Ανακτήσεις δορυφορικού ήχου με πλέγμα στην επιχειρησιακή πρόγνωση καιρού: Περιγραφή προϊόντος και αναδυόμενες εφαρμογές
Από RemoteSensing Wiki
Αντικέιμενο εφαρμογής: Ανακτήσεις δορυφορικού ήχου με πλέγμα στην επιχειρησιακή πρόγνωση καιρού: Περιγραφή προϊόντος και αναδυόμενες εφαρμογές
Πρωτότυπος τίτλος: Gridded Satellite Sounding Retrievals in Operational Weather Forecasting: Product Description and Emerging Applications
Συγγραφείς: Emily Berndt1, Nadia Smith2, Jason Burks3, Kris White4,Rebekah Esmaili2, Arunas Kuciauskas5, Erika Duran6, Roger Allen7, Frank LaFontaine7, Jeff Szkodzinski2
1) NASA Marshall Space Flight Center/Short-Term Prediction Research and Transition Center, Huntsville, AL 35805, USA
2) Science and Technology Corporation/National Oceanic and Atmospheric Administration Joint Polar Satellite System Proving Ground and Risk Reduction Program, Columbia, MD 21046, USA
3) National Weather Service/Cooperative Institute for Research of the Atmosphere/Meteorological Development Lab, Silver Spring, MD 20910, USA
4) National Weather Service/Short-Term Prediction Research and Transition Center, Huntsville, AL 35805, USA
5) United States Naval Research Laboratory, Marine Meteorology Division, Monterey, CA 93943, USA
6) Atmospheric Science Department, Earth System Science Center/Short-Term Prediction Research and Transition Center, University of Alabama in Huntsville, Huntsville, AL 35805, USA
7) Jacobs Space Exploration Group/Engineering Services and Science Capability Augmentation/Short-Term Prediction Research and Transition Center, Huntsville, AL 35805, USA
Πηγή: https://www.mdpi.com/2072-4292/12/20/3311/htm
Λέξεις κλειδιά: καιρος, δορυφορικοί ήχοι, NUCAPS
- Εισαγωγή
Το Κοινό Πολικό Δορυφορικό Σύστημα Εθνικής Ωκεάνιας και Ατμοσφαιρικής Διοίκησης (NOAA)με το πρόγραμμα παροχής εδάφους και μείωσης κινδύνου (PGRR) έχει ενθαρρύνει την ανάπτυξη και την εφαρμογή ανακτήσεων ήχου δορυφόρων προς όφελος των χρηστών μέσω μιας «Πρωτοβουλίας Ήχου». Τα ηχητικά προϊόντα NUCAPS είναι λειτουργικά διαθέσιμα στην κοινότητα πρόγνωσης καιρού NOAA μέσω του Advanced Weather Interactive Processing System((Προηγμένο διαδραστικό σύστημα επεξεργασίας καιρού (AWIPS)) που απορροφά και εμφανίζει προϊόντα δεδομένων από ένα ευρύ φάσμα πηγών για να υποστηρίξει την ανάλυση καιρού και τις προβλέψεις.
- Μέθοδοι και Υλικά
Σε αυτό το άρθρο χρησιμοποιήθηκαν τα ανακτημένα προφίλ NUCAPS θερμοκρασίας, υγρασίας και όζοντος από το CrIS και το Advanced Technology Microwave Sounder (ATMS) στις πλατφόρμες Suomi-National Polar-orbiting Partnership (S-NPP) και NOAA-20. Το NUCAPS βασίζεται στον αλγόριθμο AIRS έκδοσης 5.9. Το NUCAPS είναι ένα σύστημα ανάκτησης πολλαπλών βημάτων το οποίο είναι ικανό να ανακτά ήχους σε νεφελώδης ατμόσφαιρα. Το NUCAPS χρησιμοποιεί μια τεχνική που ονομάζεται "εκκαθάριση νεφών" για να εξαγάγει μια εκτίμηση ακτινοβολίας χωρίς σύννεφα από κάθε σύμπλεγμα 9 ακτίνων CrIS (οπτικά πεδία 3 × 3). Αυτή η τεχνική είναι ένα απλό, στιβαρό μέσο με το οποίο μπορείτε να αφαιρέσετε τα αποτελέσματα των σύννεφων από τις μετρημένες ακτίνες χωρίς προηγούμενη γνώση των νεφών ή την απαίτηση περίπλοκων υπολογισμών μεταφοράς ακτινοβολίας μέσω σύννεφων. Με την εκκαθάριση σύννεφων, οι ανακτήσεις NUCAPS σε μερικώς συννεφιασμένες σκηνές μπορούν να ερμηνευθούν ως η κατάσταση της ατμόσφαιρας γύρω ή πέρα από τα σύννεφα, όχι μέσω των σύννεφων. Η εκκαθάριση σύννεφων μειώνει τη χωρική ανάλυση των ανακτήσεων NUCAPS, καθώς ανακτά έναν ήχο για κάθε σύνολο 9 οπτικών πεδίων CrIS (~ 50 km στο nadir και ~ 150 km στο άκρο της σάρωσης), αλλά αυξάνει σημαντικά την απόδοση ανάκτησης σε ποσοστό επιτυχίας ~ 75% από ένα παγκόσμιο σύνολο μετρήσεων και επιτρέπει την ακρόαση παρατηρήσεων σε σύνθετα,μερικώς συννεφιασμένες περιοχές για να χαρακτηρίσουν το περιβάλλον μέσα σε καταιγίδες. Μια άλλη πτυχή του NUCAPS είναι ότι ανακτά τη θερμοκρασία και την υγρασία δύο φορές - πρώτα από ένα σετ μικροκυμάτων (μόνο MW) καναλιών ATMS [ 25 , 35 , 36 ] και δεύτερο από ένα σύνολο καναλιών υπέρυθρων συν μικροκυμάτων (IR + MW) [ 2 , 4 ]. Η ανάκτηση μόνο MW και IR + MW είναι μέρος του προϊόντος NUCAPS, αλλά μόνο το τελευταίο είναι διαθέσιμο στο AWIPS.
- Σχεδιασμός προϊόντων NUCAPS με πλέγμα
Επίσης, βρίσκεται ακόμη σε εξέλιξη η αρχική ικανότητα AWIPS και να δημιουργήσει μια ισχυρή βάση κώδικα για την επεξεργασία προϊόντων ήχου με πλέγμα για οπτικοποιήσεις σε πραγματικό χρόνο για χρήστες που δεν χρησιμοποιούν AWIPS και για την υποστήριξη εφαρμοσμένων μελετών έρευνας και επικύρωσης. Πριν από τη δημιουργία των οριζόντιων πλεγμάτων, κάθετη παρεμβολή εφαρμόζεται ανεξάρτητα σε κάθε ήχο για παρεμβολή των δεδομένων σε τυπικά επίπεδα πίεσης (P std). Στο Gridded NUCAPS, τα 100 εγγενή επίπεδα NUCAPS μετατρέπονται σε τυπικά μετεωρολογικά επίπεδα στο επιχειρησιακό περιβάλλον AWIPS για σύγκριση με άλλα σύνολα δεδομένων, όπως μοντέλα και ραδιοσόντια. Μια ακόμη εφαρμογή για τη χρήση ήχων NUCAPS είναι η ανάλυση καιρικών συνθηκών που οδηγούν σε πυρκαγιές, με πλέγμα για τη διάγνωση των θερμοδυναμικών χαρακτηριστικών του περιβάλλοντος που ευνοούν τη δυνατότητα ανάπτυξης και ανάλυσης πυρκαγιών, καθώς και τον εντοπισμό καπνού.
- Συζήτηση
Αυτή η εργασία βασίζεται στην πρώιμη ανάπτυξη του αλγορίθμου διπλής παλινδρόμησης πλέγματος με υπερφασματικούς υπέρυθρους ήχους, όπου τα δεδομένα υποβλήθηκαν σε επεξεργασία μέσω του λογισμικού polar2grid. Αυτές οι πρώιμες, πειραματικές μέθοδοι προσαρμόστηκαν στις παρατηρήσεις του NUCAPS σε συνεργασία με τους προγραμματιστές και προσαρμόστηκε για περαιτέρω ενσωμάτωση τους στο AWIPS. . Οι πειραματικές μέθοδοι έπρεπε να προσαρμοστούν ώστε να συμμορφώνονται με τους περιορισμούς του συστήματος AWIPS και του διαθέσιμου λογισμικού χωρίς να απαιτούν επαχθείς υπολογιστικές δαπάνες ή πόρους. Η βελτιστοποίηση της επεξεργασίας για τη δημιουργία προϊόντων με επίπεδο πλέγμα και παράγωγα προϊόντων με τα χαρακτηριστικά των παρατηρήσεων NUCAPS και τις ανάγκες των τελικών χρηστών αντιπροσωπεύει μια νέα μέθοδο και τεχνική για την επεξεργασία προϊόντων NUCAPS επιπέδου 2 και ενισχύει την προσβασιμότητα, την αξία και το όφελος αυτών των παρατηρήσεων για την υποστήριξη μιας ευρείας ποικιλίας επιστημών και εφαρμογών.
- Συμπεράσματα
Τα παραδείγματα που παρουσιάζονται εδώ καταδεικνύουν την πιθανή ανάλυση με τη νέα δυνατότητα Gridded NUCAPS. Πεδία όπως TPW, LPW, σχετική υγρασία και ρυθμοί σφάλματος μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την πρόβλεψη της ανάπτυξης της διάδοσης της θερμότητας, όπου η ανάλυση κλίσεων και παρατηρήσεων μεταξύ μοντέλων που λειτουργούν μπορεί να αυξήσει την επίγνωση της κατάστασης, η οποία έχει ήδη αποδειχθεί μέσω αξιολογήσεων στο Hazardous Weather Testbed (HWT).
