Vždy mě zajímá, jak jsou drony využívány ve prospěch lidstva, a byl jsem zvědavý dozvědět se více o tom, jak se používají při předpovědi počasí. Udělal jsem malý průzkum, abych zjistil, co jsou meteorologické drony a jak se používají při předpovídání počasí. Zde je to, co jsem se naučil.

Meteorologické drony jsou speciálně navržené drony, které létají do nejnižší vrstvy zemské atmosféry, mezní vrstva. Jsou vybaveny senzory proshromažďování informací o teplotě, vlhkosti a větru v atmosféře, v konečném důsledku pomoci zlepšit modely předpovědi počasí.

Použití dronů ke sběru vzorků atmosféry je obrovským pokrokem v tradičních metodách sběru dat a má potenciál výrazně zlepšit přesnost modelů předpovědi počasí. Proč tě to zajímá? Přesnější modely ovlivňují každodenní i celkový obraz. Meteorologům to umožňuje poskytovat lepší předpovědi počasí na 10 dní, ale víc než to znamená schopnost vydávat pokročilejší varování před bouřkami, jako jsou tornáda, nebo zda a kde přistanou hurikány.

Jak meteorologické drony fungují

Nejspodnější vrstva atmosféry, nazývaná mezní vrstva, je místem, kde se odehrává většina našeho počasí. Povětrnostní podmínky, které ovlivňují každého z nás, jsou závislé na závratném množství proměnných a faktorů. Pokus o přesné předpovědi toho, co bude počasí dělat dál, se opírá o velmi komplikované modely předpovědi počasí, ale výstup těchto modelů je jen tak dobrý, jak dobrá jsou data do nich vložená. A získat dobrá data je těžší, než si myslíte.

To je místo, kde nastupují meteorologické drony. Meteorologické drony mohou létat přes celou vertikální vrstvu hraniční vrstvy atmosféry a sbírat zásadní údaje o teplotě, vlhkosti, tlaku vzduchu a rychlosti a směru větru.

Meteorologické drony mohou tato data sbírat několika způsoby. Jedním ze způsobů jsou senzory teploty, vlhkosti a tlaku vzduchu připevněné přímo na dronu. Dalším způsobem, jak shromažďují data, je spouštění senzorů zvaných dropsondy, vybavených padákem, z velké výšky. Dropsondy sestupují vertikálním profilem hraniční vrstvy a sbírají data až dolů. Jedním z posledních důležitých způsobů, jak meteorologické drony shromažďují data, je vizuální zobrazování, včetně fotografií a videa.

Vylepšení oproti tradičním metodám

Vědci tradičně používají meteorologické balóny a meteorologické stanice ke sběru dat o počasí pro modelování. Omezení meteostanice je její statické umístění (nepohybuje se) a její blízkost k zemskému povrchu. I když je meteorologická stanice umístěna na vrcholu mrakodrapu nebo věže, je poměrně pozemská a nemůže získat data z horní části hraniční vrstvy. Meteorologické balony se mohou dostat mnohem výš, ale mají nevýhodu v tom, že se nedají ovládat. Půjdou tam, kam je vítr zavane. Meteorologické balony se také nevracejí na přistání z místa, odkud odstartovaly, a jsou obecně nedobytné.

Satelity jsou dalším zdrojem dat pro modely předpovědi počasí. Jsou schopny získat data o vodní páře a tvorbě mraků, ale nejsou tak užitečné při měření teploty, vlhkosti nebo větru, protože jsou zjevně vysoko nad hraniční vrstvou, kde se tyto faktory vyskytují. Historicky se také používaly meteorologické drony s vysokou nadmořskou výškou s dlouhým dosahem a pevnými křídly, ale mají podobná omezení jako satelity a jejich provoz je extrémně drahý. Letadla se také používají ke sběru dat o počasí a často se používají při bouřkách. Letadla jsou ale také drahá na provoz a poslat pilota letícího do bouře s sebou nese mnohem vyšší míru rizika pro lidský život než poslat dron.

Drony tato omezení nemají. Lze s nimi snadno létat ve vysokých nadmořských výškách a vědci dokonce nedávno dostali povolení létat až 3500 stop nad zemí pro studie sběru dat. (Jakkoli to zní vysoko, dokonce i standardní spotřebitelská kvadrokoptéra by neměla problémy s provozem v této výšce, kromě maximálního omezení letu 400 stop AGL). Lze je snadno ovládat tak, aby zamířily přímo do větru nebo dokonce do bouře, aby získaly data přesně v nadmořské výšce a umístění, které by si vědci přáli. A drony se vracejí na pevninu, což znamená, že na dronu lze použít mnohem dražší a sofistikovanější senzory a vybavení, než by bylo praktické použít na meteorologickém balónu.

Aktuální vývoj

Probíhá několik důležitých projektů, které pracují na využití a vylepšení dronů pro sběr dat o počasí. Jeden z nich je přímo spojen s vědci spolupracujícími s NOAA. Pracují na krátkodobých terénních studiích zaměřených na konkrétní regiony USA, aby studovali, jak vlastnosti terénu a povrchu země ovlivňují počasí. Cílem je určit, zda a jak povrch země ovlivňuje počasí, a jak tuto proměnnou začlenit do modelů počasí a klimatu.

Další probíhající projekt, řízený profesorem Phillipem Chilsonem z University of Oklahoma, je ve fázi plánování a vývoje, ale má potenciál způsobit revoluci v meteorologické vědě a předpovědi počasí. Představuje si celostátní síť věží meteorologických stanic, z nichž každá je vybavena flotilou autonomních meteorologických dronů. Drony na každé stanici by byly nasazovány každou hodinu, aby odpalovaly a shromažďovaly data, která mají být vložena do modelů počasí, a poskytovaly by obrovské množství spolehlivých dat – mnohem efektivněji a spolehlivěji než jakákoli jiná v současnosti používaná metoda.

Kromě toho by se roj komunikujících, propojených dronů na každé stanici mohl automaticky nasadit, když jsou detekovány podmínky bouře, a pomocí AI určit, kam letět, a shromáždit relevantní data. Tato data by byla znovu vložena do modelů předpovědi počasí.

Jaký dopad mohou mít

Předpověď počasí

Více dat z celé země (a světa), z více úrovní hraniční vrstvy, znamená přesnější modely předpovědi počasí. Měření z bouřkových dronů může vědcům pomoci vyhodnotit aktuální modely počasí a identifikovat a opravit předpovědní modely. Spolupráce mezi vědci pracujícími na těchto projektech sběru dat a modely předpovědi místních meteorologických služeb vede k přesnějším předpovědím počasí pro místní zprávy o počasí. Je to trvalý vtip, že meteorologové se neustále mýlí, když je nikdo nenese k odpovědnosti, ale to by se mohlo změnit s přesnějšími modely.

Připravenost na bouři

Přesná a spolehlivá předpověď počasí je mnohem důležitější než pouhé plánování, který den si uděláte piknik nebo zda si s sebou vzít deštník. Když se vyvíjejí bouře, nejlepší možný model počasí může pomoci snížit dopad na životy a majetek.

V oblastech s výskytem tornád je současná průměrná doba včasného varování 16 minut. To znamená, že obyvatelé jsou varováni pouze 16 minut před tím, než je pravděpodobné nebo známé tornádo zasáhne. To nezbývá dostatek času na evakuaci nebo úkryt. Doufáme, že s předpovědí počasí řízenou daty z dronů by se doba odezvy včasného varování mohla prodloužit až na jednu hodinu, což by lidem poskytlo mnohem lepší příležitost k zabezpečení života a majetku.

Hurikány je také notoricky obtížné předvídat. Mohou se vydat neočekávanými cestami nebo zesílit nebo se nepředvídatelně rozptýlit. Díky vylepšené schopnosti shromažďovat data z aktivní bouře pomocí dronů budou meteorologové a meteorologové schopni lépe předpovídat trasy a intenzitu hurikánových bouří. To by meteorologické službě umožnilo činit informovanější rozhodnutí, pokud jde o evakuace, preventivní opatření proti bouřkovým vlnám a kam rozmístit týmy nouzové reakce.

Závěr

Užitečnost dronů ve všech druzích použití a aplikací je stále ve stádiu objevování. Přestože se již ukázaly jako dosud nejlepší technologie při shromažďování vylepšených dat pro modely předpovědi počasí, tato technologie se ještě plně nevyvinula. Jak se zlepšuje schopnost dronů létat za špatných povětrnostních podmínek, jak se zvyšuje citlivost a přesnost měřících senzorů na dronech, jak se vyvíjí programování pro inteligenci dronů – všechny tyto věci přispějí ke schopnosti dronů změnit způsob, jakým měříme. a jsou ovlivněny naším počasím.