IMAGEN: HIWRAP fue desarrollado por High Altitude Radar Grupo de Goddard. El equipo está integrado por (de izquierda a derecha): Lihua Li, Gerry McIntire, Michael Coon, Matthew McLinden, Gerry Heymsfield y Martin Perrine. McLinden llevó ...
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Poner tres radares en un avión para medir la precipitación puede parecer una exageración. Sin embargo, para la campaña de campo Experimental Integrada Precipitaciones e Hidrología en Carolina del Norte recientemente, más sin duda era mejor.
Los tres instrumentos, desarrollados por el grupo de radar de Gran Altitud del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, volaron como parte del programa de seis semanas-validación en tierra de la precipitación mundial Medición (GPM) de la misión, que tuvo lugar el 1 de mayo hasta el 15 de junio en los Apalaches del sur, específicamente para medir la lluvia en regiones de difícil pronóstico de montaña. Además de las mediciones de validación, la campaña probó algoritmos de procesamiento de datos efectuadas por el Core Observatorio GPM, lanzado en febrero.
La campaña representa una novedad para la NASA. Nunca antes la agencia volado más de dos sistemas de radar, sintonizados a diferentes frecuencias, para medir las precipitaciones en el campo. Además, dos de los instrumentos estaban haciendo su primer vuelo para demostrar las mejoras tecnológicas que pueden allanar el camino para futuras alto rendimiento radares de precipitación aeronáuticas o espaciales de transmisión para el estudio de las tormentas.
Misiones de precipitación futuros y, más particularmente, las nubes de aerosol Ecología, o ACE, la misión, que el Consejo Nacional de Investigación recomendó en su Tierra Ciencia Decadal Survey, han hecho que el desarrollo de nuevos sistemas de radar para observar las nubes y la precipitación ligera en una prioridad.
¿Por Radar y por qué tres?
La decisión de volar tres sistemas diferentes estaba lejos de ser una exageración, según los científicos de la campaña.
La lluvia viene en más de 31 sabores, desde pequeñas gotas de las nubes y la llovizna brumosa, de gruesas gotas de lluvia y los granizos de dos pulgadas, y, por supuesto, todo lo demás. Diferentes frecuencias de radar recogen diferentes tipos de precipitación, en general, en función del tamaño y de si las partículas son de hielo o líquido. Radares volando con múltiples frecuencias pueden estudiar más tipos de precipitación e identificar dónde se producen dentro de las nubes, dando a los científicos una visión más completa del funcionamiento interno de un temporal de lluvia.
En particular, las frecuencias inferior-microondas pueden detectar lluvia fuerte todo el camino hasta el suelo. Pero diminutas partículas de la nube requieren una señal de frecuencia de mayor microondas para detectarlas. Debido a que la señal a veces se atenúa antes de que lo hace todo el camino a través de la nube y de vuelta al radar, radares de precipitación tradicionalmente requiere una gran antena de alta potencia.
Lo que es viejo es nuevo otra vez
Introduzca el Sistema de Radar de nubes, un radar de 20 años de edad, que ha sido completamente reconstruida desde dentro hacia fuera, dijo Gerry Heymsfield del grupo Radar Gran Altitud de Goddard, que modernizó el instrumento. "El viejo era un buen radar," Heymsfield dijo, "pero la gran diferencia en el nuevo es que estamos usando un transmisor de estado sólido." El nuevo transmisor, que envía el pulso de radar, requiere menos energía, ocupa menos espacio, y devuelve resultados más fiables - avances que hacen que un sistema de radar más adecuado para aviones y satélites.
El Sistema de Radar de nubes también se divierte una nueva antena para la recepción de las señales de retorno de datos cargados, o retrodispersión, del pulso de radar. Socios en Northrup Grumman diseñó la nueva antena, liderado por Goddard investigador principal Paul Racette, y el resultado es una escala hacia abajo, dijo Heymsfield prueba-de-concepto de lo que algún día podría volar en el espacio.
El diseño del sistema de radar de la nube surgió a partir de un enfoque similar al grupo de Gran Altitud de radar utilizado para construir los otros dos radares que miden las precipitaciones durante la campaña: el viento a gran altitud y Lluvia Profiler (HIWRAP), y el ER-2 X-Band Radar (EXRAD).
Simulador de satélite
Durante la campaña de campo en Carolina del Norte, los tres radares volaban a una altitud de 65.000 pies en los aviones de la NASA ER-2, administrado por Armstrong Vuelo Research Center en Edwards, California. Debajo de la ER-2, un segundo avión, gestionado por la Universidad de Carolina del Norte, voló a través de las nubes para recoger datos sobre los detalles de las partículas de precipitación y en la nube. En la superficie, el equipo de GPM, de la NASA trabajó con prueba Hidrometeorológico cama de la NOAA y la Universidad de Duke para capturar la precipitación al chocar contra el suelo, el uso de radar con base en tierra que escanea el aire entre la superficie y las nubes de lluvia y una red de pluviómetros a través de las montañas y valles.
Durante la campaña de campo de seis semanas, HIWRAP - uno de los varios instrumentos que también se utilizan en el huracán de la NASA y Severe Storm Sentinel misión que vuelan a finales de este verano y otoño - se puso de pie en el satélite GPM. Sus dos frecuencias de radar, 35 gigahercios para lluvia ligera y 13.5 gigahertz de fuertes lluvias, son casi idénticos a los de doble frecuencia radar de precipitación del Core Observatorio GPM. Los científicos recogieron los datos, que ahora tendrán procesar con algoritmos informáticos específicamente diseñados para convertir los datos de radar de recuperación en las estimaciones de lluvia. Luego compararán esas estimaciones con los datos sobre el terreno para determinar si es necesario afinar los algoritmos, dijo Heymsfield.
EXRAD, como el Sistema de Radar Nube reestructurado, hizo su debut en vuelo durante la campaña. Se complementa HIWRAP reuniendo datos de los 10 gigahercios de frecuencia de banda ideal para la medición de grandes gotas de lluvia y el granizo en las tormentas. A diferencia de los otros radares que acaba de apuntar hacia abajo, EXRAD también tiene una capacidad de escaneo para capturar la lluvia sobre un campo de visión más amplio a continuación.
Capacidad de Steam
Múltiples radares con múltiples frecuencias que buscan en la misma tormenta siempre el equipo de la ciencia con una capacidad única, dijo Heymsfield. A medida que el ER-2 voló por encima, los radares y otros instrumentos capturan cómo se movió y cambió respecto a la otra con el tiempo la gama de gotas de las nubes, las gotas de lluvia y gránulos de hielo. Estas observaciones ponen en el centro de cómo se comportan los sistemas de tormentas, que a su vez dará lugar a mejores modelos que se utilizan para el tiempo y la previsión de inundaciones, dijo Heymsfield.
"Cuando nos fijamos en diferentes nubes con diferentes frecuencias, que dice mucho acerca de las partículas de las nubes que están allí", dijo Heymsfield. "Tener cuatro frecuencias en el ER-2 nos permitió medir una gama mucho más amplia de la nube y la precipitación que ayudará tanto GPM y futuras misiones de nubes y precipitación."
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