_ Detectarea evenimentelor cu precipitații puternice direct cu datele GPS

O furtună excepțional de puternică a cuprins Zurich, pe 13 iulie 2021, cu puțin înainte de ora 2 a.m., cu furtuni urlatoare, fulgere constantă și ploaie torenţială care i-au trezit pe oameni cu tresărire.

Benedikt Soja, profesor de geodezie spațială, a dormit puțin în acea noapte. „A fost una dintre cele mai severe furtuni la care am fost martor. M-am trezit în miezul nopții și am văzut furtuna năvălind prin fereastră”, își amintește el.

Amploarea furtunii. a fost evident în dimineața următoare — copaci căzuți pe străzi și în parcuri, acoperișuri deteriorate și linii aeriene de tramvai trase în diferite părți ale Zurichului. Pământul din vecinătatea campusului Hönggerberg era și el presărat cu crengi și chiar cu copaci întregi. „Furtuna trebuie să fi trecut chiar peste ETH”, spune Soja.

O stație GPS de pe acoperișul Institutului de Geodezie și Fotogrammetrie din campusul Hönggerberg înregistrează semnalele diferitelor sisteme de sateliti non-stop. La examinarea mai detaliată a datelor din noaptea furtunii, Soja și colegii săi de la Institut nu le venea să creadă ochilor.

„Au fost întreruperi la procesarea datelor GPS. Nu am putut înțelege. la început ceea ce le-a cauzat”, spune Matthias Aichinger-Rosenberger, fost post-doctorat în grupul lui Soja și acum lector la ETH Zurich. Când și alte stații au raportat întreruperi în măsurarea datelor de la GPS și alte sisteme de navigație prin satelit pentru acea noapte, cercetătorii au început să analizeze datele brute ale antenei din campusul Hönggerberg.

Au putut arăta într-un studiu, publicat în revista Geophysical Research Letters, că evenimentele meteorologice extreme influențează calitatea semnalelor GPS și că, prin urmare, aceste semnale sunt potrivite și pentru detectarea furtunilor. Într-o zi ar putea fi chiar posibilă utilizarea lor pentru detectarea și prognozarea timpurie a furtunilor.

Oamenii de știință și-au tras concluziile din analiza datelor despre furtuna din 13 iulie și despre o altă furtună din vară. din 2021. A devenit evident că fenomenele meteorologice extreme au avut un impact asupra raportului semnal-zgomot, ceea ce indică cât de puternice sunt semnalele satelitului care ajung la noi pe Pământ. Cu cât raportul este mai mare, cu atât este mai bună calitatea semnalului.

„Puterea semnalului pe care o măsurăm cu antena pe acoperiș se schimbă în mod normal doar minim”, spune Aichinger-Rosenberger. Nu a fost însă cazul în cele două zile de furtună: „Raportul semnal-zgomot din datele GPS a scăzut considerabil în momentul furtunii. Am văzut că, odată ce furtuna a trecut mai departe, a revenit la normal. interval."

Pentru a determina ora exactă a sosirii furtunii și pentru a verifica dacă aceasta se potrivește cu momentul în care raportul semnal-zgomot a scăzut, cercetătorii și-au comparat datele cu datele radar ale Universității. din Berna.

„Acest lucru a confirmat suspiciunea noastră că a existat o legătură directă”, a spus Aichinger-Rosenberger.

Cercetătorii sunt siguri că precipitațiile abundente sunt responsabile pentru scăderea bruscă a raportul semnal-zgomot. Ceea ce nu este clar este ce tip de precipitații – ploaie sau grindină – au un impact mai mare și de ce. Acesta este ceva ce oamenii de știință doresc să învețe în viitor.

Oricât de simplu ar suna rezultatul studiului, este o descoperire pentru cercetarea geodeziei spațiale.

„Nu a fost niciodată S-a demonstrat încă că furtunile puternice și alte evenimente meteorologice cu precipitații abundente influențează semnificativ raportul semnal-zgomot”, spune Aichinger-Rosenberger. S-a presupus până acum că GPS-ul este un sistem independent de vreme. Acum se pare că datele GPS sunt suficient de sensibile pentru a surprinde astfel de perturbări atmosferice.

Aceste descoperiri ar putea deschide noi perspective pentru utilizarea datelor de navigație prin satelit în meteorologie.

„Acum dorim să colectăm mai multe măsurători pentru a îmbunătăți prognoza precipitațiilor în modelele meteorologice”, spune Soja. Prognoza fiabilă a precipitațiilor rămâne încă o provocare majoră. „Mulți alți parametri meteorologici, cum ar fi temperatura, pot fi acum predeterminați destul de bine cu modelele meteorologice numerice. Din păcate, totuși, astfel de modele nu sunt adesea suficient de bune în cazul precipitațiilor.”

Pentru o zi, să folosiți descoperirile cercetătorilor ETH pentru prognoză, acestea trebuie aduse în relație cu un model meteorologic.

„Pentru a transfera observațiile noastre la parametri specifici, cum ar fi conținutul de apă și gheață din aer sau direcția de mișcare a furtunii, trebuie să colectăm și să analizăm mai multe date. Aceste constatări ar putea fi apoi încorporate într-un model meteorologic bazat pe computer pentru a îmbunătăți prognoza precipitațiilor", spune Aichinger-Rosenberger.

Furtunile mai trebuie să treacă direct peste stația de măsurare pentru semnalele GPS pentru a fi detectate. Deoarece rețeaua de stații de măsurare nu este suficient de strânsă, metoda nu este încă potrivită pentru detectarea timpurie a furtunilor.

„Dacă, de exemplu, aveam între treizeci și patruzeci de receptoare staționare în jurul Zurichului, am ar fi capabil să surprindă evenimentele meteorologice extreme din oraș cu acuratețe și, de asemenea, foarte eficient din punct de vedere al costurilor", explică Soja. „O rețea densă de stații ar putea fi, de asemenea, utilizată pentru a determina unde se deplasează furtunile și cât de repede.”

Un astfel de sistem de detectare timpurie ar putea fi folosit în viitor, de exemplu, pentru a asigura traficul aerian în siguranță, spune Soja: „O rețea densă de stații GPS în jurul aeroportului ar permite ca o furtună să fie localizată în timp real și să fie emise avertismente în acest sens.”

Pe lângă perfecționarea metodei, oamenii de știință sunt, de asemenea, planifică să-și extindă activitatea de cercetare în Elveția și la nivel european, pentru a-și extinde rețeaua în consecință. Deși furtuna puternică din iulie 2021 a provocat multe daune locale, a permis, de asemenea, obținerea de cunoștințe care ar putea fi aplicate într-o zi la nivel global.

Geodezia spațială este un domeniu de geodezie care se adresează măsurării și cartografierii zone mari, în special ale pământului, folosind tehnologia spațială. Scopul principal al geodeziei spațiale este de a obține informații precise despre forma, dimensiunea și mișcarea pământului.

GPS este o componentă decisivă a geodeziei spațiale. Sateliții GPS pot fi utilizați pentru a determina pozițiile utilizatorilor pe pământ cu un nivel ridicat de precizie. Acesta este utilizat în multe aplicații, cum ar fi sistemele de navigare, topografie și informații geografice.

(Fluierul)