Il 18 novembre 2017, la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e la NASA hanno lanciato il Joint Polar Satellite System, il primo di una serie avanzata di satelliti meteorologici in orbita polare.

Il nuovo satellite, denominata NOAA-20 dopo il suo lancio, continua un'eredità di fornire a scienziati e cittadini di tutto il mondo l'accesso gratuito ai dati meteorologici che raccoglie, senza restrizioni o crittografia.

Per decenni, la comunità mondiale dei satelliti meteorologici ha operato secondo una politica di condivisione libera dei dati. Rappresenta una filosofia e un modello di cooperazione inizialmente promossi dagli Stati Uniti e adottati dalle agenzie satellitari globali, che durano indipendentemente dalla convinzione politica o nazionale.

È anche un'eredità e una filosofia con radici che risalgono a decenni fa all'Università del Wisconsin-Madison Space Science and Engineering Center e al Cooperative Institute for Meteorological Satellite Studies.

"Noi di SSEC e CIMSS siamo molto orgogliosi della nostra parte nello stabilire e promuovere questo approccio della comunità mondiale per una migliore comprensione e previsione del tempo e del clima, ", afferma lo scienziato SSEC Liam Gumley.

Previsioni migliori con NOAA-20

All'inizio degli anni '80, gli scienziati di SSEC hanno sviluppato alcuni dei primi strumenti software per elaborare i dati dagli strumenti sulle prime serie di satelliti in orbita polare della NOAA, note come TIROS.

Oggi, Gumley è specializzato nella ricezione e nell'elaborazione di dati da satelliti come NOAA-20 per l'uso da parte di tutti, da altri ricercatori e meteorologi al pubblico in generale.

Il satellite NOAA-20 è stato progettato per fare il giro del pianeta 14 volte al giorno. Dalla sua orbita bassa a poco più di 500 miglia sopra la Terra, raccoglie dati ad alta risoluzione in andane consecutive per costruire un'immagine del pianeta due volte al giorno.

Il satellite si unisce al suo predecessore, Suomi NPP (dal nome del fondatore di SSEC, il compianto professor Verner Suomi), così come i satelliti gestiti da altri paesi, nell'effettuare importanti misurazioni dell'ambiente terrestre, formando la spina dorsale del sistema di osservazione globale fornendo informazioni dettagliate sullo stato dell'atmosfera del pianeta, terra e oceani.

Gumley e la sua squadra, altri scienziati della SSEC, e gli scienziati di tutto il mondo utilizzano i dati di NOAA-20 in tre modi distinti:per migliorare le previsioni; assistere nel processo decisionale in tempo reale; e analizzare i processi ambientali globali per periodi di tempo più lunghi.

Migliorare le previsioni è fondamentale per scienziati come Gumley, chi nota che mentre i palloni meteorologici, aereo, strumenti a terra e altre fonti forniscono dati che alimentano modelli di previsione meteorologica, "di gran lunga, la fonte di dati più importante sono i dati satellitari, " lui dice.

I dati di questi satelliti, tutti dotati di sensori a infrarossi e microonde a bordo, sono cruciali per la previsione meteorologica numerica (NWP) al centro delle previsioni statunitensi, che sfrutta la potenza dei computer per eseguire algoritmi che elaborano enormi quantità di dati satellitari.

Rendere accessibili i dati satellitari

I dati provenienti da tutti i satelliti ambientali geostazionari e in orbita polare degli Stati Uniti sono archiviati nell'archivio CLASS di NOAA (Comprehensive Large Array-Data Stewardship System) entro circa 10 ore dalla raccolta. Chiunque può visitare CLASS e scaricare questi dati.

Però, chi ha interesse o necessità di ottenere i dati prima, come le agenzie meteorologiche a fini di previsione, può installare un'antenna e hardware specifico per ricevere i dati in tempo reale, direttamente dal satellite. In pochi minuti di digitalizzazione sul satellite, questi dati di trasmissione diretta vengono trasmessi ai ricevitori sottostanti.

Nei paesi in via di sviluppo, dove l'acquisizione e l'esecuzione dell'attrezzatura adeguata per ricevere ed elaborare direttamente i dati può essere proibitivo in termini di costi, Gumley dice che per meno di 1 dollaro, 000 possono acquistare una piccola antenna o un computer per ricevere le ritrasmissioni da un'altra fonte.

Per NOAA-20, l'agenzia satellitare europea EUMETSAT o NOAA può ricevere ed elaborare i dati, collegarlo a un satellite per telecomunicazioni, e poi ritrasmetterlo su un segnale simile a quello di un televisore digitale.

La ritrasmissione non viene effettuata direttamente presso SSEC, Gumley dice, ma il centro assiste EUMETSAT con alcuni dati per ritrasmetterli in Europa come parte di un sistema chiamato EUMETCast.

"È gratificante vedere che tutti i soldi, l'esperienza e il duro lavoro necessari per costruire questi sistemi si traducono in qualcosa che viene condiviso per il bene globale, "dice Gumley.

Connettere i decisori con i dati satellitari

Anche i dati provenienti da satelliti come NOAA-20 svolgono un ruolo chiave nel processo decisionale, soprattutto quando il tempo è essenziale. Scienziati come Gumley sono fondamentali per questo sforzo.

Satellite Data Services presso SSEC acquisisce e archivia i dati giornalieri da numerosi satelliti. Con accesso quasi immediato, Gumley e colleghi possono visualizzare e analizzare flussi di dati satellitari e immagini in 15 minuti o meno.

Infatti, il suo team ha sviluppato una suite di software chiamata Community Satellite Processing Package (CSPP) che può essere scaricata dal sito Web del programma, senza costi o restrizioni, finalizzato a supportare il processo decisionale negli Stati Uniti e renderlo più economico per gli altri paesi.

Come parte di uno sforzo comunitario, SSEC e siti partner hanno sviluppato prodotti CSPP che convertono i segnali satellitari digitali in informazioni utilizzabili. I prodotti possono essere utilizzati per rilevare incendi, ottenere informazioni su temperatura e vapore acqueo, valutare la vegetazione e altro ancora. I dati possono aiutare nelle previsioni del tempo e nella risposta ai disastri.

L'immediatezza che offre agli utenti, come il servizio meteorologico nazionale della NOAA, consente loro di valutare rapidamente situazioni che potrebbero influire sulla sicurezza pubblica. Per esempio, la banda giorno/notte VIIRS su NOAA-20 può rilevare la nebbia notturna nelle valli. Se la nebbia bassa sta ricoprendo un'autostrada molto trafficata, i meteorologi possono informare rapidamente la pattuglia della strada statale o altre agenzie competenti per avvisare i conducenti di visibilità ridotta.

O, osserva Gumley, "gli incendi possono essere individuati dalle immagini satellitari, pure. Se vediamo un incendio a una particolare latitudine e longitudine, possiamo informare le agenzie di protezione antincendio in modo che possano inviare il personale".

I ricercatori stanno anche utilizzando questi dati per studiare i processi globali su un lungo periodo di tempo (20-30 anni) per determinare le tendenze climatiche. Per esempio, gli scienziati hanno già determinato che le nuvole sono una variabile importante nel bilancio globale delle radiazioni. Per oggi, dice Gumley, la domanda è:"Stiamo vedendo nuvole più o meno alte a causa del cambiamento climatico?"

NOAA-20 continuerà questi e altri tipi di osservazioni raccolte e archiviate dalle precedenti generazioni di satelliti negli ultimi 25 anni, che rende più affidabile l'identificazione delle tendenze.

Inoltre, Il gruppo di Gumley fa parte del team di terra incaricato di caratterizzare i dati di NOAA-20 per la loro completezza, validità, precisione e coerenza. A partire da tre giorni dopo il lancio, e quando i sensori a bordo della navicella venivano accesi, il suo team ha lavorato con la NASA e il NOAA per garantire l'integrità di diversi terabyte di dati ogni giorno.

"Ora che la NOAA ha dato il via libera, "dice Gumley, "lo stiamo fornendo ai centri NWP in modo che possano iniziare a valutare i dati NOAA-20, pure."

Risalendo a Suomi NPP ed estendendosi a NOAA-20, SSEC continua anche a essere coinvolto in un contratto con la NASA per creare prodotti per l'atmosfera che supportano lo studio del clima a lungo termine, chiamato Science Investigator-led Processing Systems (SIPS). È l'unico dei sei gruppi coinvolti nello sviluppo di SIPS che ha sede al di fuori della NASA.

Per Gumley, è gratificante lavorare all'interno di una collaborazione globale in cui, nonostante ambienti e luoghi diversi, tutti ricevono gli stessi dati e sono interessati a utilizzarli per migliorare le previsioni e studiare le condizioni ambientali.

"Non sono solo gli Stati Uniti, ma a causa del suo esempio, partecipano tutti i maggiori operatori satellitari, " lui dice.