Hvor havet møder himlen - ny NASA -radar får en prøve

Havstrømme og vinde danner en endeløs feedback -sløjfe:vinde blæser over havets overflade, skaber strømme der. På samme tid, det varme eller kolde vand i disse strømme påvirker vindens hastighed.

Denne sarte dans er afgørende for at forstå Jordens skiftende klima. Indsamling af data om denne interaktion kan også hjælpe folk med at spore olieudslip, planlægge sejlruter og forstå havets produktivitet i forhold til fiskeri.

Der findes allerede instrumenter, der måler havstrømme, og andre, der måler vind, såsom NASAs QuickScat og RapidScat. Men en ny, luftbåren radarinstrument udviklet af NASAs Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien, er i stand til at måle begge.

Kaldes DopplerScat, instrumentet er en roterende radar, der "pinger" havets overflade, gør det muligt at tage målinger fra flere retninger på én gang. Det er et skridt op fra tidligere teknologi, som samtidigt kunne måle strøm fra højst en eller to retninger, og kunne ikke måle egenskaberne ved havoverfladen så fuldstændigt som dette nye instrument.

Disse målinger ville gøre DopplerScat til en værdifuld tilføjelse til fremtidige satellitmissioner, sagde Ernesto Rodriguez, videnskabsleder for instrumentet på JPL.

"DopplerScatt giver os en hidtil uset samtidig observation af vind og strømme, "Sagde Rodriguez." Fordi den kombinerer observationer af overfladen over et bredt skår, vi kan nu tage et øjebliksbillede i høj opløsning af det interagerende hav og atmosfæren, der ikke er tilgængelig fra tidligere instrumenter. "

DopplerScatt blev udviklet på JPL med finansiering fra NASAs Earth Science Technology Office. Som med en motorvejspatruljers hastighedspistol, det beregner Doppler -effekten af ​​et radarsignal, der hopper ud af et objekt. Når objektet bevæger sig tættere eller længere væk, den registrerer disse ændringer og regner ud dens hastighed og bane. Disse målinger kombineres med data fra et scatterometer, som registrerer refleksionen af ​​radarsignalet fra havets overflade. Jo mere "spredning" radaren observerer, jo grovere bølger. Fra bølgernes ruhed og orientering, vindhastighed og retning kan beregnes.

Selvom det var blevet testet på to feltsteder i 2016, DopplerScatt fandt sin ideelle bevisplads i april sidste år, da DopplerScatt -teamet sluttede sig til flere agenturer, der udførte videnskabelig forskning ud for den amerikanske golfkyst.

Initiativet, kaldet kampagnen Submesoscale Processes and Lagrangian Analysis on the Shelf (SPLASH), var fokuseret på at spore olieudslip og lækager. Det blev ledet af konsortiet for avanceret forskning om transport af kulbrinte i miljøet (CARTHE), et forskerhold, der fokuserer på, hvordan disse lækager påvirker miljøet.

SPLASH blev designet til at se på, hvordan olie driver i Den Mexicanske Golf, lander på strande eller påvirker vandkvaliteten ved mundingen af ​​Mississippi -floden. CARTHE-teamets forskning baserede sig på "drifters"-kokosformede flydere med GPS-enheder påsat.

U.S.Naval Research Laboratory, medlem af CARTHE -teamet, leverede computermodeller i høj opløsning til at forudsige strømme, og hvor drifterne ville gå.

Indtast JPL's DopplerScatt -team. Rodriguez og hovedundersøger Dragana Perkovic-Martin så en mulighed for at bevise JPL-teknologiens værdi. Sammen, drifterne og modelleringen kunne give uafhængig validering af DopplerScatts målinger, samtidig med at det tilbyder sit eget unikke datasæt.

Drifterne er begrænsede ved, at de kun indsamler havdata, og gør det i sparsomme regioner i løbet af dage. DopplerScatt, fastgjort til bunden af ​​et King Air B200 -fly, indsamlet både hav- og vinddata over store områder på bare en flyover. Det malede et stort billede, samtidig med at det også validerede flådens computermodeller.

"Det var dybest set den første store validering, vi har foretaget, "Sagde Perkovic-Martin." CARTHE-teamet brugte vores data til at beslutte, hvor de skulle placere deres drifters. I fremtiden, vi vil bruge deres data, og de vil bruge vores til at forbedre modelleringen. "

"Vi var i stand til at studere vinden og strømmen i alle retninger over 25 kilometer, "Sagde Rodriguez." Hvis du skalerer dette op til rummet, i stedet for at dække jorden en gang om ugen, vi kan dække det en gang hver dag. "

Den slags nøjagtighed giver mere end bare sporing i realtid af miljøkatastrofer, som olieudslip. Det kan føre til forbedrede prognoser for, hvor den olie vil drive, og hvilke kystområder, der er mest udsatte. Mere grundlæggende, det kan øge vores forståelse af vigtige mekanismer, der styrer Jordens vejr og klima.

Det kan også gavne ruter, som i høj grad er afhængige af aktuelle målinger fra bøjer.

"Evnen til at kortlægge en kystregions strømme i høj opløsning ville være afgørende for områder som Alaska, hvor strømmen ud for en ujævn kyst er stærk og ændrer sig hurtigt, "Sagde Rodriguez.

Nu hvor instrumentet er blevet valideret, Perkovic-Martin sagde, DopplerScatt er tilgængelig til brug på fremtidige NASA luftbårne videnskabsmissioner.

QuickScat blev lanceret i 1999. På trods af en delvis instrumentfejl i 2009, det fortsætter med at levere kalibreringsdata til internationale scatterometer -satellitmissionspartnere. RapidScat sluttede to års succesfuld havvindovervågning ombord på den internationale rumstation i 2016.