Drones en andere onbemande technologieën kunnen op een kosteneffectieve manier weergegevens verzamelen in ruwe of afgelegen omgevingen en bijdragen aan betere weer- en klimaatmodellen, volgens een nieuwe studie van CIRES- en NOAA-onderzoekers. Onbemande vliegtuigen en aangebonden ballonnen met instrumenten helpen bij het opvullen van kritieke gegevenslacunes over moeilijk te bemonsteren oppervlakken in het noordpoolgebied, inclusief nieuw gevormd zee-ijs en gedeeltelijk bevroren toendra.

"We laten zien dat we in staat zijn om onbemande vliegtuigen en vastgebonden ballonsystemen routinematig in te zetten in een zeer zware omgeving voor gerichte veldcampagnes. We ondersteunen ook ontwikkelingsinspanningen om deze technologieën beschikbaar te maken voor de bredere wetenschappelijke gemeenschap, zei Gijs de Boer, een CIRES-onderzoeker die werkt in het NOAA Earth System Research Laboratory en hoofdauteur van het artikel, gepubliceerd op 29 juni in de Bulletin van de American Meteorological Society .

Gemeenschappen, ondernemingen, en overheden over de hele wereld hebben nauwkeurige en tijdige weers- en klimaatvoorspellingen nodig voor planning en veiligheid. Een sleutel tot het verbeteren van prognosemodellen is het verkrijgen van aanvullende gegevens, vooral ontbreekt op afgelegen locaties zoals het noordpoolgebied. Dit onderzoek, een samenwerking tussen CIRES en NOAA-wetenschappers, samen met het Amerikaanse ministerie van Energie (DOE) en universitaire partners, is ontworpen om te onderzoeken of drones en andere onbemande technologieën de meer conventionele manieren om atmosferische gegevens te verzamelen, kunnen aanvullen en verbeteren.

In de nieuwe studie de onderzoekers ontdekken dat onbemande vliegtuigen en vastgebonden ballonsystemen - gezamenlijk bekend als onbemande vliegtuigsystemen of UAS's - kunnen helpen bij het opvullen van gegevenslacunes en zeer geschikt zijn voor routinevluchten in het noordpoolgebied. En vanwege het werk van DOE's Atmospheric Radiation Measurement (ARM) gebruikersfaciliteit, in samenwerking met de Boer en zijn collega's om deze state-of-the-art onbemande technologieën te ontwikkelen, ARM accepteert nu voorstellen van atmosferische wetenschappers om UAS's in te zetten op hun onderzoekslocaties.

Sinds 1997, de ARM-gebruikersfaciliteit heeft metingen van wolken verzameld, spuitbussen, atmosferische staat, en straling op hun North Slope of Alaska observatorium in de buurt van Utqiaġvik (voorheen Barrow). Er zijn aanvullende metingen gedaan bij Atqasuk (ongeveer 60 mijl landinwaarts van Utqia?vik) en Oliktok Point (een andere kustplaats, 165 mijl ten zuidwesten van Utqiaġvik). Deze op het observatorium gebaseerde metingen hebben wetenschappers geholpen het natuurlijke systeem van de Noordpool beter te begrijpen.

Bij grondgebonden, stationaire instrumenten nemen metingen, die waarnemingen zijn beperkt tot die locatie of het gezichtsveld van een scaninstrument. Onbemande vliegtuigen of aangebonden ballonnen kunnen metingen uitvoeren over veel grotere gebieden. Het potentieel van UAS-waarnemingen erkennen, de DOE bevorderde de versnelling van wetenschappelijke UAS-veldimplementaties in het Noordpoolgebied vanaf 2015.

"Het oppervlak rond de North Slope-locaties van ARM is zeer heterogeen, dus de informatie die deze technologieën kunnen bieden is uiterst waardevol om te begrijpen welke impact het gevarieerde oppervlak heeft op atmosferische eigenschappen, " zei James Mather, ARM technisch directeur.

In een reeks campagnes de Boer en zijn collega's vlogen samen met ARM-medewerkers verschillende onbemande vliegtuigen, en ARM-medewerkers van Sandia National Laboratory lanceerden vastgebonden ballonnen, het demonstreren van steeds geavanceerdere en geminiaturiseerde meetmogelijkheden, waaronder NOAA's Printed Optical Particle Spectrometer, of POPS, terwijl de operaties worden uitgebreid naar zwaardere Arctische omstandigheden. Samen, deze UAS's bieden gedetailleerde profielen van atmosferische eigenschappen, waaronder thermodynamica, winden, straling, spuitbussen, wolkenmicrofysica - die een uitgebreider begrip bieden van de lagere atmosfeer van het noordpoolgebied.

Omdat ze ter plaatse worden genomen, of op de plaats van interesse, atmosferische metingen met onbemande vliegtuigsystemen kunnen de lokale omstandigheden beter weergeven, en het invoeren van die waarnemingen in weer- of klimaatmodellen maakt de modellen nauwkeuriger. "Met ballonnen en onbemande vliegtuigen, we krijgen een ander perspectief, "zei de Boer. "We kunnen grotere gebieden bestrijken en een distributie krijgen, bijvoorbeeld, van temperatuurvariabiliteit rond een site. Met UAS's kunnen we monsters nemen over de rasterbox van een model in plaats van op een enkel punt, en dat is belangrijk voor modelontwikkeling."

Naast zijn Arctisch onderzoek, de Boer is dit jaar de organisator van de jaarlijkse bijeenkomst van een internationale gemeenschap die UAS gebruikt voor atmosferisch onderzoek, bekend als ISARRA, afkorting voor de International Society for Atmospheric Research using Remotely Piloted Aircraft. Na een conferentie van een week aan de Universiteit van Colorado in Boulder, meer dan honderd wetenschappers, ingenieurs en vliegtuigpiloten zullen zich hergroeperen voor een week van wetenschappelijke vluchten in de San Luis Valley in het zuiden van Colorado.

de Boer, samen met CIRES, NOAA, en ARM-collega's, zal later deze zomer terugkeren naar Alaska's North Slope voor een nieuwe veldcampagne. Als onderdeel van het Year of Polar Prediction van de World Meteorological Organization en het World Climate Research Programme, de onderzoekers zullen onbemande vliegtuigen en vastgebonden ballonnen gebruiken om de Arctische lagere atmosfeer op de DOE Oliktok Point-site te observeren en te modelleren. They're also teaming up with the University of Alaska Fairbanks and partners to take UAS measurements over the Arctic Ocean to better understand how wind influences ocean mixing.