GPS-Track kann Wirbelstürme Winde

Die Art und Weise Funksignale von GPS-Satelliten hüpfen bei Stürmen jetzt Wissenschaftler helfen können ableiten Windgeschwindigkeiten in Hurrikane, Einsichten, das könnte helfen, die Schwere der Stürme besser vorhersagen und wo sie geleitet werden könnte.

Tausende von Meilen über der Erde, GPS Satelliten (GPS) im Orbit Netzwerke ständig Funksignale Strahl auf den Boden, die beide zu offenbaren, wo jeder Satellit ist und wann die Nachricht gesendet wurde. Diese Satelliten dienen somit als Punkte, denen GPS-Empfänger auf verweisen können, um ihre eigene Position zu berechnen.

Funkwellen können Flächen abprallen Spiegel viel wie wie sichtbares Licht reflektiert. Rund 60 Prozent der Funksignale von GPS-Satelliten spiegeln sich Gewässer wie der Ozean und zurück in den Himmel. Im Gegensatz zu spiegeln, die Oberfläche des Ozeans ist jedoch selten ruhig und flach – Wind weht über Gewässer erzeugt Wellen.

"Stellen Sie sich vor Sie Schlag auf einen warmen Teller Suppe,", sagte der Forscher Stephen Katzberg, Forschungsingenieur bei NASA Langley Research Center in Hampton, Virginia "schwerer Schlag, desto größer die Wellen in der Schüssel sind."

Bei der GPS-Signale eine Welle ricochet, verzerrt die raue Oberfläche des Wassers die Reflexion durch Streuung der Signale in einer Vielzahl von Richtungen. Durch die Analyse dieser Verzerrung, können Katzberg und seine Forscherkollegen Grund, wie hart das Wasser ist und somit wie starke der Wind weht.

"Das GPS-System für die Navigation enthält alle Elemente der Fernerkundung. Du musst nur den richtigen Weg betrachten,"sagte Katzberg LiveScience.

Wissenschaftler messen derzeit Hurrikan Windgeschwindigkeiten durch Fallenlassen einer Röhre verpackt mit wissenschaftlichen Instrumenten zu stürmen. Diese Pakete, genannt Dropsonden, sind auf kleine Fallschirme, die von Flugzeugen abgeworfen geschnallt und Daten zu sammeln, wie sie fallen. Jedes Gerät misst Druck, Feuchtigkeit und Temperatur zusätzlich Windgeschwindigkeit.

Die Sturm-Jagd-Flugzeuge von der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), den Spitznamen Hurrikan-Jäger, fallen in der Regel über 20 Einweg-Dropsonden, jeder kostet über $750, in jedem Sturm. Die neue GPS-basierte Methode zur Messung der Windgeschwindigkeit könnte sorgen für einen wesentlich geringeren Kosten weitaus umfangreicher Blick auf ein Sturmwind beschleunigt. [Bilder: NASA Hurricane Jäger]

Das GPS-basierte System umfasst GPS-Empfänger-Chips befindet sich im Flugzeug. Ein Computer vergleicht Funkwellen kommen direkt vom Satelliten über mit reflektierten Signale aus dem Meer unten und berechnet eine ungefähre Windgeschwindigkeit mit Genauigkeit, die in 11 km/h (18 km/h). Zum Vergleich: die Windgeschwindigkeit eine Midrange ist Kategorie 3 Hurrikan etwa 123 km/h (200 km/h).

Da die Dropsonden teuer sind, sie werden in einem ausgebreiteten Muster freigesetzt und Meteorologen müssen einige Vermutungen zu verwenden, um die Lücken zu füllen. Im Vergleich dazu kann die GPS-basierte Methode ständig Daten über den Wind unten sammeln.

"Sie schon waren, haben diese GPS-Systeme an Bord, also warum nicht erhalten zusätzliche Informationen über die Umgebung um Sie herum", sagte Katzberg.

Ergänzende Systeme

Die GPS-basierte Technik Nachteile aufweist, warnte Katzberg. Zum Beispiel bieten Dropsonden derzeit Wind Geschwindigkeitsmessungen, die 10-mal genauer als die von GPS sind. Darüber hinaus, da die GPS-basierte Methode große Gewässern zu arbeiten erfordert, kann es über Land verwendet werden. Darüber hinaus in den Fällen wo der Oberfläche des Ozeans abgehackt ohne Wind, wie das Auge eines Stormhurricane sagte Katzberg andere Werkzeuge benötigt werden, um eine genaue Wind-Geschwindigkeit-Messung zu erhalten.

"Die GPS-Technik, während nützlich, da es sich gezeigt hat, hat praktische Grenzen als auch" Katzberg sagte.

Das Endziel dieser GPS-basierte Methode ist nicht Dropsonden zu ersetzen, sondern eine viel breitere Sicht der Windgeschwindigkeiten bieten die Dropsonden den Daten hinzufügen. Als GPS-Satelliten verbessern, "Wind Geschwindigkeitserkennung per GPS kann letztlich Dropsonde Genauigkeit nähern, aber die beiden meist verschiedene Dinge messen", sagte Katzberg.

Das neue System ist derzeit während des Fluges auf Hurrikan-Jäger getestet bekommen. Es kann auch auf implementiert werden Satelliten in der Zukunft, sagte Katzberg – im Jahr 2016, NASA plant, ein System von kleinen Satelliten namens der Zyklon Global Navigation Satellite System (CYGNSS) zur Messung der reflektierten GPS-Satellitensignale aus niedrigen Orbit, Sturm Windgeschwindigkeiten aus dem Weltraum zu überwachen.

Radiowellen von anderen Arten von Satelliten könnte auch helfen, Katzberg sagte, einschließlich Reflexionen des mächtigen Satellitenübertragungen von DirecTV und Sirius XM Radio.

"Die Signale sind extrem leistungsstark und leicht zu erkennen", sagte Katzberg. "Diese Satelliten Hunderte von Millionen oder sogar Milliarden von Dollar Kosten, aber unser System kostet nur ein paar hundert. Wir nehmen die teure Infrastruktur, die bereits dort."

Katzberg und seine Kollegen Jason Dunion und George Ganoe detailliert ihre Ergebnisse online-Juni 1 in der Zeitschrift Radio Science.