Dynamische, door NASA gebouwde weersensoren ingezet om tropische cyclonen te volgen

[univers]

COWVR, in het midden, en TEMPEST, niet getoond, werden eind 2021 aan boord van het internationale ruimtestation ISS geïnstalleerd en hebben sindsdien waardevolle weergegevens geleverd aan voorspellers die tropische cyclonen volgen. De twee instrumenten maken deel uit van de US Space Force STP-H8 demonstratiemissie.
Credits: NASA

Bekend als COWVR en TEMPEST, laat het duo zien dat kleinere, goedkopere wetenschappelijke instrumenten een belangrijke rol kunnen spelen bij weersvoorspellingen.

NASA heeft onlangs twee weerinstrumenten gebouwd om het potentieel van kleine, goedkope sensoren te testen om een ​​deel van het werk van omvangrijkere, duurdere satellieten te doen. Beide instrumenten hebben de verwachtingen overtroffen als testruns en ze leveren nu al nuttige voorspellingsinformatie voor de meest verwoestende stormen, tropische cyclonen.

COWVR (afkorting van Compact Ocean Wind Vector Radiometer) , gelanceerd eind 2021 naar het internationale ruimtestation ISS, meet de snelheid en richting van de wind aan het oceaanoppervlak, en TEMPEST (Temporal Experiment for Storms and Tropical Systems) biedt atmosferische waterdampmetingen. Beide instrumenten maken deel uit van Space Test Program-Houston 8 (STP-H8), een driejarige demonstratiemissie die wordt gefinancierd door de US Space Force, die ook de bouw van COWVR financierde. TEMPEST is door NASA gebouwd als vluchtreserve voor een eerdere missie en Space Force heeft het hergebruikt voor STP-H8.

Beelden die op basis van hun gegevens zijn gemaakt, worden door het Amerikaanse Joint Typhoon Warning Center gebruikt om de locatie en intensiteit van tropische cyclonen in de Indische en Stille Oceaan te volgen. In feite waren COWVR- en TEMPEST-beelden een van de bronnen die door een voorspeller van het tyfooncentrum in Pearl Harbor, Hawaï, werden gebruikt om de locatie vast te stellen van de tropische cycloon Mandous, die in december 2022 de Golf van Bengalen voor de kust van Zuid-India teisterde.


Gegevens van de COWVR- en TEMPEST-instrumenten aan boord van het internationale ruimtestation ISS werden gebruikt om dit beeld van de tropische cycloon Mandous te maken, die voorspellers gebruikten om de intensiteit van de storm van december 2022 te begrijpen en zijn pad naar Zuid-India te voorspellen.
Credits: US Joint Typhoon Warning Center/US Naval Research Laboratory

Sinds enkele maanden worden beelden op basis van COWVR- en TEMPEST-gegevens aan het centrum geleverd door het in Monterey, Californië gevestigde Naval Research Laboratory (NRL), dat samenwerkt met NASA om de instrumenten te kalibreren en hun gegevens te valideren. Stormvoorspellers hebben de beelden uitgeprobeerd - ze hebben geëvalueerd hoe het voorspellingen beïnvloedt en vergeleken met andere gegevensbronnen - zei Brian Strahl, de directeur van het centrum.

Betrouwbare, regelmatig bijgewerkte informatie over stormstructuur en -locatie, windsnelheid en vochtigheid is cruciaal voor de missie van het centrum om tropische cyclonen te volgen tussen de oostkust van Afrika en de westkust van Amerika, een gebied met uitgestrekte open oceaan.

"Het is een uitdaging buiten het vasteland van de VS - waar je geen weervliegtuigen routinematig laat vliegen - om een ​​echt goede grondwaarheid te geven van waar deze stormen zijn, dus we zijn afhankelijk van satellieten," zei Strahl. "Elke nieuwe toevoeging van gegevens van goede kwaliteit, waarvan wij denken dat deze zijn, kan zeer nuttig zijn."

Kleiner, minder duur

COWVR en TEMPEST meten beide microgolfemissies van de atmosfeer en het oppervlak van de aarde. Gegevens van microgolfmetingen hebben een voordeel ten opzichte van die van infrarood of zichtbaar licht: ze kunnen voorspellers een blik geven op de interne structuur van een tropische cycloon en hen helpen het oog te lokaliseren, zelfs als het wordt verduisterd door wolken.

Het idee voor de missie ontstond tien jaar geleden toen het Amerikaanse ministerie van Defensie (DoD) begon na te denken over de volgende generatie instrumenten die sensoren zouden kunnen vervangen, zoals WindSat, een DoD-weerradiometer die tot 2020 werkte.

COWVR bevat technologie en ontwerpen die zijn ontwikkeld in het Jet Propulsion Laboratory van NASA voor de Jason-serie van oceaanobservatiesatellieten van het bureau. Met Jason moesten ingenieurs corrigeren voor de aanwezigheid van atmosferische waterdamp bij het meten van de hoogte van het zeeoppervlak. Bij COWVR staan ​​de waterdamp en hoe deze beweegt centraal.

Grotere weerradiometers worden vaak gebouwd met draaiende schotels om een ​​bredere dekking mogelijk te maken dan die van een instrument dat recht naar beneden wijst. COWVR maakt ook gebruik van een roterende schotel, maar JPL-ingenieurs slaagden erin het ontwerp van het instrument te vereenvoudigen, waardoor het energiezuiniger werd zonder de mogelijkheden in gevaar te brengen.

Het instrument is ongeveer zo groot als een minikoelkast, weegt ongeveer 60 kilo en heeft ongeveer 47 watt nodig om te werken - ongeveer hetzelfde stroomverbruik als een echte minikoelkast. WindSat, ter vergelijking, woog 990 pond (450 kilogram) en gebruikte 350 watt. Het ontwerp- en constructiebudget van COWVR bedroeg $ 24 miljoen, ongeveer een vijfde van de kosten van WindSat.

TEMPEST was een vluchtreserve die was overgebleven van de TEMPEST-D-missie van NASA in 2018 . Hij is ongeveer zo groot als een doos ontbijtgranen, weegt ongeveer 4 kilo, trekt 6,5 watt aan vermogen en had een budget van minder dan $ 2 miljoen. TEMPEST-D was een CubeSat-demonstratie onder leiding van onderzoekers van de Colorado State University, JPL en Blue Canyon Technologies.

"NASA heeft deze instrumenten ontwikkeld om compact en eenvoudig te zijn, zonder veel bewegende delen, en met behulp van technologie die in de loop van de decennia volwassen is geworden", zegt Shannon Brown, hoofdonderzoeker voor COWVR bij JPL. “We zien nu dat dergelijke instrumenten net zo goed kunnen presteren als de duurdere operationele sensoren.”

Los van STP-H8 onderzoekt NASA ook het gebruik van gegevens van COWVR en TEMPEST, evenals kleine satellieten zoals deze, voor zijn eigen weergerelateerde missies.

Wat is het volgende

Het Naval Research Laboratory heeft gegevens van COWVR en TEMPEST naar het Amerikaanse National Hurricane Center gestuurd, waar voorspellers zijn begonnen met het evalueren ervan. En het Joint Typhoon Warning Center is van plan COWVR's oppervlaktewindsnelheid en -richtingsgegevens - niet alleen de beelden - nader te bekijken om te zien of dit de voorspellingen voor tropische cyclonen verbetert.

Het Naval Research Laboratory gaat ook door met het evalueren van onbewerkte gegevens van COWVR en TEMPEST voor gebruik in de wereldwijde numerieke weermodellen van de Amerikaanse marine.

"Dit zijn kritische inspanningen achter de schermen die ons in staat stellen om met vertrouwen metingen van deze nieuwe instrumenten te gebruiken", zegt Steve Swadley, NRL's leider voor kalibratie en validatie van gegevens van microgolfsensoren in de ruimte. "Tot nu toe ziet het er echt heel goed uit, dus dat is spannend."

https://www.nasa.gov/feature/jpl/dynami ... l-cyclones