado por José Miguel Campillo (DGF-UCh) disponible aquí. Por ahora, el Parsivel-2 solo le envía al datalogger los datos «agregados», incluyendo la intensidad de precipitación, pero no el espectro de gotas. Aun así, es una buena solución para instalar un disdrometro en lugares remotos donde la energía es una limitante.

Para asegurar la comparación de las mediciones entre los dos sitios del ORA-Maule, ambos pares de instrumentos fueron instalados en la UdeC (Figura 10) durante Febrero y Marzo de 2025. En ese periodo ocurrieron un par de eventos menores de precipitación, permitiendo verificar el completo acuerdo entre ambos conjuntos de observaciones como lo muestran los perfiles de reflectividad de los MRR en el evento del 30 de marzo 2025 (13 mm acumulados, Figura 11).

Figura 11: Comparación del perfil de reflectividad medido por el MRR-Origina y MRR-Nuevo durante un evento de precipitación en Mazo 2025

Figura 9. Distribución conjunta de tamaño y velocidad de gotas obtenido por el disdrómetro a las 1800 UTC del 9 de abril de 2022.

Figura 10: Fotografía del ORA-UdeC en la terraza de la DEGO con los dos pares de instrumentos durante periodo de comparación en Febrero-Marzo 2025.