Orkaner är en av de naturkrafterna som bara helt kan fångas med satellitbilder. För orkanen Frances, som för närvarande dundrar mot USA: s kust, går ESA: s Envisat bättre, kikar genom orkanen från topp till botten och hjälper till och med att "se" under vågorna för att kartlägga dolda krafter som driver stormen.
När vindarna på 235 km per timme passerade Bahamas, var Frances på väg mot landfall vid Floridakusten någon tid på lördag, och tre fjärdedelar av en miljon amerikaner håller på att evakuera sina hem. Att vänta och se på Frances kan vara självmord för människor, men rymdbaserade observatörer som Envisat observerar passagen utan fara.
"På grund av Envisats multisensorfunktion kan vi skiva rätt genom orkanen med bara en enda satellit," förklarade Jos? Achache, ESA-chef för jordobservationsprogram.
”Frances tas effektivt isär för att meteorologer ska studera. Uppgifterna som returneras av Envisat inkluderar molnstruktur och höjd på toppen av orkanen, vind- och vågfält i botten, havets yttemperatur och till och med havshöjdavvikelser som indikerar de övre havets termiska förhållanden som påverkar dess intensitet. ”
Viktiga processer inträffar på en rad höjder och platser genom en orkan - i princip ett stort kraftfullt storm centrerat runt en zon med extremt lågt tryck.
Stark ytnivå på låg nivå och band med intensiv nederbörd kombineras med starka uppdateringar och utflöden av fuktig luft i högre höjder, med energi som frigörs som regniga åska. Fram till nu var den enda tillförlitliga källan till sådana högupplösta mätningar i olika höjder från flygplan som flög direkt genom orkanen.
Envisat bär både optiska instrument och radarinstrument, vilket gör det möjligt för forskare att observera molnstrukturen med hög atmosfär och tryck i det synliga och infraröda spektrumet och samtidigt använda radarspridning för att mäta havets yta och därmed härleda vindfälten precis över den.
Dessa vindar som konvergerar på stormens lågtrycksöga är det som i slutändan bestämmer de spiralformade molnmönstren som är karakteristiska för en orkan.
Florida-baserade forskare har börjat dra nytta av denna unika kombination av instrument med en rymdskepp? Medium Resolution Imaging Spectrometer (MERIS) och Advanced Synthetic Aperture Radar (ASAR)? när orkansäsongen är i full gång.
University of Miami's Center for Southeastern Tropical Advanced Remote Sensing (CSTARS) markstation har ett avtal om att förvärva ASAR- och MERIS-data direkt från Envisat, med ERS-2 vindspridningsmätare som kommer att följa inom en nära framtid. Deras tillgång till data från Envisat har kommit precis som den andra orkanen på mindre än en månad är på väg mot Floridakusten.
"Med MERIS och ASAR kan Envisat avbilda både havet och atmosfären ganska mycket samtidigt, vilket är en mycket användbar förmåga under orkansäsongen," säger Hans Graber, professor i tillämpad marin fysik vid University of Miami och co-Director för CSTARS.
Medan MERIS återger detaljer om de virvlande molnen på toppen av orkanen, sticker ASAR rakt igenom molnen för att visa vindsväckt ansikte av havet under stormen.
"Speciellt när det gäller Frances, verkar orkanens öga att rulla mycket just nu från toppen av molnen, ser ganska instabil ut, informationen från en ASAR-bild borde hjälpa till att lokalisera dess storlek och position på havet," Graber sa. ”Och vindfält runt ögonväggen kan härledas från ASAR-data? just nu behöver vi bara göra mätningar från orkanjägarplanen som flyger direkt genom stormen. ”
Samtidigt förvärv av MERIS och ASAR planeras till fredag av CSTARS, även när stormen kommer närmare det förutsagda landfallet morgonen efter.
”Vår nuvarande verksamhet är i linje med en shakedown? vi undersöker hur detta kan användas, tilllade Graber. ”Vårt slutliga mål är att få detta att fungera operativt under orkansäsongen. Vi har en överenskommelse för att använda radardata från den kanadensiska rymdbyrån och har också tillgång till andra satellitresurser för hög temporär täckning av den drabbade regionen.
"Potentialen finns för att extrahera en stor mängd användbar information som kan hjälpa US National Hurricane Center att öka noggrannheten i sina orkanförutsägelser och minska risken för allmänheten."
Ett annat instrument ombord på Envisat används för att ta temperaturen på Frances, både nere vid havets yta och på dess höga moln.
Vattentemperaturer är den främsta underliggande energireserven som driver Frances; tillsammans med de rätta atmosfäriska förhållandena måste de överstiga 26 ° C för att bilda och upprätthålla en tropisk cyklon. Envisats Advanced Along Track Scanning Radiometer (AATSR) fungerar som en rymdbaserad termometer och får temperaturen på havsytan ner till en bråkdel av en grad.
Samtidigt returnerar AATSR också användbara atmosfäriska data, som mäter temperaturen på toppen av orkanmoln? ju högre ut i atmosfären de sträcker sig, desto kallare är de - och härleder också deras isinnehåll.
"Vi producerade en kombinerad AATSR havsytertemperatur och molntopptemperaturbild, som visar att havets yttemperatur är så hög som 29? C i området," kommenterade Carsten Brockmann från Brockmann Consult, ett tyskt företag som bearbetar både MERIS och AATSR-orkanen bilder. "Denna kombination av två sensorer ger meteorologer mycket information för att hjälpa dem att förstå dynamiken i orkanen och bättre förutsäga dess utveckling."
AATSR-information kan korreleras med MERIS-datormolnhöjd och -utveckling för att få en bra uppskattning av orkanens nederbördspotential och förbättra förståelsen för hur detta hänför sig till dess totala intensitet. Kondensering av vattenånga frigör latent värme, som värmer orkanögans närhet. Detta avdunstar i sin tur mer ytvatten och matar värmemotorn som driver orkanen.
Studera dolda djup som bränsle stormen
Den termiska energin i varmt vatten, som delvis driver en orkan, kallas tropisk cyklonvärmepotential (TCHP).
Oceaniska funktioner, som varma kärnringar, virvel och Gulf Stream, representerar en källa till förbättrade värmeflöden till atmosfären som kan orsaka förstärkning av tropiska cykloner, som orkaner.
Varmt vatten kan sträcka sig till minst 100 meter under ytan i många av dessa oceaniska drag, vilket representerar vatten med mycket högt värmeinnehåll. Flera orkaner har intensifierats när deras spår passerar över virvlar eller andra massor av varmt vatten med höga TCHP-värden.
Till exempel intensifierades orkanen Opal 1995 plötsligt i Mexikanska golfen efter att ha passerat en varm ring med TCHP-värden på upp till sex gånger tröskeln för att upprätthålla en tropisk cyklon.
Tidigare använde forskare havets yttemperatur ensam för att uppskatta hur de övre havets termiska förhållanden spelar på orkans intensifiering. Problemet med detta är att havets yttemperatur uppmätt med AATSR eller jämförbara satellitinstrument kanske inte själva visar dessa varma övre havsdrag, särskilt under sommarmånaderna i tropiska regioner.
Tidigare har dessa övre havsfunktioner blivit osynliga av satellitbaserade temperatursensorer eftersom de effektivt kamoufleras under ett mycket grunt och stabilt lager varmare vatten.
Tropiska cyklonvindkrafter eroderar lätt detta tunna övre lager genom att blanda de övre vattnen till djup som kan gå ner till 100 meter, vilket ger de tropiska cyklonerna potentialen att absorbera havets termiska energi, om förhållandena är lämpliga. Nu kan uppskattningar av TCHP baserat på satellitobservationer av havets yttemperatur och havets ythöjd upptäcka dessa funktioner.
Forskaren Gustavo Goni, Joaquin Trinanes och Peter Black från US National Oceanic and Atmospheric Administrations Atlantic Oceanographic and Meteorological Laboratory (NOAA / AOML) arbetar med denna ursprungliga metod för att upptäcka dessa varma vattenmassor och beräkna sina tropiska cyklonvärmepotentialvärden med hjälp av flera satellitsensorer inklusive en på Envisat.
"Dessa vattenfunktioner är kritiska för att identifiera regioner med höga TCHP-värden som potentiellt kan bidra till att en orkan förstärks?", Förklarade Goni. ”Dessa regioner med höga TCHP-värden ger orkanerna möjlighet att absorbera mycket mer termisk energi om de övergripande förhållandena är rätt. Min forskning drar nytta av det faktum att dessa varma vattenmassor orsakar en höjd uppåt i havshöjden på upp till 30 cm. Sådana avvikelser från havshöjd kan sedan kartläggas med rymdbaserad radarhöjdmäterdata. ”
Radarhöjdmätare, såsom Radar Altimeter-2-instrumentet på Envisat, avfyrar hundratals radarpulser ned till jorden varje sekund, och genom att tidställa deras återgång ner kan nanosekundet mäta havshöjden till en maximal noggrannhet på två centimeter från hundratals kilometer över jorden.
US Naval Research Laboratory (NRL) kombinerar Envisat RA-2-data med data från liknande radarhöjdmätare ombord på Jason-1 och GFO-satelliterna för att förbättra den totala noggrannheten och rumslig och temporär täckning och bildar källan för altimetri-produkter som i sin tur bildar grunden för NOAA / AOML-producerade kartor över tropisk cyklonvärmepotential som visar de övre havets termiska förhållanden, som visas här överlagda mot orkanen Frances spår hittills.
”För närvarande använder jag den här produkten endast för forskningsändamål, vilket ger en bättre förståelse för en orkans liv. Emellertid produceras och används analoga produkter operationellt för prognoser av National Hurricane Center ”, avslutade Goni.
Altimetry-baserade vindhastighet och våghöjdsprodukter distribueras också av det franska företaget Collecte Localization Satellites (CLS), och kan avslöja funktioner för havsytor relaterade till orkanernas närvaro.
Föreställa sig resultat som ska avslöjas
ESAs Envisat-satellit, som lanserades i mars 2002, är ett extremt kraftfullt sätt att övervaka vår världs tillstånd och mänskliga verksamheters påverkan på den. Envisat bär tio sofistikerade instrument för att observera och övervaka jordens atmosfär, land, hav och iskappar och upprätthålla kontinuiteten med byråns ERS-uppdrag som startades 1991.
Efter två och ett halvt år i omloppsbana kommer mer än 700 forskare från 50 länder att träffas vid ett speciellt symposium i Salzburg i Österrike för att granska och diskutera tidiga resultat från satelliterna och presentera sina egna forskningsaktiviteter baserade på Envisat-data.
Från och med måndag kommer Envisat Symposium att ta upp nästan alla områden inom jordvetenskap, inklusive atmosfärisk kemi, kuststudier, radar och interferometri, vindar och vågor, vegetation och jordbruk, jordskred, naturliga risker, luftföroreningar, havsfärg, oljeutsläpp och is .
Det finns över 650 artiklar som presenteras vid Symposiet, valda genom peer review. Presentationerna kommer att innehålla resultat om oljeavfallet Prestige, förra årets skogsbränder i Portugal, Elbe-översvämningen 2002, utvecklingen av det antarktiska ozonhålet, Bam-jordbävningen och föroreningar i Europa.
Många demonstrationer planeras under veckan i ESA-utställningsområdet. Ett industrikonsortium utställs på det gemensamma ESA-Europeiska kommissionens globala övervakning för miljö och säkerhet (GMES) -initiativ planeras också.
Originalkälla: ESA News Release
