Frit delte satellitdata forbedrer vejrudsigten

Den 18. nov. 2017, National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) og NASA lancerede Joint Polar Satellite System, den første i en avanceret serie af polar-kredsende vejrsatellitter.

Den nye satellit, navngivet NOAA-20 efter lanceringen, fortsætter arven fra at give videnskabsmænd og borgere over hele verden gratis adgang til de vejrdata, den indsamler – uden begrænsninger eller kryptering.

I årtier, verdens meteorologiske satellitsamfund har opereret under en politik med frit delt data. Det repræsenterer en filosofi og en samarbejdsmodel, som først blev fremmet af USA og vedtaget af globale satellitbureauer, som varer ved uanset politisk eller national overbevisning.

Det er også en arv og filosofi med rødder, der går årtier tilbage til University of Wisconsin-Madison Space Science and Engineering Center og Cooperative Institute for Meteorological Satellite Studies.

"Vi hos SSEC og CIMSS er meget stolte af vores del i at etablere og promovere denne verdenssamfunds tilgang til bedre forståelse og forudsigelse af vejr og klima, " siger SSEC-forsker Liam Gumley.

Bedre prognoser med NOAA-20

I begyndelsen af ​​1980'erne, videnskabsmænd ved SSEC udviklede nogle af de første softwareværktøjer til at behandle data fra instrumenter på NOAAs tidlige polar-kredsløbende satellitserie kendt som TIROS.

I dag, Gumley har specialiseret sig i at modtage og behandle data fra satellitter som NOAA-20 til brug for alle fra andre forskere og meteorologer til den brede offentlighed.

NOAA-20-satellitten blev designet til at cirkle rundt om planeten 14 gange hver dag. Fra sin lave bane lidt over 500 miles over Jorden, den indsamler data i høj opløsning i på hinanden følgende strenge for at konstruere et billede af planeten to gange dagligt.

Satellitten slutter sig til sin forgænger, Suomi NPP (opkaldt efter SSECs grundlægger, afdøde professor Verner Suomi), samt satellitter, der drives af andre lande, ved at foretage vigtige målinger af jordens miljø, danner rygraden i det globale observationssystem ved at levere detaljerede oplysninger om tilstanden af ​​planetens atmosfære, land og oceaner.

Gumley og hans team, andre videnskabsmænd ved SSEC, og videnskabsmænd verden over bruger NOAA-20's data på tre forskellige måder:for at forbedre prognoser; at hjælpe med beslutningstagning i realtid; og at analysere globale miljøprocesser over længere perioder.

Forbedring af prognoser er altafgørende for forskere som Gumley, hvem bemærker, at mens vejrballoner, fly, jordbaserede instrumenter og andre kilder leverer data, der indgår i vejrudsigelsesmodeller, "langt, den vigtigste datakilde er satellitdata, " han siger.

Data fra disse satellitter - som alle har infrarøde og mikrobølgesensorer ombord - er afgørende for den numeriske vejrudsigt (NWP) i hjertet af amerikansk prognose, som udnytter computernes kraft til at køre algoritmer, der behandler enorme mængder satellitdata.

At gøre satellitdata tilgængelige

Data fra alle amerikanske geostationære og polære kredsløbssatellitter lagres i NOAAs CLASS-arkiv (Comprehensive Large Array-Data Stewardship System) inden for omkring 10 timer efter indsamling. Alle kan besøge CLASS og downloade disse data.

Imidlertid, dem, der er interesseret i eller har behov for at få dataene hurtigere – som vejrbureauer til prognoseformål – kan installere en antenne og specifik hardware for at modtage data i realtid, direkte fra satellitten. Inden for få minutter efter digitalisering på satellitten, disse direkte udsendelsesdata sendes til modtagerne nedenfor.

I udviklingslande, hvor anskaffelse og drift af det rigtige udstyr til direkte at modtage og behandle dataene kan være omkostningskrævende, Gumley siger, at for mindre end $1, 000 kan de købe en lille antenne eller computer til at modtage genudsendelser fra en anden kilde.

For NOAA-20, det europæiske satellitagentur EUMETSAT eller NOAA kan modtage og behandle dataene, uplink det til en telekommunikationssatellit, og derefter sende det ned igen på et signal svarende til et digitalt fjernsyn.

Genudsendelse sker ikke direkte hos SSEC, Gumley siger, men centret hjælper EUMETSAT med nogle af dataene for at genudsende dem over Europa som en del af et system kaldet EUMETCast.

"Det er glædeligt at se, at alle pengene, ekspertise og hårdt arbejde, der går i at bygge disse systemer, resulterer i noget, der deles til det globale bedste, " siger Gumley.

Forbinder beslutningstagere med satellitdata

Data fra satellitter som NOAA-20 spiller også en nøglerolle i beslutningstagningen, især når tiden er afgørende. Forskere som Gumley er kritiske til denne bestræbelse.

Satellitdatatjenester hos SSEC indtager og arkiverer daglige data fra adskillige satellitter. Med næsten øjeblikkelig adgang, Gumley og kolleger kan se og analysere satellitdatastrømme og billeder på 15 minutter eller mindre.

Faktisk, hans team udviklede en suite af software kaldet Community Satellite Processing Package (CSPP), som kan downloades fra programmets hjemmeside, uden omkostninger eller begrænsninger, rettet mod at understøtte beslutningsprocessen i USA og gøre den mere økonomisk for andre lande.

Som en del af en samfundsindsats, SSEC og partnerwebsteder har udviklet CSPP-produkter, der konverterer digitale satellitsignaler til brugbar information. Produkterne kan bruges til at opdage brande, få information om temperatur og vanddamp, vurdere vegetation med mere. Dataene kan hjælpe med vejrudsigt og katastroferespons.

Den umiddelbarhed, det giver brugerne, ligesom NOAA's National Weather Service, giver dem mulighed for hurtigt at vurdere situationer, der kan påvirke den offentlige sikkerhed. For eksempel, VIIRS Day/Night Band på NOAA-20 kan registrere nattetåge i dale. Hvis lavtliggende tåge dækker en meget tilbagelagt mellemstatslig vej, prognosemænd kan hurtigt informere statens motorvejspatrulje eller andre relevante instanser for at advare chauffører om nedsat sigtbarhed.

Eller, bemærker Gumley, "brande kan ses fra satellitbilleder, også. Hvis vi ser en brand på en bestemt bredde- og længdegrad, vi kan underrette brandvæsenet, så de kan sende personale ud."

Forskere bruger også disse data til at studere globale processer over en længere periode (20-30 år) for at bestemme klimatendenser. For eksempel, forskere har allerede fastslået, at skyer er en vigtig variabel i det globale strålingsbudget. For i dag, siger Gumley, spørgsmålet er:"Ser vi mere eller mindre høje skyer som følge af klimaændringer?"

NOAA-20 vil fortsætte disse og andre typer observationer indsamlet og arkiveret fra tidligere generationer af satellitter i de sidste 25 år, hvilket gør identifikation af tendenser mere pålidelige.

Derudover Gumleys gruppe er en del af jordholdet, der har til opgave at karakterisere dataene fra NOAA-20 for deres fuldstændighed, gyldighed, nøjagtighed og konsistens. Startede tre dage efter lanceringen, og da sensorer ombord på rumfartøjet blev tændt, hans team har arbejdet sammen med NASA og NOAA for at sikre integriteten af ​​flere terabyte data hver dag.

"Nu hvor NOAA har givet grønt lys, " siger Gumley, "vi leverer det til NWP-centre, så de kan begynde at evaluere NOAA-20-dataene, også."

Sporing tilbage til Suomi NPP og udvider til NOAA-20, SSEC er også fortsat involveret i en kontrakt med NASA om at skabe atmosfæreprodukter, der understøtter langsigtede klimastudier, kaldet Science Investigator-led Processing Systems (SIPS). Det er den eneste af seks grupper involveret i SIPS-udvikling, der er baseret uden for NASA.

For Gumley, det er givende at arbejde i et globalt samarbejde, hvor på trods af forskellige miljøer og lokationer, alle modtager de samme data og er interesserede i at bruge dem til at forbedre prognoser og studere miljøforhold.

"Det er ikke kun USA, men på grund af dets eksempel, alle de store satellitoperatører deltager, " han siger.