GPS Sensor Web pomaga ostrzegać przed ulewami monsunowymi

Na południowym zachodzie Stanów Zjednoczonych i w północno-zachodnim Meksyku ponad połowa rocznych opadów często występuje w postaci ulewnych i nieprzewidywalnych ulew monsunów północnoamerykańskich. Podobnie jak w sezonach monsunowych w tropikach, letnie odwrócenie wiatrów przenosi strumienie wilgoci z oceanów lub, w tym przypadku, z Zatoki Meksykańskiej.

Nieregularny monsun przynosi opady, które są istotne dla rolnictwa i ekosystemu, ale także stanowią poważne zagrożenie dla ludzi, zwierząt, upraw i roślin. W czasie monsunów pojawiają się gwałtowne burze i ulewne deszcze, a przez to powodzie, podtopienia i lawiny błotne. Burzom często towarzyszą też wiatry, grad i uderzenia piorunów.

GPS ostrzega przed monsunami

Małe biuro jest jednym z dwóch biur prognoz pogodowych National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), które korzystają z sieci geodezyjnej nowej generacji do badań i zastosowań w zakresie zagrożeń naturalnych, finansowanej przez Biuro Technologii Ziemi NASA. Czteroletni projekt zakłada stworzenie sieci czujników do ostrzegania przed potencjalnie niebezpiecznymi warunkami atmosferycznymi i wydarzeniami sejsmicznymi, rozpoczął się w połowie 2012 r.

Projekt wykorzystuje fakt, że naukowe obliczenia GPS muszą uwzględniać opóźnienia sygnału spowodowane wilgocią. Kiedy zajmujemy pozycję, automatycznie musimy rozwiązać problem opóźnienia spowodowanego parą wodną – mówi Angelyn Moore, naukowiec z Geodynamics and Space Geodesy Group w Jet Propulsion Laboratory (JPL) NASA. Moore, współwykonawca projektu, wprowadził pomysł włączenia produktu meteorologicznego wraz z planami sejsmologicznymi projektu i zaangażował biura prognoz pogody w National Weather Service.

Inni partnerzy to Scripps Institution of Oceanography, który śledzi wydarzenia sejsmologiczne, takie jak wstrząsy i trzęsienia ziemi, oraz NOAA’s Earth System Research Laboratory w Boulder w Kolorado, które od wczesnych lat 2000 dostarczają półgodzinnych szacunków pary wodnej z ogólnokrajowej sieci GPS do prognostów i do asymilacji w modelach pogodowych NOAA.

W ramach projektu dodano 37 stacji GPS do meteorologicznej sieci GPS NOAA w południowej Kalifornii, wyposażonej w czujniki meteorologiczne.

Stacje GPS obliczają wilgotność pośrednio na podstawie czasu potrzebnego na dotarcie do nich sygnałów sygnalizowanych czasem z sieci satelitarnej GPS. Sygnały wysyłane są na dwóch częstotliwościach, które oddziałują inaczej z troposferą, w której przebywa wilgoć, oraz z jonosferą, gdzie aktywność jonowa może również opóźniać sygnały. Naładowana jonosfera jest dyspersyjna, co powoduje, że opóźnienie jest inne dla obu częstotliwości, podczas gdy w neutralnej, niedyspersyjnej troposferze, opóźnienie jest takie samo dla obu. Pod maską, kiedy wykonujemy obliczenia, możemy stwierdzić różnicę między dwoma źródłami opóźnienia – mówi Moore.

W połączeniu z danymi dotyczącymi temperatury i ciśnienia, zbieranymi również w każdym miejscu, wyniki są wykorzystywane do obliczenia tak zwanych oszacowań zintegrowanej wody destylowanej (IPW), które są emitowane co pół godziny, a Moore mówi, że zespół pracuje, aby uzyskać interwał w dół do pięciu minut.

Transfer technologii

NASA chciała opracowanej przez Agencję technologii przydatnej dla kogoś spoza NASA – mówi Moore o pochodzeniu projektu. Zauważa, że ​​NASA, a szczególnie Biuro ds. Technologii w Ziemi, od dawna pracuje nad tym, aby pomóc społeczeństwu przewidywać i reagować na zagrożenia naturalne.

Cały projekt opiera się na sieci stacji GPS zainstalowanych w latach 90. w celu badania ruchu sejsmicznego, a później również do zbierania danych meteorologicznych. Moduły geodezyjne opracowane przez zespół Scripps obliczają szacunki IPW na miejscu i przekazują je, zamiast przesyłać surowe dane z powrotem do centralnego ośrodka w celu interpretacji. „Każde miejsce indywidualnie oblicza swoje położenie i parę wodną i przekazuje je bezpośrednio” – mówi Moore.

System wciąż jest uważany za prototyp i platformę testową do opracowania i demonstracji technologii, która prawdopodobnie później będzie bardziej mocno zintegrowana z narzędziami lokalnych prognostów i zaawansowanym systemem interaktywnego prognozowania pogody NOAA.

źródło: nasa.gov