Forskere tager imod tips fra Twister for at jagte uhåndgribelige stormdata

Nogle gode ideer er født ud af mange års omhyggelig forskning. Andre er hentet fra plotlinjen i filmen "Twister".

Sidstnævnte er, hvordan Paul Markowski, professor i meteorologi, og Yvette Richardson, professor i meteorologi og prodekan for bacheloruddannelsen, Penn State College of Earth and Mineral Sciences, sætte en kurs for at skabe og affyre sonder i storme til, som de udtrykte det, "revolutionere vores forståelse af, hvordan tornadoer dannes."

I "Twister, " sonder bliver sendt ind i en storm ved at bruge fartpilot til at køre en lastbil fyldt med sensorer ind i en tornado. Penn State-forskere, forsøger at udfylde et tomrum i termodynamiske data fanget i og omkring storme, begyndte at søge måder at udtænke noget lignende.

Ved hjælp af et par heliumballoner, Scott Richardson, seniorforsker i meteorologi og atmosfærisk videnskab, udtænkt et billigt leveringssystem til kommercielt tilgængelige sonder. 13-grams sonden bruger to balloner til at opnå højde, før en ballon fjernskastes, tillader sonden, båret af den resterende ballon, at drive med vinden.

Hver enhed er i stand til at måle temperatur, fugtighed, tryk og GPS-placering i realtid. Forskere er i stand til at spore så mange som 34 sonder, selvom det tal stiger til hundredvis i den nyeste prototype.

"I 'Twister, ' sonder blev leviteret af en tornado, " sagde Markowski. "Vi svæver bare sonderne over jorden, og stormens indre vindfelt trækker dem ind. Hvis du har den rigtige slags storm og lancerer fra et fornuftigt område, det er svært at gå glip af."

I maj, Markowski og Yvette Richardson, bevæbnet med snesevis af sonder og tre 175-pund tanke med helium spændt fast til gulvet i en passagervogn, brugte en uge på at rejse 2, 200 miles, jagter storme i Great Plains for at teste enhederne. der, de havde flere vellykkede opsendelser i supercellestorme - den mest sandsynlige forløber for en tornado - herunder opsendelser nær Mannsville, Oklahoma, og Gove City, Kansas, , hvor mere end 20 sonder drev gennem hver af stormene i omkring 90 minutter, indsamling af data, der tidligere kun var blevet estimeret ved hjælp af computermodellering.

"Vi ville have elsket at have fløjet mere, men det er så mange, vi kunne puste op i den periode, " sagde Markowski. "Vi var heldige, at stormen bevægede sig langsomt."

Mens Markowski og Yvette Richardson skyndte sig fyldte og bandt balloner til sonder ved cirka tre minutter pr. klip, midt i regn og hård vind på en mark, de havde en tilbagevendende tanke, da enhederne løftede sig mod himlen:Vil dette overhovedet virke?

"Selvom vi havde planlagt så meget som muligt fremover, der var en risiko for, at det ikke ville virke, sagde Yvette Richardson.

Men det virkede. Beregninger for at bestemme de bedste lanceringspunkter, udført i Penn State af Shawn Murdzek, en bachelor forsker, viste sig at være effektive og proberne effektivt og jævnt fordelt.

Med radar, meteorologer har et bredt overblik over vindfeltet i en storm, men ved lidt om, hvordan kræfter forbundet med temperatur og tryk kan ændre den vind. Denne forskning har til formål at forklare, hvorfor vindene udvikler sig, og hvad der får tornadoer til at dannes.

"Radarerne giver os, hvad vinden gør, og disse sonder fortæller os, hvordan ttemperaturmønsteret ser ud i forhold til vinden, " sagde Yvette Richardson.

Det næste trin vil være at forbinde de nyfundne temperaturdata med radarvinddataene for at begynde at søge efter mønstre. At kende dette forhold kan hjælpe prognosemagere til bedre at forudsige, om en supercellestorm vil blive til en tornado.

"At kende termodynamikken i en storm hjælper os med at evaluere vores teorier for, hvordan tornadoer dannes, " sagde Yvette Richardson. "Lige nu, de er alle baseret på vores antagelser om, hvordan de ser ud fra enten numeriske modeller eller fra observationer, vi har fra biler, der kører rundt under en storm. Vi ved, hvordan temperaturen varierer langs jorden, men ikke over det. Denne forskning tilføjer det manglende led."

Nu hvor de ved, at det virker, næste skridt er at øge ante.

Forskerne arbejder sammen med en virksomhed, der er ved at udvikle en prototype, der er meget lettere, hvilket vil skære ned på størrelsen af ​​ballonerne, reducere påfyldningstider og øge sandsynligheden for, at de bliver suget ind af en storm. Andre muligheder, såsom balloner, der kan pustes op på forhånd, bliver også forfulgt.

Snart vil Markowski og Yvette Richardson vende tilbage til Great Plains med flere hænder og de opdaterede sonder.

"Vi vil virkelig gerne have vores elever derud. Det ville være fantastisk for dem og også give os flere håndsæt, " sagde Markowski. "Jeg tror, ​​du kommer til at høre meget om dette i de næste fem år. Vi kan godt lide tendenserne. Lettere, mindre, flere sonder kan spores. Virkelig er alle stjernerne på linje for at opnå fremgang i vores forståelse af storme og tornadoer."

Tidligt, Markowski og Yvette Richardson drømte om bestræbelser på at levere sonder til storme. I de tidlige stadier af bestræbelsen, de slog sig sammen med Jack Langelaan, lektor i rumfartsteknik, og rumfartsteknik doktorand John Bird, at bruge raketter til at frigive sonder med faldskærm, der kunne trækkes ind i storme. Holdet inkluderede også Mike Hickner, der havde til opgave at forbedre sondernes bionedbrydelighed, mindske miljøpåvirkningen.

I deres søgen efter dette højteknologiske leveringssystem, Markowski og Yvette Richardson begyndte at lede efter muligheder, der kunne få deres forskning i gang. Efter mange års brainstorming, to-ballon-tilgangen viste sig som den mest markklare løsning. Imidlertid, mange af målene med det oprindelige samarbejde, såsom at skabe biologisk nedbrydelige enheder til lave omkostninger, forblive.

"Ultimativt, forståelse er nødvendig for at gøre advarsler til offentligheden bedre, "sagde Markowski." For at forbedre advarsler, du har brug for enten en forbedring af teknologien, en forbedring af grundlæggende forståelse, eller begge. Forskere beskæftiger sig normalt med at forbedre forståelsen i stedet for at forbedre teknologien, men dette projekt, der involverede både videnskabsmænd og ingeniører, gav os en chance for at gøre begge dele."