NASA-ingenieur Manuel Vega kan een van de Olympische skischanstorens zien vanaf het dak van het Zuid-Koreaanse weerbureau waar hij is gestationeerd. Vega kijkt niet naar skiërs die op de vlucht slaan, voorbereiding op de Olympische Winterspelen en Paralympische Spelen van 2018 in PyeongChang. In plaats daarvan, hij inspecteert de radar ter grootte van een SUV naast hem. Het instrument is een van de 11 NASA-instrumenten die speciaal naar de Olympische Spelen zijn getransporteerd om de hoeveelheid en het soort sneeuw te meten dat op de hellingen valt, tracks en halfpipes.

NASA zal deze waarnemingen doen als een van de 20 agentschappen uit elf landen in de Republiek Korea als deelnemers aan een project genaamd de International Collaborative Experiments for PyeongChang 2018 Olympische en Paralympische Winterspelen, of ICE-POP. Onder leiding van de Korea Meteorological Administration, het internationale team zal sneeuwmetingen doen vanaf de start van de Olympische Spelen op 9 februari tot het einde van de Paralympische Spelen op 18 maart.

Vega en het internationale team onderzoeken hoe goed onderzoekers sneeuw van de grond en de ruimte kunnen meten en betere gegevens kunnen leveren voor sneeuwstormvoorspellingen. Het NASA-team, samen met Amerikaanse collega's van de Colorado State University, het Nationaal Centrum voor Atmosferisch Onderzoek, en National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), zal een verzameling grondinstrumenten gebruiken, satelliet gegevens, en weermodellen om gedetailleerde rapporten van de huidige sneeuwcondities te leveren en experimentele voorspellingsmodellen te testen. NASA's observaties en sneeuwvoorspellingen zullen worden gedaan op 16 verschillende punten in de buurt van Olympische evenementenlocaties en vervolgens worden doorgegeven aan Olympische functionarissen om hen te helpen rekening te houden met het naderende weer.

"De Olympische Spelen bieden een middel om een ​​aantal van onze observatiemethoden te testen en helpen bij het ontwikkelen van voorspellingsmodellen in een in de echte wereld toegepaste omgeving en zorgen ervoor dat onze observaties ook kunnen worden gebruikt door de voorspellers en Olympische planningmensen, ' zei Vega.

Soms, het weer in dit deel van Noordoost-Zuid-Korea verschilt niet veel van Greenbelt, Maryland, waar Vega werkt bij NASA's Goddard Space Flight Center. Maar Zuid-Korea heeft veel koudere uitersten. Het gebied is hoger gelegen, winderiger vanwege de bergen, en heeft ook een zeer divers terrein. Binnen enkele uren, Vega zou kunnen reizen van een kustgebied naar besneeuwde bergen - en een sneeuwstorm ook.

"We zijn geïnteresseerd in Zuid-Korea omdat we ons begrip van de fysica van sneeuw in bergachtige gebieden kunnen verbeteren om de nauwkeurigheid van onze waarnemingen en modellen te helpen verbeteren, " zei Walt Petersen, onderzoek natuurkundige bij NASA's Marshall Space Flight Center, Huntsville, Alabama. Petersen is verantwoordelijk voor de coördinatie van de NASA-grondinstrumenten en -wetenschap in het PyeongChang-gebied met de internationale wetenschappelijke gemeenschap ICE-POP.

Petersen zegt dat een grote sneeuwproducent voor het PyeongChang-gebied een systeem is dat hij een 'achterdeurkoufront' noemt. Grote koepels van koude lucht reizen over de Japanse Zee en nemen vocht en energie op en raken vervolgens Zuid-Korea aan de noordoostkant. Het terrein aan de oostkant van het Koreaanse schiereiland verandert drastisch van het kustgebied naar de bergen. Met zo'n steile verandering in het terrein, de luchtstroom kan snel veranderen en grote sneeuwgebeurtenissen in de buurt van PyeongChang veroorzaken - en dat is waar het team op hoopt om te testen hoe goed ze sneeuwstormen kunnen observeren en voorspellen.

Sneeuw volgen op lastig terrein

Het gevarieerde terrein van Zuid-Korea maakt dit project tot een spannend, zij het uitdagend, streven naar wetenschappers om sneeuwgebeurtenissen te bestuderen. Grondinstrumenten bieden nauwkeurige sneeuwwaarnemingen op gemakkelijk toegankelijke oppervlakken, maar niet op oneffen en moeilijk te bereiken bergachtig terrein. Een satelliet in de ruimte heeft het ideale uitkijkpunt, maar ruimtemetingen zijn moeilijk omdat sneeuw varieert in grootte, vorm en watergehalte. Die variabelen betekenen dat de sneeuwvlokken niet met dezelfde snelheid vallen, waardoor het moeilijk is om de mate van sneeuwval in te schatten. Sneeuwvlokken hebben ook hoeken en vlakke "oppervlakken" die het voor satellietradars moeilijk maken om te lezen.

De oplossing is om gegevens uit de ruimte en de grond te verzamelen en de metingen te vergelijken. NASA zal sneeuwstormen vanuit de ruimte volgen met behulp van de Global Precipitation Measurement-missie, of GPM. Het GPM Core Observatorium, een satelliet die is ontworpen om de regenval te schatten en vallende sneeuw vanuit de ruimte te detecteren, is een gezamenlijke missie van NASA en het Japan Aerospace Exploration Agency, en coördineert met twaalf andere Amerikaanse en internationale satellieten om elke 30 minuten wereldwijde neerslagkaarten te leveren.

Het team zal de ruimtegegevens aanvullen met 11 NASA-instrumenten die het weer vanaf de grond in PyeongChang observeren. Deze instrumenten dragen bij aan een grotere internationale pool van metingen die zijn gedaan door instrumenten van de andere ICE-POP-deelnemers:in totaal 70 instrumenten ingezet op de Olympische Spelen. Een paar van de NASA-instrumenten zijn sneeuwbeeldsensoren die hogesnelheidscamera's en geavanceerde software gebruiken om elke sneeuwvlok die in het kijkgebied valt, in beeld te brengen, handig om de sneeuwvlokken te tellen en te bepalen hoeveel water er op dat moment valt.

Een ander grondinstrument is NASA's Dual-frequency, Dubbel gepolariseerd, Doppler Radar (D3R) systeem dat door een kraan naar het dak van DaeGwallyeong Regional Weather Office werd getild om de hoeveelheid en soorten vallende sneeuw te meten, zoals ijzel of lichte en pluizige sneeuw. De radar werkt op zeer vergelijkbare golflengten als die aan boord van het GPM Core Observatory om vergelijkbare sneeuwwaarnemingen te bieden, maar vanuit een ander gezichtspunt.

Improving Weather Forecast Models

The data will help inform Olympic officials about the current weather conditions, and will also be incorporated into the second leg of NASA's research:improving weather forecast models. NASA Marshall's Short-term Prediction Research and Transition Center (SPoRT) is teaming up with NASA Goddard to use an advanced NASA weather prediction model to provide weather forecasts in six-hour intervals over specific points on the Olympic grounds.

NASA SPoRT, which regularly works with the U.S. National Weather Service at NOAA, specifically designed the ICE-POP model with two important improvements. Eerst, the model can better paint a picture of what the cloud is made of, and can provide specific details on whether the cloud is producing rain or snow.

In aanvulling, the ICE-POP includes satellite data of the sea surface temperature surrounding the Korean peninsula from the NASA satellites Terra and Aqua and the NASA/NOAA/Department of Defense Suomi-National Polar Orbiting Partnership satellite, respectievelijk. Sea surface temperature data show scientists how much energy is available and how much moisture could be evaporated into the atmosphere and precipitated out as snow.

"This model includes a complex representation of clouds in atmospheric models to better characterize rain, ice, and snow content in clouds. It also includes one of the highest resolution sea surface temperature products available in real time, " said Brad Zavodsky, the project manager for SPoRT at Marshall. "We're excited to see how well this high-resolution model will perform."

NASA SPoRT uses this information to provide Olympic officials experimental, real-time forecasts every six hours using the NASA Unified Weather Research Forecast model (NU-WRF) based at Goddard. The SPoRT team will be providing four forecasts per day to the Korean Meteorological Administration, who will look at this model in conjunction with all the real-time forecast models in the ICE-POP campaign before relaying information to Olympic officials. The NU-WRF is one of five real-time forecast models running in the ICE-POP campaign.

When you run these models together from the different agencies, you can see how one model behaves versus another one. You learn a great deal about your abilities to predict in a forecast model and how to improve it, " Zavodsky said.

To improve the models, scientists will simultaneously run the NU-WRF model at Goddard's Mesoscale Processes Laboratory and examine how adjusting certain parameters in the model change the output, especially to match up with observations made from ground and space instruments.

"If we get an improved model, it opens the possibility of using the model to help improve satellite-based methods for estimating snowfall, and more generally, improves our understanding of clouds, klimaat, and the water and energy cycles, " Petersen said.

In order to build a better model, Petersen's dream scenario at Pyeongchang is for the GPM mission and ground instruments to simultaneously obtain a good view of a few snowstorms. Then they will have enough information to compare different forecast models and observations, with the goal of improving both approaches to understanding and estimating mountain snowfall.

Kortom, Petersen hopes for what a lot of Olympic athletes want in PyeongChang:precipitation and perfection.