Stratosferik balonlar, rüzgar uydusu Aeolus’tan gelen rüzgar verilerini doğruluyor

Leibniz Troposferik Araştırma Enstitüsü (TROPOS), Avrupa Uzay Ajansı (ESA), Avrupa Orta Menzilli Hava Tahminleri Merkezi’nden bir araştırmacı ekibi, geleceğin rüzgar uydularının tropik bölgelerdeki yerçekimi dalgalarını daha iyi çözmek için dikey çözünürlüğü artırması gerektiğini yazıyor. ECMWF), Hamburg Üniversitesi ve Google şirketi Loon. Onların çalışması yayınlandı Üç Aylık Kraliyet Meteoroloji Derneği Dergisi.

Sayısal hava tahmin modellerinin ve dolayısıyla hava tahminlerinin kalitesi büyük ölçüde mevcut verilere bağlıdır. Son yıllarda, bu nedenle, hava balonlarından, uçak verilerinden veya rüzgar profili oluşturucu radar sistemlerinden alınan rüzgar profillerini de içerecek şekilde küresel bir gözlem sistemi oluşturulmuştur. Ancak, bu verilerin çoğu yoğun nüfuslu Kuzey Yarımküre’den geliyor. Güney Yarımküre’de, okyanusların üzerinde ve özellikle tropik bölgelerde, doğrudan ölçüm ağı hala nispeten seyrek.

Avrupa Uzay Ajansı’nın (ESA) ilk rüzgar uydusu Aeolus’un 22 Ağustos 2018’de fırlatılması, küresel rüzgar ölçümlerine yönelik büyük bir adımdı. Bu yeni uydunun üzerinde güçlü bir lazer, Atmosferik Lazer Doppler Aleti (ALADIN) var. ALADIN, Dünya yüzeyinden veya kalın bulutların tepesinden küresel ölçekte yaklaşık 30 km yüksekliğe kadar yatay rüzgar hızı profilleri sağlayan uzaydaki ilk Doppler rüzgar lidarıdır.

Bunu yapmak için uydu, Dünya’nın yörüngesinde dönerken kısa ultraviyole lazer darbeleri yayar. Bu ışık atımlarının küçük bir kısmı hava molekülleri, aerosoller ve bulutlar tarafından uyduya geri saçılır ve oradaki dedektörde toplanır ve işlenir. Aeolus, dünyanın çevresini bir kez dolaşmak için 90 dakika sürer; uydu, bir hafta içinde tüm dünyadaki rüzgar verilerini toplar.

Bu veriler, tahminlerini iyileştirmek için dünyanın dört bir yanındaki hava tahmin merkezleri tarafından asimile edilir. Şimdiye kadar karşılaştırılabilir bir uydu misyonu olmadığı için, veriler özellikle kritik bir şekilde kontrol edilir ve diğer rüzgar ölçümleriyle karşılaştırılır.

Yakın zamanda yayınlanan bir çalışmada, karşılaştırma için Latin Amerika, Atlantik Okyanusu, Afrika ve Hint Okyanusu’nun tropikal bölgelerinden Temmuz 2019 ile Aralık 2020 arasında Loon projesinin 229 stratosferik balonundan alınan veriler kullanıldı. Loon, stratosferdeki helyum balonları aracılığıyla uzak bölgelere internet erişimi sağlayan ticari bir projeydi. Çapları yaklaşık 12 metre olan balonlar, yerden 16 ila 20 kilometre yükseklikte yüzen cep telefonu istasyonu görevi görüyordu.

Ağı korumak için balonların, rakımı değiştirerek rüzgar yönünü otomatik olarak düzeltmesi gerekiyordu. Bu, küresel gözlem sistemindeki bu yükseklikteki rüzgar verilerindeki boşluğu kısmen dolduran, bu atmosferik katmanlardaki rüzgar hızları hakkında kapsamlı bir veri seti oluşturdu. Loon projesi ekonomik nedenlerle 2021’de durduruldu, ancak atmosferik araştırmalar için oldukça ilginç bir veri seti kaldı.

“Analizimiz, Aeolus uydusunun üst troposferde ve alt stratosferde neredeyse önyargısız rüzgar ölçümleri sağladığını doğruluyor. Buna karşılık, mevcut ECWMF hava modeli oradaki rüzgar hızını sistematik olarak saniyede yaklaşık 1 metre hafife alıyor; Aeolus ve Loon verileri. Bu sonuçlar, üst troposfer ve alt stratosferdeki dinamik süreçleri daha iyi anlamak ve hava modellerini daha da geliştirmek için önemlidir,” diye vurguluyor İtalya’nın Frascati kentindeki ESA’da çalışan TROPOS’tan Dr. Sebastian Bley.

Araştırmacıların bir diğer önerisi ise atmosferik katmanlarda daha fazla rüzgar bilgisi sağlayabilmek için daha fazla dikey ölçüm yapılması yönünde. Bu, yaklaşmakta olan rüzgar uydularının doğruluğunu daha da artırabilir. Aeolus, rüzgar hızına ek olarak aerosoller ve bulutlar hakkında da bilgi sağlar, ancak yalnızca geri saçılan ışığın bir kısmı aracılığıyla.

Bley, “Gelecekteki rüzgar görevlerinin aynı zamanda depolarizasyonu, yani ışığın yansıdığında dönüşünü de ölçebileceğini umuyoruz. Bu bir kilometre taşı olacaktır, çünkü o zaman uydu aerosoller hakkında daha fazla bilgi de sağlayabilir,” diye açıklıyor Bley.

Aeolus, uzayda bir Doppler rüzgar lidarı teknolojisini göstermek için beklenen ömrü 3 yıl olan bir kaşif görevi olarak geliştirildi. Ancak beklentiler aşıldı ve Aeolus artık 4 yılı aşkın süredir değerli veriler sağlıyor.

Rüzgar verileri artık Alman Hava Durumu Servisi (DWD) gibi Avrupa’daki çeşitli hava servislerinin hava tahminlerinde kullanılmaktadır ve hava tahminlerinin kalitesi üzerindeki olumlu etkileri nedeniyle ikna edici olmuştur. Takip görevi Aeolus-2 için ileriye dönük yol yakın zamanda ESA bakanlar komitesinde kararlaştırıldı ve ESA ile EUMETSAT tarafından ortaklaşa geliştirilecek.

Eylül ayında ABD’den araştırmacılar, tropik fırtınaları daha iyi tahmin etmek için Aeolus verilerini ABD hava ve oşinografi ajansı NOAA’nın kasırga modeline (HWRF) bir deneme temelinde entegre ettiler. Sonuçları, Aeolus rüzgar verilerinin kullanımının, kasırgalara yönelik keşif uçuşlarının olmadığı yerlerde en etkili olduğu ve bu nedenle Pasifik ve Hint Okyanuslarındaki tropikal siklon tahminleri üzerinde en büyük olumlu etkiye sahip olabileceğidir.