NASA Smallsats可以用GPS帮助飓风预测

©NASA.

其中一个八个cygnss卫星的例证在飓风上的轨道上。

连续八个公文包大小的卫星飞行可能是改善飓风风速预测的关键 - 检测它是否将降落为1类别1或5类。

NASA的Cyclone全球导航卫星系统(Cygnss)舰队于2016年推出,旨在展示您的手机用于导航的相同的GPS信号,可用于测量飓风或台风内深处的风。答案似乎是一个响应的是的。

天气预报模型在预测飓风或台风的未来轨道时已经变得更好,但它们尚未改善预测其最大风速,科学家称之为强度。那是因为这些热带巨人被外部力量所引导,例如区域风,但它们的强度取决于每种风暴内的力量。虽然许多卫星可以看到外部风,但他们看不到飓风的厚厚的云和雨水。

Cygnss主要调查员Christopher Ruf在安娜堡的密歇根大学解释:“预测强度,你必须在风暴中间测量风速,直到cygnss,并没有以其他方式做以其他方式飞行飓风猎人飞机。“

新的Cygnss数据被证明是与2017年飓风,IRMA和何塞同时收集的飓风猎人数据的优秀比赛。八个小卫星 - 每次间隙之间只有12分钟的差距 - 每次风暴收集更多数据,而不是在飓风猎人飞行期间收集。

如何通过雨和云看

为了看看大气中的内容,许多地球观测卫星发出了仅具有一英寸的馏分的波长的电磁信号。对于这些短波长信号,一滴毛毛雨,灰尘或任何其他空中粒子是一种难以置信的障碍。尽管波长长于这些微小的颗粒,但它们的尺寸足够接近,表示像撞击另一个球的台球一样反弹。通过“阅读”这些分散的信号,研究人员可以辨别云的形状和位置和信号耗尽的其他障碍物。

换句话说,短波长让研究人员看到风暴,但没有看到它。

另一方面,Cygnss使用GPS信号。它们的波长为7.5英寸(19厘米)长,远远超过短波长的大多数卫星仪器使用或任何雨滴的雨滴。在那个波长,ruf说:“你根本没有看到雨滴。你只是通过它走吧。”这使得Cygnss能够通过飓风来看待海面上的风。

由美国空军运营的GPS卫星,比Cygnss舰队更高的轨道。由于GPS卫星在热带旋风上苍蝇,信号通过风暴畅通无阻,并从海面反弹。在其下轨道中,Cygnss的向下寻找的GPS接收器能够拦截向上返回的信号。这些反弹信号中的扭曲显示了海洋的粗糙,使研究人员能够计算导致粗糙度的风速。

将信号转换为测量

Cygnss的八个小卫星在发布开始以来工作得很好,但特派团的科学家们遇到了将GPS信号处理到风速数据的路径上的主要障碍。在设计任务时,科学家认为GPS信号以恒定的强度播出。但是当科学家开始收集数据时,他们发现来自大多数GPS卫星的信号功率在每个轨道期间发生变化,并且变化程度与卫星到卫星的不同。这些变化将CyGNSSS卫星的测量值从高风的测量值下降多达11英里/小时(18 kPH)。

“我们花了一年或更长时间的问题,我们终于弄清楚了,”鲁夫说。“基本上,当空军转到世界的某些部分时,空军会在糟糕的家伙试图用信号堵塞时转动。”更强大的信号更难堵塞。

一旦Cygnss团队了解这个问题,他们发现了一个解决方法。每个Cygnss卫星不仅承载主要GPS接收器,以收集从地球表面撞击的信号,而且还为位置和跟踪的次级较小接收器收集。该团队重新编程了较小的接收器来测量从开销到达的广播信号的强度,这给了他们所需的信息,以便正确处理从下面返回的信号。

通过解决这个问题,研究人员可以转向评估Cygnss数据如何影响飓风预测的任务。

通过对国家海洋和大气管理局(NOAA)用于预测的相同飓风模型的研究版,科学家们向2017年第两年的哈维和IRMA的显着风暴的重建中增加了CYGNS数据。CyGNSS数据的增加产生了更现实的预测,而不仅仅是暴风雨的强度,而且产生了轨道和结构。其他研究表明了不同风暴预测的类似改善。

一个意想不到的水利奖金

为了鲁夫的惊喜,Cygnss已被证明有一个无法预料的申请。当卫星飞越土地时,Cygnss团队计划经常关闭他们的接收器,但该团队决定通过所有时间通过​​卫星收集数据来简化他们的操作。加利福尼亚州帕萨迪纳州北美航空航天局喷气式推进实验室的两名博士后学生决定从土地上查看数据。“这真的很有运气,但事实证明,你可以用土地数据来测量土壤水分和洪水的各种良好的科学,”鲁夫说。

作为前学生,Clara Chew(大学公司在博尔德,科罗拉多州)和Hugo Carreno-Luengo(西班牙巴塞罗那),已经记录了数据的价值,NASA现在正式延长了使命的范围并邀请了科学团队重新定义任务目的。可能还有其他申请等待被发现为八个小型Cygnss卫星在热带风暴中继续观察隐藏的风。

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