Op 18 november, 2017, de National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) en NASA lanceerden het Joint Polar Satellite System, de eerste in een reeks geavanceerde weersatellieten die in een baan rond de polen draaien.

De nieuwe satelliet, genaamd NOAA-20 na de lancering, zet een erfenis voort door wetenschappers en burgers over de hele wereld gratis toegang te bieden tot de weergegevens die het verzamelt, zonder beperkingen of encryptie.

Al decenia, de wereldwijde meteorologische satellietgemeenschap heeft gewerkt volgens een beleid van vrijelijk gedeelde gegevens. Het vertegenwoordigt een filosofie en een samenwerkingsmodel dat voor het eerst werd gepromoot door de Verenigde Staten en werd overgenomen door wereldwijde satellietagentschappen, die standhouden ongeacht politieke of nationale overtuiging.

Het is ook een erfenis en filosofie met wortels die tientallen jaren teruggaan tot het Space Science and Engineering Center van de Universiteit van Wisconsin-Madison en het Cooperative Institute for Meteorological Satellite Studies.

"Wij bij SSEC en CIMSS zijn erg trots op ons aandeel in het opzetten en promoten van deze wereldwijde gemeenschapsbenadering om weer en klimaat beter te begrijpen en te voorspellen, ", zegt SSEC-wetenschapper Liam Gumley.

Beter voorspellen met NOAA-20

In het begin van de jaren tachtig, wetenschappers van SSEC ontwikkelden enkele van de eerste softwaretools om gegevens te verwerken van instrumenten op NOAA's vroege polaire-baan satellietserie die bekend staat als TIROS.

Vandaag, Gumley is gespecialiseerd in het ontvangen en verwerken van gegevens van satellieten zoals NOAA-20 voor gebruik door iedereen, van andere onderzoekers en meteorologen tot het grote publiek.

De NOAA-20-satelliet is ontworpen om 14 keer per dag rond de planeet te cirkelen. Vanuit zijn lage baan, iets meer dan 500 mijl boven de aarde, het verzamelt gegevens met een hoge resolutie in opeenvolgende banen om twee keer per dag een afbeelding van de planeet te maken.

De satelliet voegt zich bij zijn voorganger, Suomi NPP (genoemd naar de oprichter van SSEC, wijlen professor Verner Suomi), evenals door andere landen geëxploiteerde satellieten, bij het maken van belangrijke metingen van de omgeving van de aarde, het vormen van de ruggengraat van het wereldwijde waarnemingssysteem door gedetailleerde informatie te leveren over de toestand van de atmosfeer van de planeet, land en oceanen.

Gumley en zijn team, andere wetenschappers van SSEC, en wetenschappers over de hele wereld gebruiken de gegevens van NOAA-20 op drie verschillende manieren:om voorspellingen te verbeteren; om te helpen bij het nemen van beslissingen in realtime; en om mondiale milieuprocessen over langere tijdsperioden te analyseren.

Het verbeteren van prognoses is van het grootste belang voor wetenschappers als Gumley, wie merkt op dat terwijl weerballonnen, vliegtuigen, op de grond gebaseerde instrumenten en andere bronnen leveren gegevens die worden gebruikt in weersvoorspellingsmodellen, "verreweg, de belangrijkste gegevensbron zijn de satellietgegevens, " hij zegt.

Gegevens van deze satellieten - die allemaal infrarood- en microgolfsensoren aan boord hebben - zijn cruciaal voor de numerieke weersvoorspelling (NWP) die de kern vormt van Amerikaanse voorspellingen. die de kracht van computers gebruikt om algoritmen uit te voeren die enorme hoeveelheden satellietgegevens verwerken.

Satellietgegevens toegankelijk maken

Gegevens van alle geostationaire en polaire omgevingssatellieten van de Verenigde Staten worden binnen ongeveer 10 uur na verzameling opgeslagen in het CLASS-archief van NOAA (Comprehensive Large Array-Data Stewardship System). Iedereen kan CLASS bezoeken en deze gegevens downloaden.

Echter, degenen die interesse hebben of de gegevens eerder moeten verkrijgen, zoals weerbureaus voor voorspellingsdoeleinden, kunnen een antenne en specifieke hardware installeren om gegevens in realtime te ontvangen, rechtstreeks van de satelliet. Binnen enkele minuten na digitalisering op de satelliet, deze directe uitzendingsgegevens worden verzonden naar de onderstaande ontvangers.

In ontwikkelingslanden, waar het verwerven en gebruiken van de juiste apparatuur om de gegevens rechtstreeks te ontvangen en te verwerken, onbetaalbaar kan zijn, Gumley zegt dat voor minder dan $1, 000 kunnen ze een kleine antenne of computer kopen om heruitzendingen van een andere bron te ontvangen.

Voor NOAA-20, het Europese satellietagentschap EUMETSAT of NOAA de gegevens kan ontvangen en verwerken, uplink naar een telecommunicatiesatelliet, en straal het vervolgens terug op een signaal dat lijkt op dat van een digitale televisie.

Heruitzending gebeurt niet rechtstreeks bij SSEC, Gumley zegt, maar het centrum helpt EUMETSAT met een deel van de gegevens om het opnieuw uit te zenden over Europa als onderdeel van een systeem genaamd EUMETCast.

"Het is verheugend om te zien dat al het geld, expertise en hard werk dat nodig is om deze systemen te bouwen, resulteert in iets dat wordt gedeeld voor het wereldwijde welzijn, "zegt Gumley.

Besluitvormers verbinden met satellietgegevens

Gegevens van satellieten zoals NOAA-20 spelen ook een sleutelrol bij de besluitvorming, vooral wanneer tijd van essentieel belang is. Wetenschappers zoals Gumley zijn cruciaal voor dat streven.

Satellite Data Services bij SSEC neemt en archiveert dagelijkse gegevens van talrijke satellieten. Met bijna onmiddellijke toegang, Gumley en collega's kunnen satellietgegevensstromen en -beelden in 15 minuten of minder bekijken en analyseren.

In feite, zijn team heeft een softwarepakket ontwikkeld, het Community Satellite Processing Package (CSPP), dat kan worden gedownload van de website van het programma, zonder kosten of beperkingen, gericht op het ondersteunen van het besluitvormingsproces in de VS en het zuiniger maken voor andere landen.

Als onderdeel van een gemeenschapsinspanning, SSEC en partnersites hebben CSPP-producten ontwikkeld die digitale satellietsignalen omzetten in bruikbare informatie. De producten kunnen worden gebruikt om branden te detecteren, informatie verkrijgen over temperatuur en waterdamp, beoordeel vegetatie en meer. De gegevens kunnen helpen bij weersvoorspellingen en rampenbestrijding.

De directheid die het gebruikers biedt, zoals NOAA's National Weather Service, stelt hen in staat snel situaties te beoordelen die de openbare veiligheid kunnen beïnvloeden. Bijvoorbeeld, de VIIRS Day/Night Band op NOAA-20 kan nachtelijke mist in valleien detecteren. Als laaghangende mist een drukbezochte snelweg bedekt, voorspellers kunnen snel de rijkswegpatrouille of andere relevante instanties informeren om bestuurders te waarschuwen voor verminderd zicht.

Of, merkt Gumley op, "branden zijn te zien op satellietbeelden, te. Als we een brand zien op een bepaalde lengte- en breedtegraad, we kunnen brandbeveiligingsinstanties verwittigen zodat ze personeel kunnen sturen."

Onderzoekers gebruiken deze gegevens ook om mondiale processen over een langere periode (20-30 jaar) te bestuderen om klimaattrends te bepalen. Bijvoorbeeld, wetenschappers hebben al vastgesteld dat wolken een belangrijke variabele zijn in het wereldwijde stralingsbudget. Voor vandaag, zegt Gumley, de vraag is:"Zien we meer of minder hoge wolken als gevolg van klimaatverandering?"

NOAA-20 zal deze en andere soorten observaties voortzetten die de afgelopen 25 jaar zijn verzameld en gearchiveerd van eerdere generaties satellieten, waardoor het identificeren van trends betrouwbaarder wordt.

Aanvullend, De groep van Gumley maakt deel uit van het grondteam dat de gegevens van NOAA-20 moet karakteriseren op volledigheid, Geldigheid, nauwkeurigheid en consistentie. Vanaf drie dagen na de lancering, en toen de sensoren aan boord van het ruimtevaartuig werden ingeschakeld, zijn team heeft samengewerkt met NASA en NOAA om elke dag de integriteit van meerdere terabytes aan gegevens te waarborgen.

"Nu NOAA groen licht heeft gegeven, " zegt Gumley, "we leveren het aan NWP-centra zodat ze kunnen beginnen met het evalueren van de NOAA-20-gegevens, te."

Teruggaand naar Suomi NPP en uitbreidend naar NOAA-20, SSEC blijft ook betrokken bij een contract met NASA om atmosfeerproducten te creëren die klimaatstudies op lange termijn ondersteunen, genaamd Science Investigator-led Processing Systems (SIPS). Het is de enige van de zes groepen die betrokken zijn bij SIPS-ontwikkeling die buiten NASA is gevestigd.

Voor Gumley, het is de moeite waard om te werken binnen een wereldwijde samenwerking waar ondanks verschillende omgevingen en locaties, iedereen ontvangt dezelfde gegevens en is geïnteresseerd om deze te gebruiken voor het verbeteren van voorspellingen en het bestuderen van milieuomstandigheden.

"Het zijn niet alleen de VS, maar vanwege het voorbeeld, alle grote satellietoperatoren doen mee, " hij zegt.