美國噴氣推進實驗室(jpl)研制開發的dopplerscatt雷達將安放至king air b200飛機底部。
洋流和風形成一個連續反饋圈:風吹過海洋表面,形成洋流;同時,這些由熱水或冷水形成的洋流對風速產生影響。
這種微妙的相互作用對于了解氣候變化至關重要。對洋流和風的互動進行數據收集也可以幫助人們進行石油泄漏跟蹤、船舶航線規劃以及對海洋與漁業生產力關系的認知。
諸如美國航空*(nasa)的quickscat和rapidscat衛星儀器設備已經分別對洋流、或風速等要素進行測量。然而,由位于加州帕薩迪納nasa噴氣推進實驗室(jpl)開發的一項新的機載雷達儀器能夠對兩者同時進行測量。
稱為dopplerscat的儀器是一個可以對海洋表面進行聲脈沖(pings)的旋轉雷達,能夠進行多方向即時測量。這是對先前技術的一次增強,原先的技術多從一個或兩個方向同時測量洋流,無法象這一新工具那樣對海面其他屬性進行*觀測。
jpl該儀器開發負責人ernesto rodriguez指出,這些監測將使dopplerscat成為未來衛星任務的有益補充。
rodriguez 表示,dopplerscatt提供了的風和洋流同步觀測能力。通過對大幅寬觀測結果連結,現在可以基于高分辨率獲得海洋和大氣相互作用快照,這種結果用之前的觀測工具是做不到的。
在jpl進行dopplerscatt開發的經費來自jpl地球科學技術辦公室。與高速公路測速槍一樣,它可以對地物反射雷達信號進行多普勒效應測試。當目標物體靠近或遠離時,它監測到這些變化,計算出速度和軌跡。
這些測量結果與散射儀的海洋表面反射雷達信號測量數據相結合。雷達觀察到的“散射”越多,波浪粗糙度越大。通過粗糙度和波浪方向,可以計算風速和風向。
2016年完成2個場站測試之后,今年4月,在dopplerscatt團隊與幾個研究機構進行墨西哥灣北部海岸外科學研究時,找到了dopplerscatt的理想試驗場。
稱作splash(submesoscale processes and lagrangian analysis on the shelf)的研究計劃,關注石油溢出和泄漏跟蹤。由環境中碳氫化合物運移高級研究聯盟(carthe)牽頭,一個研究小組專注于這些泄漏對環境產生影響問題。
splash的設計主要用來對墨西哥灣的石油漂浮物進行觀測,被沖上沙灘,還是影響密西西比河口的水質。carthe團隊研究依賴于“漂流器(drifters)”——附有gps控制單元的環狀漂浮物。
作為carthe團隊成員之一的美國研究實驗室,提供高分辨率計算機模型,預測洋流和漂流器的位置流向。
在加入jpl dopplerscatt團隊后,rodriguez和研究員dragana perkovic-martin發現一個證明jpl技術價值的機會。漂流器和建模一起,可以提供dopplerscatt測量結果的獨立驗證方法,同時,提供他們自己*的數據集。
漂流器存在一些限制因素,只能以幾天時間尺度對稀疏區域進行有限的海洋數據收集。而固定在king air b200飛機底部的dopplerscatt,只要通過一次航空飛行,可以同時對一大片區域的海洋和風力數據進行收集。它描繪出一個大型畫面,同時對計算機模型進行驗證。
perkovic-martin表示,基本上這是他們做的次大規模驗證。carthe團隊使用這些數據來決定放置其漂流器的位置。今后,他們將互相使用數據,來提高建模水平。
rodriguez 指出,他們已能夠對覆蓋16英里(25公里)范圍各個方向的風和洋流進行研究。如果你將這個尺度擴大到太空,替代每隔一周覆蓋地球的能力,可以每天一次對地球進行覆蓋。
這種精度超越了對石油泄漏的環境災難進行實時跟蹤的要求。它可能引導提高石油漂移位置和危險沿海地區的預測水平。從根本上說,它可以提高對支配地球天氣和氣候重要機制的認知。它還可以使船舶航線受益,現有測量很大程度上依賴浮標。
rodriguez 提出,高分辨率測量沿海地區洋流能力對于諸如阿拉斯加那樣的地區至關重要,那些地區參差不齊的海岸帶以外的洋流表現猛烈,并且變化迅速。
perkovic-martin提到,現在儀器已經得到驗證,dopplerscatt將應用于nasa未來機載科學任務。
quickscat于1999年發射升空。盡管2009年部分儀器出現故障,它仍繼續為散射儀衛星任務合作伙伴提供校準數據。2016年,rapidscat成功結束兩年期空間站海洋風監測任務。
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