Myrskyn mittaus GPS: n avulla

Satelliittisignaalien sironta karkealla merenpinnalla hidastaa tuulen nopeutta

Hurrikaani Atlantin yli © NASA / GSFC
lukea ääneen

Itse asiassa GPS: ää käytetään pääasiassa navigointiin ja paikannukseen. Tulevaisuudessa se voisi myös auttaa määrittämään hurrikaanien tuulen nopeutta. Koska myrskyinen meren pinta heittää GPS-signaalit hajallaan takaisin - ja tämän sironnan laajuus voidaan mitata. Suuri etu: Tämä menetelmä on halvempaa ja sitä voidaan käyttää kattavammin kuin tasossa pudotettujen anturien mittaus.

Globaalin paikannusjärjestelmän (GPS) satelliitit lähettävät jatkuvasti radiosignaaleja Maanpuolelle sisältäen tietoa niiden sijainnista ja tarkalleen ajasta. Lisäksi GPS-vastaanottimet määrittävät sijaintinsa maan pinnalla. Jos satelliitin signaali osuu valtameren pintaan, se heijastaa noin 60 prosenttia siitä takaisin taivasta kohti - kuin eräänlainen iso peili. Mutta toisin kuin peili, meren pinta on harvoin sileä ja liikumaton: sen yläpuolella puhaltava tuuli tuottaa aaltoja.

Turvotus paljastaa tuulen nopeuden

"Kuvittele puhaltavan kuplia kulhoon kuumaa keittoa, jotta ne jäähtyvät", sanoo NASA: n tutkija Stephen Katzberg Hampurin Langleyn tutkimuskeskuksesta. "Mitä enemmän puhaltaa, sitä suuremmiksi keittoastian miniatyyri-aallot tulevat." Samoin tämä on laajassa mittakaavassa valtamerellä. Ja kun GPS-signaali osuu korkeisiin aaltoihin, karkea pinta hajottaa signaalit vastaavasti. "Mittaamme tämän sironnan laajuuden - tällä hetkellä lentokoneesta", tutkija kertoo. Tietokone vertaa suoraan satelliitista tulevia signaaleja meren heijastamiin signaaleihin.

Tästä vertailusta ohjelma laskee sitten tuulen nopeuden, joka tarvitaan näiden sirontojen muodostamiseen aaltojen avulla. Enintään viiden metrin sekunnin tarkkuudella GPS-mittaus on kuitenkin kymmenen kertaa epätarkempi kuin aikaisempi menetelmä, kuten NASA: n tutkijat selittävät. Mutta sillä on ratkaisevia etuja: Toistaiseksi meteorologien on lentävä suoraan myrskyyn ja heitettävä sitten yksittäisiä, kullakin tapauksin 750 dollarin mittaisia ​​mittapisteitä lentokoneesta. Nämä määrittävät sitten lämpötilan, kosteuden ja tuulen nopeuden laskeutuessaan minivarjolla maahan. Tyypillisessä hurrikaani-operaatiossa noin 20 näistä koettimista kuluu.

Ilmavoimien lentäjä tarkistaa "Hurricane Hunter" -konetta. © Manuel Martinez

Jatkuva tuulen profiili

Ongelmana tässä on, että yksittäiset anturin arvot ovat erittäin tarkkoja, mutta koska ne ovat niin kalliita, ne pudotetaan vain erikseen ja suurilla etäisyyksillä. Tämän seurauksena monia hurrikaanialueita ei havaita - ja myrskyn kokonaiskuva on väistämättä paikallisesti epätosi. Sen sijaan GPS-järjestelmä voi jatkuvasti mitata tuottaen jatkuvan tuulen nopeuden profiilin myrskyssä. Nämä tuulimittaukset antavat siis paremman kuvan hurrikaanin kehityksestä. näyttö

"Meillä on GPS-järjestelmät aina mukana, joten miksi et saisi niistä lisätietoja", Katzenberg sanoo. Menetelmä toimii vain veden yli, mutta koska suurin osa pyörrevirroista kehittyy meressä, tutkijoiden mielestä tämä ei ole suuri haitta. Ja menetelmä on edelleen laajennettavissa: tulevaisuudessa tämäntyyppinen tuulimittaus GPS: n avulla voitaisiin tehdä jopa suoraan satelliitista. NASA aikoo vuonna 2016 käynnistää pienen satelliittijärjestelmän, Cyclone Global Navigation Satellite System (CYGNSS), joka tekee juuri sen.

Mutta teoriassa jopa muita radiosignaaleja, kuten televisio- tai radiosatelliitteja, voitaisiin käyttää tuulen mittaamiseen: "Nämä signaalit ovat erittäin voimakkaita ja helposti havaittavissa", Katzberg sanoo. Näihin signaaleihin mukautettu järjestelmä maksaa vain muutama sata dollaria kappale, hän sanoo. "Me hyötymme jo olemassa olevasta kalliista infrastruktuureista." (Radio Science, 2013; doi: 10.1002 / rds.20042)

(American Geophysical Union, 25.07.2013 - NPO)