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EVALUACIÓN DE LA PRECISIÓN Y APLICABILIDAD
DE LAS ESTACIONES METEOROLÓGICAS
PORTÁTILES DE BAJO COSTO EN LA VALIDACIÓN
Y CALIBRACIÓN DE DATOS SATELITALES DE
PRECIPITACIÓN EN CUENCAS NO MONITOREADAS
EVALUATION OF THE ACCURACY AND APLICABILITY OF
LOW COST PORTABLE WEATRHER STATIONS IN THE VALIDATION
AND CALIBRATION OF SATELLITE PRECIPITATION DATA
IN UNMONITORED WATERSHEDS
Wilber Jesús Salinas
Universidad San Francisco, Bolivia
Juan Pablo Díaz Vargas
Universidad San Francisco, Bolivia
Carlos Antequera Encinas
Investigador independiente, Bolivia
Arlid Morales Cueto
Investigador independiente, Bolivia
pág. 7482
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i3.11951
Evaluación de la Precisión y Aplicabilidad de las Estaciones Meteorológicas
Portátiles de Bajo Costo en la Validación y Calibración de Datos Satelitales
de Precipitación en Cuencas no Monitoreadas
Wilber Jesús Salinas1
jesus.wilber@usfx.bo
https://orcid.org/0000-0000-0000-0000
Universidad San Francisco
Xavier de Chuquisaca
Bolivia
Juan Pablo Díaz Vargas
diaz.juan@usfx.bo
https://orcid.org/0000-0003-3053-3580
Universidad San Francisco
Xavier de Chuquisaca
Bolivia
Carlos Antequera Encinas
carlosantencinas@gmail.com
https://orcid.org/0009-0000-7125-0742
Investigador Independiente
Bolivia
Arlid Morales Cueto
arlidddmc@gmail.com
https://orcid.org/0009-0008-6055-8942
Investigador Independiente
Bolivia
RESUMEN
La investigación evaluó el desempeño de registros satelitales de lluvia en comparación con mediciones
en tierra en la ciudad de Sucre, Bolivia. Se encontró una buena correlación entre los datos satelitales de
CHIRPS y JAXA con las mediciones terrestres, pero se observaron sesgos significativos que requieren
corrección. La técnica de corrección de sesgo mejoró la precisión de las estimaciones satelitales,
aumentando la correlación y el coeficiente de determinación. Sin embargo, persisten desafíos en la
precisión, especialmente en la sobreestimación observada en los datos de JAXA. Además, se demostró
la eficacia de un pluviómetro de bajo costo implementado en la estación USFX Tucsupaya, que mejora
la resolución temporal de los registros de lluvia y reduce costos. Estos hallazgos resaltan la importancia
de la corrección de sesgo y la fiabilidad del pluviómetro para la gestión del agua y la investigación
hidrológica en regiones con recursos limitados.
.
Palabras clave: lluvia satelital, corrección de sesgo, pluviómetro de bajo costo, Sucre, Bolivia
1
Autor Principal
Correspondencia: jesus.wilber@usfx.bo
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Evaluation of the Accuracy and Aplicability of Low Cost Portable Weatrher
Stations in the Validation and Calibration of Satellite Precipitation data in
Unmonitored Watersheds
ABSTRACT
The research evaluated the performance of satellite rainfall records compared to ground measurements
in Sucre, Bolivia. A good correlation was found between CHIRPS and JAXA satellite data and ground
measurements, but significant biases requiring correction were observed. The bias correction technique
improved the accuracy of satellite estimates, increasing correlation and coefficient of determination.
However, challenges in accuracy persist, especially in the overestimation observed in JAXA data.
Additionally, the effectiveness of a low-cost rain gauge implemented at the USFX Tucsupaya station
was demonstrated, improving temporal resolution and reducing costs. These findings highlight the
importance of bias correction and the reliability of the rain gauge for water management and
hydrological research in resource-limited regions.
Keywords: satellite rainfall, bias correction, low-cost rain gauge, Sucre, Bolivia
Artículo recibido 20 mayo 2024
Aceptado para publicación: 22 junio 2024
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INTRODUCCIÓN
La precipitación es crucial en el ciclo hidrológico y en diversas actividades socioeconómicas, lo que
requiere su correcta medición. En nuestro medio, la variabilidad espacial y temporal de la precipitación,
junto con la baja densidad de estaciones meteorológicas, impulsa el uso de otras y novedosas maneras
de aprovechar los datos existentes en la actualidad, como información de sensores remotos, de radares
meteorológicos y de satélites (Blanco et al., 2023).
Ante la falta de registros suficientes de precipitación observada en superficie, se han desarrollado
tecnología de sensores satelitales para estimar la lluvia a escala global. Aunque existen modelos de
datos de precipitación basados en imágenes o productos satelitales, estos no detectan directamente el
fenómeno y su relación con la precipitación es indirecta, involucrando varias variables. Las
estimaciones satelitales suelen promediar áreas, lo que puede subestimar o sobrestimar eventos
extremos. Dada la gran variabilidad de la precipitación y la incertidumbre en los datos satelitales, es
necesario comparar estas estimaciones con mediciones pluviométricas de superficie para evaluar su
precisión a nivel local y regional (Garay, 2021).
Alrededor del mundo, los productos satelitales se han utilizado como una alternativa aceptable y
confiable para suplir la falta de datos de precipitación y dos de estos se refieren a la misión CHIRPS y
JAXA (Rodriguez-Sucre et al., 2022), sobretodo en lugares carente de datos cercanos o simplemente
no monitoreadas, sin embargo esto trae consigo un error que debe ser ajustado necesariamente.
En Bolivia, según el Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología SENAMHI, la densidad de
estaciones pluviométricas es muy baja lo que dificulta obtener con precisión datos de precipitación, y
esto conlleva fácilmente a errores de sobreestimación o subestimación de oferta de agua principalmente.
Tan sólo en el departamento de Chuquisaca, existen menos de 50 estaciones meteorológicas en
funcionamiento distribuidas en una extensión territorial de aproximadamente 51524 Km2, a esto se
añade el problema de que la mayor cantidad de estudios de oferta de agua para distintos usos se los
realiza en microcuencas que van desde 1 hasta menores a 100 Km2.
El objetivo de esta investigación fue validar los productos satelitales mediante datos de precipitación
observados in situ mediante un pluviómetro automático portátil de bajo costo con el fin de evaluar el
desempeño de estas estimaciones satelitales en las temporalidades diaria y mensual y por otro lado la
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investigación permitió evaluar la fiabilidad del sensor automático para registrar eventos de precipitación
y lograr mediciones de precipitación acumulada con una exactitud aceptable, asemejando la
metodología utilizada por Flores y Garay (2024) para garantizar la continuidad de los registros
históricos de precipitación así como corroborar el desempeño del sensor automático durante eventos
extremos, tanto de lluvias máximas como mínimas donde se analizaron las mediciones horarias, diarias
y mensuales.
Para poder lograr lo anterior y poder contrastar los registros del sensor automático en tierra que, entre
otras ventajas además de su costo, su precisión, facilidad de aplicación, este pude ser desplazado a
cualquier sector de interés, sin embargo, para constatar estas ventajas, se buscó una zona donde se
cuente con toda la información en tierra y espacial, tal que se puede ajustar la información proveniente
de los productos satelitales y los de las estaciones meteorológicas cercanas.
METODOLOGÍA
Área de Estudio
Dadas las características de la investigación, así como la metodología asumida, la zona de estudio
elegida fue la ciudad de Sucre ubicada en el departamento de Chuquisaca y se constituye en la capital
constitucional del estado boliviano; considerando aspectos como la cercanía a estaciones
meteorológicas con registro histórico y contínuo para la corroboración y validación de información en
tierra mediante el pluviómetro automático de bajo costo, y así evaluar dichos datos respecto a los
productos satelitales obtenidos.
El trabajo de recolección de datos en el lugar seleccionado, fue realizado durante el período de lluvias
en un lapso de 6 meses, desde noviembre 2023 hasta abril de 2024 con mediciones realizadas de forma
directa y automática cada hora en la zona de Tucsupaya (pluviómetro automático), así como desde la
base de datos del SENAMHI para los estaciones meteorológicas cercanas conocidas con los nombres
de Estación Meteorológica Sucre y Estación Meteorológica El Reloj, como se muestran en el siguiente
mapa:
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Figura 1. Mapa de ubicación de estaciones Meteorológicas de tierra
Fuente: Los autores
Datos de precipitación por productos satelitales
Por otro lado, en este estudio se utilizó el producto satelital Climate Hazards Group InfraRed
Precipitation (CHIRP). Este satélite fue desarrollado por el Servicio Geológico de los Estados Unidos
(USGS) en colaboración con el Climate Hazards Group de la Universidad de California. CHIRP emplea
estimaciones de lluvia obtenidas mediante satélites de Infrarrojo Termal (TIR) combinadas con datos
satelitales globales proporcionados por la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA)
para generar el conjunto de datos de precipitaciones. El producto CHIRP tiene el potencial de
proporcionar estimaciones satelitales casi en tiempo real con una resolución espaciotemporal
relativamente alta, cubriendo regiones entre las latitudes 50° S y 50° N y todas las longitudes (Goshime
et al., 2019). Los conjuntos de datos de precipitaciones CHIRP están disponibles de manera libre y
gratuita desde 1981 hasta casi el presente en la siguiente dirección
https://app.climateengine.org/climateEngine.
En el presente trabajo se utilizaron las estimaciones de lluvia CHIRP diarias con una escala espacial de
0.05° × 0.05° para el período 1984-2024
Por otro lado, se utilizaron datos de precipitación de GSMAP que según el sitio
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https://sharaku.eorc.jaxa.jp/GSMaP/, GSMaP es un conjunto de datos de mapas globales de lluvia por
hora, una versión de reanálisis del producto en tiempo casi real por la agencia espacial Japonesa JAXA
Global Rainfall Watch para estudios meteorológicos y climáticos. Diferentes productos forman parte de
GSMaP, entre ellos el producto de Reanálisis calibrado con pluviómetros GSMaP_Gauge_RNL v6. La
variable principal es la tasa de lluvia y la tasa de lluvia calibrada con pluviómetros en mm/h, convertida
a unidades estándar en la versión netcdf. La cuadrícula global utilizada, está limitada de 60°N a 60°S
con una resolución de 0.1 grados de latitud/longitud. La resolución temporal es de hasta 1 hora
(promediada de 00 minutos a 59 minutos). La versión actual del algoritmo es la 7. El período analizado
para el producto fue desde el año 2000 al presente
Datos de precipitación en tierra
Los datos de precipitación en tierra como se mencionó fueron obtenidos de dos fuentes, una directa
mediante el pluviómetro digital portátil de bajo costo y otra de manera indirecta a través de la
información disponible de las estaciones meteorológicas existentes cercanas al sector de estudio. El
estudio contó con el equipo pluviómetro digital RainLogger que es un paquete completo que contiene
un registrador de datos RainLog, el software RL-Loader 2 y un colector de lluvia de polipropileno y un
mástil de montaje. El pluviómetro del cubo de inclinación está calibrado a 0.01 pulgadas / 0.25 mm por
punta. Este equipo fue adquirido por el equipo de investigación, gracias al apoyo de la Universidad
Mayor de San Francisco Xavier de Chuquisaca, a través de su Dirección de Ciencia y Tecnología DyCIT
en el marco de la convocatoria a concurso de investigación denomina “Semilla”. Como se mencionó,
el período de toma de datos en tiempo real de manera automática fue de 6 meses desde noviembre de
2023 hasta abril de 2024, mientras que los otros datos de tierra con fuente del SENAMHI, fueron desde
1943 a abril de 2024 para el caso de la estación meteorológica Sucre y desde 1995 hasta abril de 2024
para el caso de la estación meteorológica El Reloj.