Zawsze interesuje mnie, w jaki sposób drony są wykorzystywane dla dobra ludzkości i chciałem dowiedzieć się więcej o tym, jak są wykorzystywane w prognozowaniu pogody. Zrobiłem trochę badań, aby dowiedzieć się, czym są drony pogodowe i jak są używane do przewidywania pogody. Oto czego się nauczyłem.
Drony pogodowe to specjalnie zaprojektowane drony, które wlatują w najniższą warstwę ziemskiej atmosfery, warstwa graniczna. Są wyposażone w czujniki, które gromadzą informacje o temperaturze, wilgotności i wietrze w atmosferze, ostatecznie, aby pomóc w ulepszaniu modeli prognozowania pogody.
Wykorzystanie dronów do zbierania próbek atmosferycznych to ogromny postęp w stosunku do tradycyjnych metod gromadzenia danych i może znacznie poprawić dokładność modeli prognozowania pogody. Dlaczego to ma znaczenie? Posiadanie dokładniejszych modeli wpływa zarówno na codzienny, jak i na szerszy obraz. Pozwala meteorologom na lepsze prognozy pogody na 10 dni, ale co więcej, oznacza możliwość bardziej zaawansowanego ostrzegania przed burzami, takimi jak tornada, lub o tym, czy i gdzie wylądują huragany.
Jak działają drony pogodowe
Najniższa warstwa atmosfery, zwana warstwą graniczną, jest miejscem, w którym dzieje się większość naszej pogody. Warunki pogodowe, które wpływają na każdego z nas, zależą od oszałamiającej liczby zmiennych i czynników. Próba dokonania dokładnych prognoz dotyczących przyszłej pogody opiera się na bardzo skomplikowanych modelach prognozowania pogody, ale wyniki tych modeli są tylko tak dobre, jak dane do nich wprowadzone. A uzyskanie dobrych danych jest trudniejsze, niż mogłoby się wydawać.
Tu właśnie pojawiają się drony pogodowe. Drony pogodowe mogą przelatywać przez całą pionową warstwę granicznej warstwy atmosfery i zbierać kluczowe dane dotyczące temperatury, wilgotności, ciśnienia powietrza oraz prędkości i kierunku wiatru.
Drony pogodowe mogą zbierać te dane na kilka sposobów. Jednym ze sposobów jest zastosowanie czujników temperatury, wilgotności i ciśnienia powietrza, które są przymocowane bezpośrednio do drona. Innym sposobem zbierania danych jest zrzucanie z dużej wysokości czujników zwanych dropsondami, wyposażonych w spadochron. Krople opadają przez pionowy profil warstwy przyściennej, zbierając dane aż do samego dołu. Ostatnim ważnym sposobem zbierania danych przez drony pogodowe jest obrazowanie wizualne, w tym zdjęcia i wideo.
Poprawa w stosunku do tradycyjnych metod
Tradycyjnie naukowcy wykorzystywali balony pogodowe i stacje pogodowe do zbierania danych pogodowych do modelowania. Ograniczeniami stacji pogodowej są jej statyczne położenie (nie porusza się) oraz bliskość powierzchni ziemi. Nawet jeśli stacja pogodowa znajduje się na szczycie drapacza chmur lub wieży, jest dość przyziemna i nie może uzyskać danych z górnych części warstwy granicznej. Balony pogodowe mogą wznosić się znacznie wyżej, ale mają tę wadę, że nie można nimi sterować. Pójdą tam, gdzie wieje im wiatr. Balony pogodowe również nie wracają na ląd, z którego wystartowały, i generalnie są nie do odzyskania.
Satelity to kolejne źródło danych do modeli prognozowania pogody. Są w stanie uzyskać dane na temat tworzenia się pary wodnej i chmur, ale nie są tak przydatne w pomiarach temperatury, wilgotności czy wiatru, ponieważ znajdują się oczywiście znacznie powyżej warstwy granicznej, w której występują te czynniki. W przeszłości używano również dronów meteorologicznych na dużych wysokościach, dalekiego zasięgu i stałopłatów, ale mają one podobne ograniczenia jak satelity i są niezwykle drogie w eksploatacji. Samoloty są również wykorzystywane do zbierania danych pogodowych i są często wykorzystywane podczas burz. Jednak samoloty są również drogie w eksploatacji, a wysłanie pilota w burzę niesie ze sobą znacznie większe ryzyko dla ludzkiego życia niż wysłanie drona.
Drony nie mają tych ograniczeń. Z łatwością można nimi latać na dużych wysokościach, a naukowcy otrzymali nawet niedawno pozwolenie na latanie na wysokości 3500 stóp nad poziomem gruntu w celu prowadzenia badań gromadzenia danych. (Tak wysoko, jak się wydaje, nawet standardowy quadkopter konsumencki nie miałby problemów z działaniem na tej wysokości, poza maksymalnym ograniczeniem lotu 400 stóp AGL). Można je łatwo kontrolować, aby leciały prosto pod wiatr, a nawet w burzę, aby uzyskać dane dokładnie na wysokości i miejscu, które chcieliby naukowcy. A drony wracają na ląd, co oznacza, że w dronie można zastosować znacznie droższe i bardziej wyrafinowane czujniki i sprzęt niż w przypadku balonu meteorologicznego.
Aktualne zmiany
Trwa kilka ważnych projektów, które mają na celu wykorzystanie i ulepszenie dronów do zbierania danych pogodowych. Jeden z nich jest bezpośrednio powiązany z naukowcami pracującymi z NOAA. Pracują nad krótkoterminowymi badaniami terenowymi skoncentrowanymi na określonych regionach USA, aby zbadać, w jaki sposób ukształtowanie terenu i powierzchni ziemi wpływają na wzorce pogodowe. Celem jest ustalenie, czy iw jaki sposób powierzchnia ziemi wpływa na pogodę oraz jak uwzględnić tę zmienną w modelach pogody i klimatu.
Inny trwający projekt, kierowany przez profesora Phillipa Chilsona z University of Oklahoma, jest na etapie planowania i rozwoju, ale może zrewolucjonizować meteorologię i prognozowanie pogody. Wyobraża sobie ogólnokrajową sieć wież stacji meteorologicznych, z których każda wyposażona jest we flotę autonomicznych dronów pogodowych. Drony na każdej stacji byłyby rozmieszczane co godzinę w celu wystrzeliwania i zbierania danych, które miały być wprowadzane do modeli pogodowych, dostarczając ogromne ilości wiarygodnych danych – znacznie wydajniej i bardziej niezawodnie niż jakakolwiek inna obecnie stosowana metoda.
Ponadto rój komunikujących się, wzajemnie połączonych dronów na każdej stacji byłby w stanie automatycznie wdrożyć po wykryciu warunków burzowych i wykorzystać sztuczną inteligencję do określenia, gdzie latać i zebrać odpowiednie dane. Te dane ponownie zostaną wprowadzone do modeli prognozowania pogody.
Jaki wpływ mogą mieć
Prognozowanie pogody
Więcej danych z całego kraju (i świata), z większej liczby poziomów warstwy granicznej, oznacza dokładniejsze modele prognozowania pogody. Pomiary z dronów burzowych mogą pomóc naukowcom w ocenie bieżących modeli pogodowych oraz identyfikacji i korekcie modeli prognoz. Współpraca między naukowcami pracującymi nad tymi projektami gromadzenia danych i lokalnymi modelami prognoz pogody zapewnia dokładniejsze prognozy pogody dla lokalnych raportów pogodowych. To zwykły żart, że meteorolodzy cały czas się mylą, nikt ich nie pociąga do odpowiedzialności, ale to może się zmienić wraz z dokładniejszymi modelami.
Gotowość na burzę
Posiadanie dokładnej i wiarygodnej prognozy pogody ma znacznie większe znaczenie niż proste planowanie dnia pikniku lub zabranie ze sobą parasola. Gdy rozwijają się burze, posiadanie najlepszego możliwego modelu pogodowego może pomóc w zmniejszeniu wpływu na życie i mienie.
W regionach podatnych na tornada obecny średni czas wczesnego ostrzegania wynosi 16 minut. Oznacza to, że mieszkańcy są ostrzegani tylko 16 minut, zanim prawdopodobne lub znane tornado do nich dotrze. To nie pozostawia wystarczającej ilości czasu na ewakuację lub schowanie się. Istnieje nadzieja, że dzięki prognozowaniu pogody opartemu na danych z dronów, czas reakcji wczesnego ostrzegania może zostać wydłużony do jednej godziny, co dałoby ludziom znacznie lepsze możliwości zabezpieczenia życia i mienia.
Huragany są również niezwykle trudne do przewidzenia. Mogą podążać nieoczekiwanymi ścieżkami lub w sposób nieprzewidywalny nasilać się lub rozpraszać. Dzięki ulepszonej możliwości zbierania danych z aktywnej burzy za pomocą dronów meteorolodzy i naukowcy zajmujący się pogodą będą mogli lepiej przewidywać trasy i intensywność huraganów. Umożliwiłoby to służbom meteorologicznym podejmowanie bardziej świadomych decyzji dotyczących ewakuacji, środków zapobiegania falom sztormowym i rozmieszczenia zespołów reagowania kryzysowego.
Wniosek
Przydatność dronów we wszelkiego rodzaju zastosowaniach i aplikacjach jest wciąż na etapie odkrywania. Mimo że okazały się już najlepszą technologią w gromadzeniu ulepszonych danych do modeli prognozowania pogody, technologia ta nie została jeszcze w pełni rozwinięta. W miarę poprawy zdolności dronów do latania w złych warunkach pogodowych, wraz ze wzrostem czułości i dokładności czujników pomiarowych na dronach, wraz z rozwojem programowania inteligencji dronów roju – wszystko to zwiększy zdolność dronów do zmiany sposobu, w jaki mierzymy i są pod wpływem naszej pogody.