Et fugleperspektiv af Arktis

Droner og andre ubemandede teknologier kan omkostningseffektivt indsamle vejrdata i barske eller fjerntliggende miljøer og bidrage til bedre vejr- og klimamodeller, ifølge en ny undersøgelse fra CIRES og NOAA forskere. Ubemandede fly og instrumentbærende bundne balloner hjælper med at udfylde kritiske datahuller over vanskeligt at prøve overflader i Arktis, herunder nydannet havis og delvist frossen tundra.

"Vi viser, at vi har evnen til at implementere ubemandede fly og bundne ballonsystemer rutinemæssigt i et meget hårdt miljø til målrettede feltkampagner. Vi støtter også udviklingsbestræbelser for at gøre disse teknologier tilgængelige for det bredere videnskabelige samfund, "sagde Gijs de Boer, en CIRES -forsker, der arbejder i NOAA Earth System Research Laboratory og hovedforfatter af papiret, offentliggjort 29. juni i Bulletin fra American Meteorological Society .

Fællesskaber, virksomheder, og regeringer rundt om i verden har brug for nøjagtige og rettidige vejr- og klimaprognoser til planlægning og sikkerhed. En nøgle til forbedring af prognosemodeller er at få yderligere data, mangler især fjerntliggende steder som Arktis. Denne forskning, et samarbejde mellem CIRES og NOAA forskere, sammen med United States Department of Energy (DOE) og universitetspartnere, blev designet til at undersøge, om droner og andre ubemandede teknologier kan supplere og forbedre mere konventionelle måder at indsamle atmosfæriske data på.

I den nye undersøgelse, forskerne finder ud af, at ubemandede fly og bundne ballonsystemer-samlet kendt som ubemandede flysystemer eller UAS'er-kan hjælpe med at udfylde datahuller og er velegnede til rutineflyvninger i Arktis. Og på grund af arbejdet udført af DOE's Atmospheric Radiation Measurement (ARM) brugerfacilitet, i partnerskab med de Boer og hans kolleger for at udvikle disse state-of-the-art ubemandede teknologier, ARM accepterer nu forslag fra atmosfæriske forskere om at implementere UAS'er på deres forskningssteder.

Siden 1997 har ARM -brugerfaciliteten har samlet målinger af skyer, aerosoler, atmosfærisk tilstand, og stråling ved deres nordlige skråning i Alaska -observatoriet nær Utqiaġvik (tidligere Barrow). Yderligere målinger er blevet foretaget ved Atqasuk (ca. 60 miles inde i landet fra Utqia? Vik) og Oliktok Point (et andet kyststed, 165 miles sydvest for Utqiaġvik). Disse observatoriebaserede målinger har hjulpet forskere med bedre at forstå det arktiske natursystem.

Når det er jordbaseret, stationære instrumenter tager målinger, disse observationer er begrænset til denne placering eller et scanningsinstruments synsfelt. Ubemandede fly eller bundne balloner kan foretage målinger over meget større områder. I erkendelse af potentialet i UAS -observationer, DOE fremmede acceleration af videnskabelige UAS -indsatser i Arktis fra og med 2015.

"Overfladen omkring ARM's North Slope -steder er meget heterogen, så de oplysninger, som disse teknologier kan levere, er yderst værdifulde for at forstå, hvilken indvirkning den varierede overflade har på atmosfæriske egenskaber, "sagde James Mather, ARM teknisk direktør.

I en række kampagner, de Boer og hans kolleger sammen med ARM -medarbejdere fløj forskellige ubemandede fly, og ARM -personale fra Sandia National Laboratory lancerede bundne balloner, demonstrerer stadig mere avancerede og miniaturiserede målefunktioner - herunder NOAA's Printed Optical Particle Spectrometer, eller POPS - mens operationerne udvides til hårdere arktiske forhold. Sammen, disse UAS'er giver detaljerede profiler af atmosfæriske egenskaber - herunder termodynamik, vind, stråling, aerosoler, skymikrofysik - der giver en mere omfattende forståelse af Arktis lavere atmosfære.

Fordi de er taget på stedet, eller på stedet af interesse, atmosfæriske målinger taget med ubemandede flysystemer kan bedre repræsentere lokale forhold, og fodring af disse observationer i vejr- eller klimamodeller gør modellerne mere præcise. "Med balloner og ubemandede fly, vi får et andet perspektiv, "sagde de Boer." Vi kan dække større områder og få en distribution, for eksempel, af temperaturvariationer omkring et websted. Med UAS'er kan vi prøve på tværs af en models netboks i stedet for på et enkelt tidspunkt, og det er vigtigt for modeludvikling. "

Ud over hans arktiske forskning, de Boer er arrangør af årets årlige samling af et internationalt samfund, der bruger UAS til atmosfærisk forskning kendt som ISARRA, kort for International Society for Atmospheric Research ved hjælp af fjernstyrede fly. Efter en ugelang konference på University of Colorado i Boulder, over hundrede forskere, ingeniører og flypiloter vil omgrupperes til en uges videnskabelige flyvninger i det sydlige Colorado's San Luis Valley.

De Boer, sammen med CIRES, NOAA, og ARM -kolleger, vender tilbage til Alaskas nordlige skråning senere på sommeren for endnu en felttog. Som en del af Verdens Meteorologiske Organisations og World Climate Research Programme's Year of Polar Prediction, forskerne vil bruge ubemandede fly og bundne balloner til at observere og modellere den arktiske lavere atmosfære på DOE Oliktok Point -stedet. De går også sammen med University of Alaska Fairbanks og partnere om at tage UAS -målinger over Ishavet for bedre at forstå, hvordan vinden påvirker havblanding.