Sommige geweldige ideeën zijn geboren uit jarenlang nauwgezet onderzoek. Anderen zijn afgeleid van de verhaallijn van de film 'Twister'.

Dit laatste is hoe Paul Markowski, hoogleraar meteorologie, en Yvette Richardson, hoogleraar meteorologie en associate dean voor undergraduate onderwijs, Penn State College van Aard- en Minerale Wetenschappen, koers zetten om sondes in stormen te creëren en te lanceren, zoals ze het zeggen, "revolutie ons begrip van hoe tornado's ontstaan."

In "Twister, " sondes worden in een storm gelanceerd door cruise control te gebruiken om een ​​vrachtwagen vol sensoren een tornado in te drijven. Penn State onderzoekers, proberen een leegte te vullen in thermodynamische gegevens die zijn vastgelegd in en rond stormen, begon te zoeken naar manieren om iets soortgelijks te bedenken.

Met behulp van een paar heliumballonnen, Scott Richardson, senior onderzoeksmedewerker in meteorologie en atmosferische wetenschap, bedacht een goedkoop leveringssysteem voor in de handel verkrijgbare sondes. De sonde van 13 gram gebruikt twee ballonnen om hoogte te bereiken voordat één ballon op afstand wordt afgeworpen, de sonde toestaan, gedragen door de overgebleven ballon, meedrijven met de wind.

Elk apparaat kan temperatuur meten, vochtigheid, druk en GPS-locatie in realtime. Onderzoekers kunnen maar liefst 34 sondes volgen, hoewel dat aantal toeneemt tot honderden in het nieuwste prototype van de sonde.

"In 'Twister, ' sondes werden zweefde door een tornado, "Zei Markowski. "We laten de sondes gewoon boven de grond drijven en het interne windveld van de storm trekt ze naar binnen. Als je de juiste soort storm hebt en start vanuit een gevoelig gebied, het is moeilijk te missen."

In mei, Markowski en Yvette Richardson, gewapend met tientallen sondes en drie tanks van 175 pond helium vastgebonden aan de vloer van een passagiersbusje, bracht een week door met reizen 2, 200 mijl, stormen achtervolgen in de Great Plains om de apparaten te testen. Daar, ze hadden verschillende succesvolle lanceringen in supercelstormen - de meest waarschijnlijke voorloper van een tornado - inclusief lanceringen in de buurt van Mannsville, Oklahoma, en Gove City, Kansas, , waar meer dan 20 sondes gedurende ongeveer 90 minuten door elk van de stormen dreven, het verzamelen van gegevens die voorheen alleen werden geschat met behulp van computermodellering.

"We hadden graag meer gevlogen, maar zo veel konden we in die periode opblazen. "Zei Markowski. "We hadden geluk dat de storm langzaam bewoog."

Terwijl Markowski en Yvette Richardson haastig ballonnen vulden en aan sondes bonden met een snelheid van ongeveer drie minuten per clip, te midden van regen en harde wind in een veld, ze hadden één terugkerende gedachte toen de apparaten naar de hemel stegen:zal dit zelfs werken?

"Hoewel we zoveel mogelijk vooruit hadden gepland, er was een risico dat het niet zou werken, ' zei Yvette Richardson.

Maar het werkte wel. Berekeningen om de beste startpunten te bepalen, gedaan in Penn State door Shawn Murdzek, een niet-gegradueerde onderzoeker, bleek effectief en de sondes efficiënt en gelijkmatig verspreid.

Met radar, meteorologen hebben een brede kijk op het windveld van een storm, maar weten weinig over hoe krachten die verband houden met temperatuur en druk die wind kunnen veranderen. Dit onderzoek heeft tot doel uit te leggen waarom de winden evolueren en waardoor tornado's ontstaan.

"De radars geven ons wat de wind doet en deze sondes vertellen ons hoe het temperatuurpatroon eruit ziet in relatie tot de wind, ' zei Yvette Richardson.

De volgende stap zal zijn om de nieuw gevonden temperatuurgegevens te koppelen aan de radarwindgegevens om te beginnen met zoeken naar patronen. Het kennen van deze relatie kan voorspellers helpen beter te voorspellen of een supercelstorm in een tornado zal veranderen.

"Het kennen van de thermodynamica binnen een storm helpt ons onze theorieën te evalueren over hoe tornado's ontstaan, " zei Yvette Richardson. "Op dit moment, ze zijn allemaal gebaseerd op onze aannames van hoe die eruit zien, hetzij op basis van numerieke modellen, hetzij op observaties die we hebben van auto's die onder een storm rondrijden. We weten hoe de temperatuur langs de grond varieert, maar niet daarboven. Dit onderzoek voegt die ontbrekende schakel toe."

Nu ze weten dat het werkt, de volgende stap is om de lat hoger te leggen.

De onderzoekers werken samen met een bedrijf dat een prototype ontwikkelt dat veel lichter is, wat de grootte van de ballonnen zal verminderen, het verkorten van de vultijden en het vergroten van de kans dat ze worden aangezogen door een storm. Andere opties, zoals ballonnen die vooraf kunnen worden opgeblazen, worden ook vervolgd.

Binnenkort zullen Markowski en Yvette Richardson terugkeren naar de Great Plains met meer handen en de bijgewerkte sondes.

"We willen onze studenten echt naar buiten brengen. Het zou geweldig voor hen zijn en ons ook meer handen geven, "Zei Markowski. "Ik denk dat je hier de komende vijf jaar veel over gaat horen. Wij houden van de trends. Aansteker, kleiner, meer sondes kunnen worden gevolgd. Werkelijk alle sterren richten zich op elkaar om meer inzicht te krijgen in stormen en tornado's."

Vroegtijdig, Markowski en Yvette Richardson droomden van pogingen om sondes naar stormen te brengen. In de beginfase van het streven, ze werkten samen met Jack Langelaan, universitair hoofddocent lucht- en ruimtevaarttechniek, en promovendus lucht- en ruimtevaarttechniek John Bird, om raketten te gebruiken om geparachuteerde sondes los te laten die in stormen zouden kunnen worden getrokken. Het team omvatte ook Mike Hickner, die de taak had om de biologische afbreekbaarheid van de sondes te verbeteren, het verminderen van de milieu-impact.

In hun zoektocht naar dit hightech bezorgsysteem, Markowski en Yvette Richardson gingen op zoek naar opties die hun onderzoek van de grond konden krijgen. Na jaren brainstormen, de twee-ballonbenadering kwam naar voren als de meest veldklare oplossing. Echter, veel van de doelstellingen van de oorspronkelijke samenwerking, zoals het maken van biologisch afbreekbare apparaten tegen lage kosten, blijven.

"Uiteindelijk, begrip is nodig om waarschuwingen aan het publiek beter te maken, " zei Markowski. "Om waarschuwingen te verbeteren, je hebt ofwel een verbetering van de technologie nodig, een verbetering van het basisbegrip, of allebei. Wetenschappers zijn meestal bezig met het verbeteren van het begrip in plaats van het verbeteren van technologie, maar dit project waarbij zowel wetenschappers als ingenieurs betrokken waren, gaf ons de kans om beide te doen."