Geçen sonbahardan bu yana, NASA bilim adamları, bir kasırga içinden uçuş da dahil olmak üzere yaklaşık 100 saatlik veri toplamak için Amerika Birleşik Devletleri’nde gelişmiş bir 3D Doppler Rüzgar Lidar enstrümanını uçurdular. Amaç? Aerosol rüzgar profilerinin (AWP) enstrümanının rüzgar yönü, rüzgar hızı ve aerosol konsantrasyonunun son derece hassas ölçümlerini toplamak için benzersiz yeteneğini göstermek için – doğru hava tahmini için tüm önemli unsurlar.
Şiddetli fırtına ve kasırgalar gibi hava olayları hızla gelişir, bu nedenle tahminlerin iyileştirilmesi daha doğru rüzgar gözlemleri gerektirir.
NASA’nın Virginia’daki Langley Araştırma Merkezi’nde AWP baş araştırmacısı Kris Bedka, “Dünyanın yüzeyinin üzerinde küresel rüzgar ölçümlerinin eksikliği var.” “Rüzgarlar, hedeflerine uçarken ticari uçaklarla ve dünya çapında sadece 1.300 bölgeden günde iki kez fırlatılan hava balonları ile ölçülür. Uzaydan, rüzgarlar uydu görüntülerinden bulut ve su buharı hareketini izleyerek tahmin edilir.”
Bununla birlikte, bulutları olmayan veya su buharı desenlerinin kolayca izlenemediği alanlarda, tipik olarak güvenilir rüzgar ölçümü yoktur. AWP enstrümanı bu boşlukları ayrıntılı 3D rüzgar profilleriyle doldurmayı amaçlamaktadır.
Altında manzara portları olan bir uçağa monte edilen AWP, havada kirlilik, toz, duman, deniz tuzu ve bulutlar gibi aerosol parçacıklarını dağılan ve yansıtan saniyede 200 lazer enerji darbesi yayar. Aerosol ve bulut parçacık hareketi, Doppler efekti olarak bilinen bir kavram olan lazer darbesi dalga boyunun değişmesine neden olur.
AWP enstrümanı, bu darbeleri birbirinden 90 derece dışında yönlendirilmiş iki yöne gönderir. Birleştirildiğinde, hem rüzgar hızını hem de yönü temsil eden bir rüzgar vektörleri 3D profili oluştururlar.
Bedka, “Aerosol rüzgar profili rüzgar hızını ve yönünü ölçebilir, ancak sadece bir noktada değil,” dedi. “Bunun yerine, atmosferdeki farklı irtifalardaki rüzgarları aynı anda son derece yüksek detay ve doğrulukla ölçüyoruz.”
Vektörler araştırmacıların ve meteorologların havayı anlamalarına yardımcı olur, bu nedenle AWP’nin ölçümleri hava modellemesini ve tahminini önemli ölçüde ilerletebilir. Bu nedenle araç, mevcut hava tahmin sistemlerindeki boşlukları doldurabilecek yeni teknolojilerden veri arayan Ulusal Okyanus ve Atmosfer İdaresi’nin (NOAA) ortak girişim programının bir parçası olarak seçilmiştir. NASA’nın hava durumu programı da NOAA’nın yatırımlarında karşılıklı fayda gördü ve her iki kurum için yatırım getirisini artırmak için ek destek sağladı.
NASA’nın Gulfstream III (G-III) uçağında AWP, ajansın su buharı, aerosolleri ve bulut özelliklerini kombine bir diferansiyel absorpsiyon ve yüksek spektral çözünürlük lidar yoluyla ölçen yüksek irtifa LiDAR Gözlemevi (HALO) ile eşleştirildi.
İlk kez birlikte çalışan AWP, rüzgarlar, halo toplanmış su buharı ve aerosol verileri ve NOAA damlaları (uçağın altındaki bir tüpten düşen küçük aletler) toplanmış sıcaklık, su buharı ve rüzgar verileri.
Bedka, “Enstrüman paketimiz küçük, uygun fiyatlı uçaklarla çok güçlü bir yeteneğimiz var.” Dedi. “AWP ve Halo’nun kombinasyonu, NASA’nın yeni nesil havadaki hava durumu uzaktan algılama paketidir; bu da dünyadaki herkese fayda sağlamak için uydularda uçmayı umuyoruz.”
AWP verilerine dayanan yukarıdaki animasyon, atmosferde bulunan aerosol katmanlarının karmaşıklığını ve yapısını göstermektedir. Bedka, mevcut tahmin modellerinin atmosferin genişliği boyunca aerosollerin nasıl organize edildiğini doğru bir şekilde simüle etmediğini söyledi.
Bedka, “Bu özel güne başladığımızda, Aerosol dönüşü olan veya hiç aerosol dönüşü olan açık bir atmosfer bulacağımızı düşündüm çünkü sonbaharın ilk serin Kanada havasının gerçek patlamasına uçuyorduk.” “Bulduğumuz şey tam tersiydi: rüzgarları doğru bir şekilde ölçmek için mükemmel sinyal sağlayan aerosol açısından zengin bir ortam.”
Ortak girişim uçuşları sırasında Helene Kasırgası Florida’da karaya düşüyordu. İki pilot ve beş bilim ekibi üyesinin AWP ekibi, şiddetli fırtınanın dış bantları boyunca rüzgar ölçümleri toplamak için hızla bir uçuş planı oluşturdu.
NOAA’nın ortak girişim programı yöneticisi Harshesh Patel, “3D rüzgar profili, özellikle fırtınalar ve kasırgalar için hava tahminlerini önemli ölçüde iyileştirebilir.” Dedi. “NASA Langley, tutarlı Doppler Wind LiDAR teknolojisinin geliştirilmesi konusunda uzmanlaşmıştır ve bu AWP konsepti NOAA’nın ihtiyaçları için daha iyi performans sağlama potansiyeline sahiptir.”
AWP LiDAR’ın uçuşları, gelecekteki bir uydu görevine olası entegrasyon için bir kanıtlama alanı olarak hizmet veriyor.
Patel, “Global 3D rüzgar modellerini geliştirme ihtiyacı, uzay tabanlı bir platform gerektiriyor.” “AWP gibi enstrümanlar, NOAA’nın hava tahminini iyileştirmek için kritik veriler sağlama misyonuyla potansiyel olarak hizalanan belirli alan tabanlı uygulamalara sahiptir.”
NOAA uçuşlarından sonra AWP ve Halo, Westcoast & Heartland hiperspektral mikrodalga sensörü yoğun deney ve aktif pasif profil deneyi için Orta Kaliforniya’ya gönderildi. Bu görevler, atmosferin en düşük kısmı olan gezegen sınır tabakası içinde, yerde yaşadığımız hava koşullarını yönlendiren atmosferik süreçleri inceledi.
