Oceaanstromingen en winden vormen een eindeloze terugkoppeling:wind waait over het oppervlak van de oceaan, daar stromingen creëren. Tegelijkertijd, het warme of koude water in deze stromingen beïnvloedt de windsnelheid.

Deze delicate dans is cruciaal om het veranderende klimaat op aarde te begrijpen. Het verzamelen van gegevens over deze interactie kan mensen ook helpen olielozingen op te sporen, scheepvaartroutes plannen en inzicht krijgen in de oceaanproductiviteit in relatie tot visserij.

Er bestaan ​​al instrumenten die oceaanstromingen meten, en anderen die wind meten, zoals NASA's QuickScat en RapidScat. Maar een nieuwe, radarinstrument in de lucht, ontwikkeld door NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië, kan beide meten.

genaamd DopplerScat, het instrument is een draaiende radar die het oceaanoppervlak "pingelt", waardoor het metingen vanuit meerdere richtingen tegelijk kan uitvoeren. Het is een stap hoger dan eerdere technologie, die tegelijkertijd stroom uit één of twee richtingen zou kunnen meten, en kon de eigenschappen van het zeeoppervlak niet zo volledig meten als dit nieuwe instrument.

Deze metingen zouden DopplerScat een waardevolle aanvulling maken op toekomstige satellietmissies, zei Ernesto Rodriguez, wetenschappelijke lead voor het instrument bij JPL.

"DopplerScatt geeft ons ongekende gelijktijdige observatie van wind en stroming, " zei Rodriguez. "Omdat het observaties van het oppervlak over een breed strook combineert, we kunnen nu een momentopname met hoge resolutie maken van de op elkaar inwerkende oceaan en atmosfeer die niet beschikbaar was met eerdere instrumenten."

DopplerScatt is ontwikkeld bij JPL met financiering van NASA's Earth Science Technology Office. Net als bij het snelheidspistool van een snelwegpatrouille, het berekent het Doppler-effect van een radarsignaal dat terugkaatst op een object. Als dat object dichterbij of verder weg beweegt, het detecteert deze veranderingen en berekent zijn snelheid en traject. Die metingen worden gecombineerd met gegevens van een scatterometer, die de reflectie van het radarsignaal van het oceaanoppervlak detecteert. Hoe meer "verstrooiing" de radar waarneemt, hoe ruwer de golven. Van de ruwheid en oriëntatie van de golven, windsnelheid en -richting kunnen worden berekend.

Hoewel het in 2016 op twee veldlocaties was getest, DopplerScatt vond afgelopen april zijn ideale proefterrein, toen het DopplerScatt-team zich bij verschillende instanties voegde die wetenschappelijk onderzoek uitvoerden voor de kust van de Golf van de VS.

Het initiatief, genaamd de Submesoscale Processen en Lagrangian Analysis on the Shelf (SPLASH) campagne, was gericht op het opsporen van olielekkages en -lekken. Het werd geleid door het Consortium for Advanced Research on Transport of Hydrocarbon in the Environment (CARTHE), een onderzoeksteam dat zich richt op de invloed van deze lekken op het milieu.

SPLASH is ontworpen om te kijken hoe olie drijft in de Golf van Mexico, landen op stranden of de waterkwaliteit aan de monding van de rivier de Mississippi aantasten. Het onderzoek van het CARTHE-team was gebaseerd op "drifters" - donutvormige drijvers met daaraan bevestigde GPS-eenheden.

Het U.S. Naval Research Laboratory, een lid van het CARTHE-team, leverde computermodellering met hoge resolutie om de stromingen te voorspellen en waar de zwervers zouden gaan.

Betreed het DopplerScatt-team van JPL. Rodriguez en hoofdonderzoeker Dragana Perkovic-Martin zagen een kans om de waarde van de JPL-technologie te bewijzen. Samen, de drifters en modellering zouden onafhankelijke validatie van DopplerScatt's metingen kunnen bieden, terwijl het zijn eigen unieke dataset biedt.

De zwervers zijn beperkt omdat ze alleen oceaangegevens verzamelen, en doe dit in de loop van dagen in schaarse regio's. DopplerScatt, bevestigd aan de onderkant van een King Air B200-vliegtuig, verzamelde zowel oceaan- als windgegevens over uitgestrekte gebieden in slechts één viaduct. Het schetste een grootschalig beeld terwijl het ook de computermodellen van de marine valideerde.

"Het was eigenlijk de eerste grootschalige validatie die we hebben gedaan, " Zei Perkovic-Martin. "Het CARTHE-team gebruikte onze gegevens om te beslissen waar ze hun zwervers moesten plaatsen. In de toekomst, we zullen hun gegevens gebruiken en zij zullen de onze gebruiken om de modellering te verbeteren."

"We waren in staat om de wind en stroming in alle richtingen te bestuderen over een afstand van 25 kilometer, " zei Rodriguez. "Als je dit opschaalt naar de ruimte, in plaats van de aarde eens per week te bedekken, we kunnen het een keer per dag afdekken."

Dat soort nauwkeurigheid biedt meer dan alleen realtime volgen van milieurampen, zoals olierampen. Het zou kunnen leiden tot betere voorspellingen van waar die olie zal drijven en welke kustgebieden het meeste risico lopen. Meer fundamenteel, het zou ons begrip kunnen vergroten van belangrijke mechanismen die het weer en klimaat op aarde beheersen.

Het kan ook de scheepvaartroutes ten goede komen, die grotendeels afhankelijk zijn van stroommetingen van boeien.

"De mogelijkheid om de stromingen van een kustgebied in hoge resolutie in kaart te brengen, zou van cruciaal belang zijn voor gebieden als Alaska, waar de stroming voor een grillige kust sterk is en snel verandert, ' zei Rodríguez.

Nu het instrument gevalideerd is, Perkovic-Martin zei:DopplerScatt is beschikbaar voor gebruik bij toekomstige NASA-wetenschappelijke missies in de lucht.

QuickScat gelanceerd in 1999. Ondanks een gedeeltelijke storing van het instrument in 2009, het blijft kalibratiegegevens verstrekken aan internationale scatterometer-satellietmissiepartners. RapidScat beëindigde in 2016 twee jaar succesvolle monitoring van de oceaanwind aan boord van het internationale ruimtestation ISS.