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美国国家航空航天局建造动态天气传感器,用于追踪热带气旋

2021年末,位于中心的COWVR和未显示的TEMPEST被安装在国际空间站上,从那时起,它们为追踪热带气旋的预报员提供了宝贵的天气数据。这两个仪器是美国太空军STP-H8演示任务的一部分。

这对被称为COWVR和TEMPEST的组合正在证明,更小、更便宜的科学仪器可以在天气预报中发挥重要作用。

美国国家航空航天局最近建造了两台天气仪器,以测试小型、低成本传感器的潜力,从而完成体积更大、价格更高的卫星的一些工作。作为试运行,这两种仪器都超出了预期,它们已经为最具破坏性的风暴——热带气旋——提供了有用的预测信息。

COWVR(紧凑型海洋风矢量辐射仪的缩写)于2021年底发射到国际空间站,用于测量海洋表面的风速和风向,TEMPEST(风暴和热带系统时间实验)提供大气水蒸气测量。这两个仪器都是休斯顿8号太空测试计划(STP-H8)的一部分,这是一项由美国太空军资助的为期三年的演示任务,美国太空军也资助了COWVR的建设。TEMPEST由美国国家航空航天局建造,作为之前任务的备用飞行,太空军将其重新用于STP-H8。

美国联合台风警报中心正在使用根据其数据创建的图像来跟踪印度洋和太平洋热带气旋的位置和强度。事实上,夏威夷珍珠港台风中心的预报员使用了COWVR和TEMPEST图像来确定热带气旋Mandous的位置,该气旋于2022年12月席卷了印度南部的孟加拉湾。

国际空间站上的COWVR和TEMPEST仪器的数据被用来创建这张热带气旋Mandous的图像,预报员用它来了解2022年12月风暴的强度并预测其向印度南部的路径。

几个月来,总部位于加利福尼亚州蒙特雷的海军研究实验室(NRL)已将基于COWVR和TEMPEST数据的图像交付给该中心,该实验室一直在与美国国家航空航天局合作校准仪器并验证其数据。该中心主任布莱恩·斯特拉尔表示,风暴预报员一直在尝试这些图像,评估其对预测的影响,并将其与其他数据来源进行比较。

关于风暴结构和位置、风速和湿度的可靠、频繁更新的信息对于该中心追踪非洲东海岸和美洲西海岸之间的热带气旋的任务至关重要,该地区包括广阔的公海。

Strahl说:“在美国大陆以外——那里没有常规飞行的气象飞机——要想准确了解这些风暴的位置是很有挑战性的,所以我们依赖卫星。”。“我们相信,任何新增加的高质量数据都是非常有用的。”

更小、成本更低

COWVR和TEMPEST都测量来自地球大气层和表面的微波发射。来自微波读数的数据比来自红外或可见光的数据有优势:它们可以让预报员了解热带气旋的内部结构,并帮助他们定位风眼,即使它被云层遮挡。

十年前,美国国防部开始考虑下一代仪器,以取代WindSat等传感器,这是一种运行到2020年的国防部天气辐射计。

COWVR融合了美国国家航空航天局喷气推进实验室为该机构的杰森系列海洋观测卫星开发的技术和设计。有了杰森,工程师们在测量海面高度时必须校正大气中是否存在水蒸气。对于COWVR,水蒸气及其移动方式是焦点。

更大的天气辐射计通常是用旋转的盘子建造的,以实现比直接指向下方的仪器更广泛的覆盖范围。COWVR也使用旋转圆盘,但喷气推进实验室的工程师设法简化了仪器的设计,使其在不影响其功能的情况下更节能。

该仪器大约有一个微型桥那么大,重约130磅(60公斤),运行所需功率约为47瓦,与实际微型桥的功率需求大致相同。相比之下,WindSat的重量为990磅(450公斤),功率为350瓦。COWVR的设计和建设预算为2400万美元,约为WindSat成本的五分之一。

TEMPEST是美国国家航空航天局2018年TEMPEST-D任务遗留下来的一架备用飞机。它大约有一个麦片盒子大小,重约8磅(4公斤),耗电6.5瓦,预算不到200万美元。TEMPEST-D是由科罗拉多州立大学、喷气推进实验室和蓝峡谷科技公司的研究人员领导的立方体卫星演示。

喷气推进实验室COWVR首席研究员Shannon Brown表示:“美国国家航空航天局开发的这些仪器既紧凑又简单,没有许多移动部件,而且使用了几十年来成熟的技术。”。“我们现在看到,像这样的仪器可以和更昂贵的操作传感器一样发挥作用。”

除了STP-H8,美国国家航空航天局也在探索将COWVR和TEMPEST以及类似它们的小型卫星的数据用于自己的天气相关任务。

下一步是什么

海军研究实验室已将COWVR和TEMPEST的数据发送给美国国家飓风中心,预报员已开始对其进行评估。联合台风警报中心打算更仔细地研究COWVR的表面风速和风向数据,而不仅仅是图像,看看它是否能改善热带气旋预报。

海军研究实验室还继续评估COWVR和TEMPEST的原始数据,以用于美国海军的全球数值天气模型。

NRL负责校准和验证星载微波传感器数据的负责人Steve Swadley表示:“这些都是关键的幕后工作,使我们能够使用这些新仪器的测量结果感到自信。”。“到目前为止,它看起来真的非常好,所以这很令人兴奋。”


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