Dagli strumenti radar più piccoli di una scatola da scarpe ai radiometri delle dimensioni di un cartone di latte, oggi gli scienziati hanno a disposizione più strumenti che mai per osservare i complessi sistemi terrestri. Ma questa abbondanza di sensori disponibili crea una sfida unica:come possono i ricercatori organizzare questi diversi strumenti nel modo più efficiente per campagne sul campo e missioni scientifiche?
Per aiutare i ricercatori a massimizzare il valore delle missioni scientifiche, Bart Forman, professore associato di ingegneria civile e ambientale presso l'Università del Maryland, e un team di ricercatori dello Stevens Institute of Technology e del Goddard Space Flight Center della NASA hanno prototipato un esperimento di simulazione del sistema osservativo (OSSE) per la progettazione di missioni scientifiche dedicate al monitoraggio dello stoccaggio terrestre di acqua dolce.
"Ci sono diversi tipi di sensori. Ci sono i radar, i radiometri, i lidar:ognuno misura diversi componenti dello spettro elettromagnetico", ha detto Bart Forman, professore associato di ingegneria civile e ambientale presso l'Università del Maryland. "Osservazioni diverse hanno punti di forza diversi."
Lo stoccaggio di acqua dolce terrestre descrive la somma integrata di acqua dolce distribuita attraverso la neve della Terra, l'umidità del suolo, la chioma vegetale, gli argini delle acque superficiali e le acque sotterranee. È un sistema dinamico, che sfida i tradizionali sistemi statici di osservazione scientifica.
Il progetto di Forman si basa sui precedenti progressi tecnologici ottenuti durante un precedente progetto dell'Earth Science Technology Office (ESTO), in cui ha sviluppato un esperimento di simulazione del sistema di osservazione per la mappatura della neve terrestre.
Si basa inoltre fortemente sulle innovazioni introdotte dal Land Information System (LIS) della NASA e dal Trade-space Analysis Tool for Designing Constellations (TAT-C) della NASA, due strumenti di modellazione che sono nati come investimenti ESTO e sono rapidamente diventati punti fermi all'interno della comunità delle scienze della Terra. /P>
Lo strumento di Forman incorpora questi programmi di modellazione in un nuovo sistema che fornisce ai ricercatori una piattaforma personalizzabile per pianificare missioni di osservazione dinamica che includono una raccolta diversificata di set di dati spaziali.
Inoltre, lo strumento di Forman include anche uno strumento di stima dei costi "dollari per la scienza" che consente ai ricercatori di valutare i rischi finanziari associati a una missione proposta.
Insieme, tutte queste funzionalità offrono agli scienziati la possibilità di collegare osservazioni, assimilazione di dati, stima dell'incertezza e modelli fisici all'interno di un unico quadro integrato.
"Stavamo prendendo un modello della superficie terrestre e cercando di unirlo con diverse misurazioni spaziali di neve, umidità del suolo e acque sotterranee per vedere se esisteva una combinazione ottimale per darci il massimo rapporto qualità-prezzo", ha spiegato Forman.
Sebbene lo strumento di Forman non sia il primo sistema informativo dedicato alla progettazione di missioni scientifiche, include una serie di nuove funzionalità. In particolare, la sua capacità di integrare osservazioni provenienti da radiometri ottici passivi spaziali, radiometri passivi a microonde e sorgenti radar segna un progresso tecnologico significativo.
Forman ha spiegato che mentre queste osservazioni indirette di acqua dolce includono informazioni preziose per quantificare l'acqua dolce, ciascuna contiene anche le proprie caratteristiche di errore uniche che devono essere attentamente integrate con un modello di superficie terrestre al fine di fornire stime delle variabili geofisiche a cui gli scienziati tengono di più. /P>
Il software di Forman combina inoltre LIS e TAT-C all'interno di un unico framework software, estendendo le capacità di entrambi i sistemi per creare descrizioni superiori dell'idrologia terrestre globale.
Forman ha infatti sottolineato l'importanza di avere un team ampio e diversificato che comprenda esperti provenienti da tutte le comunità di scienze della Terra e di modellizzazione.
"È bello far parte di una grande squadra perché questi sono grossi problemi e io stesso non conosco le risposte. Ho bisogno di trovare molte persone che sanno molto più di me e convincerle a unirsi e si sono rimboccati le maniche per aiutarci e lo hanno fatto", ha detto Forman.
Avendo creato un esperimento di simulazione di un sistema di osservazione in grado di incorporare osservazioni dinamiche basate sullo spazio in modelli di pianificazione della missione, Forman e il suo team sperano che i futuri ricercatori si basino sul loro lavoro per creare un programma di modellazione della missione ancora migliore.
Ad esempio, mentre Forman e il suo team si concentravano sulla generazione di piani di missione per i sensori esistenti, una versione ampliata del loro software potrebbe aiutare i ricercatori a determinare come potrebbero utilizzare i futuri sensori per raccogliere nuovi dati.
"Con il tipo di cose che TAT-C può fare, possiamo creare ipotetici sensori. E se raddoppiassimo la larghezza dell'andana? Se potesse vedere il doppio dello spazio, questo ci fornirebbe più informazioni? Allo stesso tempo, possiamo porre domande su l'impatto delle diverse caratteristiche di errore per ciascuno di questi ipotetici sensori ed esplorare il corrispondente compromesso", ha affermato Forman.
Fornito dalla NASA
