L'ingegnere della NASA Manuel Vega può vedere una delle torri olimpiche per il salto con gli sci dal tetto dell'ufficio meteorologico sudcoreano dove è di stanza. Vega non guarda gli sciatori prendere il volo, preparazione per le Olimpiadi invernali e le Paralimpiadi di PyeongChang 2018. Anziché, sta ispezionando il radar delle dimensioni di un SUV accanto a lui. Lo strumento è uno degli 11 strumenti della NASA appositamente trasportati alle Olimpiadi per misurare la quantità e il tipo di neve che cade sulle piste, tracce e halfpipe.

La NASA effettuerà queste osservazioni come una delle 20 agenzie di undici paesi della Repubblica di Corea come partecipanti a un progetto chiamato International Collaborative Experiments for PyeongChang 2018 Olympic and Paralympic Winter Games, o ICE-POP. Guidato dalla Korea Meteorological Administration, il team internazionale effettuerà misurazioni della neve dall'inizio delle Olimpiadi il 9 febbraio fino alla fine delle Paralimpiadi il 18 marzo.

Vega e il team internazionale stanno studiando come i ricercatori possono misurare la neve dal suolo e dallo spazio e fornire dati migliori per le previsioni delle tempeste di neve. Il team della NASA, insieme ai colleghi statunitensi della Colorado State University, il Centro Nazionale per la Ricerca Atmosferica, e National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), utilizzerà una raccolta di strumenti a terra, dati satellitari, e modelli meteorologici per fornire rapporti dettagliati sulle attuali condizioni della neve e testeranno modelli di previsioni sperimentali. Le osservazioni della NASA e le previsioni della neve saranno effettuate in 16 punti diversi vicino alle sedi degli eventi olimpici e quindi trasmesse ai funzionari olimpici per aiutarli a tenere conto del tempo in arrivo.

"Le Olimpiadi forniscono un mezzo per testare alcuni dei nostri metodi di osservazione e aiutano a sviluppare modelli di previsione in un ambiente applicato del mondo reale e consentono alle nostre osservazioni di essere utilizzate anche dai previsori e dagli addetti alla pianificazione olimpica, " ha detto Vega.

A volte, il tempo in questa parte del nord-est della Corea del Sud non è molto diverso da Greenbelt, Maryland, dove Vega lavora al Goddard Space Flight Center della NASA. Ma la Corea del Sud ha estremi molto più freddi. L'area è più alta in altezza, più ventoso a causa delle montagne, e ha anche un terreno molto vario. In poche ore, Vega potrebbe viaggiare da una spiaggia costiera a montagne innevate - e così potrebbe una tempesta di neve.

"Siamo interessati alla Corea del Sud perché possiamo migliorare la nostra comprensione della fisica della neve nelle aree montuose per contribuire a migliorare l'accuratezza delle nostre osservazioni e modelli, " disse Walt Petersen, ricercatore fisico presso il Marshall Space Flight Center della NASA, Huntsville, Alabama. Petersen è incaricato di coordinare gli strumenti di terra e la scienza della NASA nell'area di PyeongChang con la comunità scientifica internazionale ICE-POP.

Petersen afferma che un grande produttore di neve per l'area di PyeongChang è un sistema che chiama "fronte freddo backdoor". Grandi cupole di aria fredda viaggiano sul Mar del Giappone raccogliendo umidità ed energia e poi colpiscono la Corea del Sud sul lato nord-est. Il terreno sul lato est della penisola coreana cambia drasticamente dalla zona costiera alle montagne. Con un così ripido cambiamento di terreno, il flusso d'aria può cambiare rapidamente e stimolare grandi eventi nevosi vicino a PyeongChang - ed è quello che spera il team per testare quanto bene possono osservare e prevedere le tempeste di neve.

Tracciare la neve su terreni difficili

Il terreno diversificato della Corea del Sud rende questo progetto un'entusiasmante, seppur impegnativo, sforzo per gli scienziati di studiare gli eventi nevosi. Gli strumenti a terra forniscono osservazioni accurate della neve in superfici facilmente accessibili, ma non su terreni accidentati e montuosi difficili da raggiungere. Un satellite nello spazio ha il punto di osservazione ideale, ma le misurazioni dello spazio sono difficili perché la neve varia di dimensioni, forma e contenuto di acqua. Queste variabili significano che i fiocchi di neve non cadranno alla stessa velocità, rendendo difficile stimare i tassi di nevicata. I fiocchi di neve hanno anche angoli e "superfici" planari che rendono difficile la lettura dei radar satellitari.

La soluzione è raccogliere dati dallo spazio e dal suolo e confrontare le misurazioni. La NASA traccerà le tempeste di neve dallo spazio utilizzando la missione Global Precipitation Measurement, o GPM. L'Osservatorio GPM Core, un satellite progettato per stimare i tassi di pioggia e rilevare la neve che cade dallo spazio, è una missione congiunta tra la NASA e la Japan Aerospace Exploration Agency, e si coordina con altri dodici satelliti statunitensi e internazionali per fornire mappe globali delle precipitazioni ogni 30 minuti.

Il team completerà i dati spaziali con 11 strumenti della NASA osservando il tempo da terra a PyeongChang. Questi strumenti stanno contribuendo a un più ampio pool internazionale di misurazioni prese dagli strumenti degli altri partecipanti all'ICE-POP:un totale di 70 strumenti schierati alle Olimpiadi. Alcuni degli strumenti della NASA sono snow imager che utilizzano telecamere ad alta velocità e software avanzato per riprendere ogni singolo fiocco di neve che cade nella sua area di visualizzazione, utile per contare i fiocchi di neve e determinare quanta acqua sta cadendo in quel momento.

Un altro strumento di terra è il Dual-frequency della NASA, Dual-polarizzato, Sistema Doppler Radar (D3R) che è stato sollevato da una gru sul tetto dell'ufficio meteorologico regionale di DaeGwallyeong per misurare la quantità e i tipi di neve che cade, come nevischio o neve leggera e soffice. Il radar opera a lunghezze d'onda molto simili a quelle utilizzate a bordo del GPM Core Observatory per fornire osservazioni della neve simili ma da un punto di vista diverso.

Miglioramento dei modelli di previsioni del tempo

I dati aiuteranno a informare i funzionari olimpici sulle condizioni meteorologiche attuali, e sarà anche incorporato nella seconda tappa della ricerca della NASA:miglioramento dei modelli di previsione del tempo. Il Short-term Prediction Research and Transition Center (SPoRT) della NASA Marshall sta collaborando con la NASA Goddard per utilizzare un modello avanzato di previsione meteorologica della NASA per fornire previsioni meteorologiche a intervalli di sei ore su punti specifici sui terreni olimpici.

NASA SPORT, che lavora regolarmente con il National Weather Service degli Stati Uniti presso il NOAA, appositamente progettato il modello ICE-POP con due importanti migliorie. Primo, il modello può dipingere meglio un'immagine di cosa è fatta la nuvola, e può fornire dettagli specifici sul fatto che la nuvola stia producendo pioggia o neve.

Inoltre, l'ICE-POP include i dati satellitari della temperatura superficiale del mare che circonda la penisola coreana dai satelliti della NASA Terra e Aqua e dal satellite NASA/NOAA/Department of Defense Suomi-National Polar Orbiting Partnership, rispettivamente. I dati sulla temperatura della superficie del mare mostrano agli scienziati quanta energia è disponibile e quanta umidità potrebbe essere evaporata nell'atmosfera e precipitata sotto forma di neve.

"Questo modello include una complessa rappresentazione delle nuvole in modelli atmosferici per caratterizzare meglio la pioggia, Ghiaccio, e il contenuto di neve nelle nuvole. Include anche uno dei prodotti per la temperatura della superficie del mare con la più alta risoluzione disponibile in tempo reale, "ha detto Brad Zavodsky, il project manager per SPoRT a Marshall. "Siamo entusiasti di vedere le prestazioni di questo modello ad alta risoluzione".

NASA SPoRT utilizza queste informazioni per fornire ai funzionari olimpici sperimentali, previsioni in tempo reale ogni sei ore utilizzando il modello NASA Unified Weather Research Forecast (NU-WRF) con sede a Goddard. Il team SPoRT fornirà quattro previsioni al giorno all'amministrazione meteorologica coreana, che esamineranno questo modello insieme a tutti i modelli di previsione in tempo reale nella campagna ICE-POP prima di trasmettere informazioni ai funzionari olimpici. Il NU-WRF è uno dei cinque modelli di previsione in tempo reale in esecuzione nella campagna ICE-POP.

Quando esegui questi modelli insieme dalle diverse agenzie, puoi vedere come si comporta un modello rispetto a un altro. Impari molto sulle tue capacità di prevedere in un modello di previsione e su come migliorarlo, " ha detto Zavodskij.

Per migliorare i modelli, gli scienziati eseguiranno contemporaneamente il modello NU-WRF presso il Mesoscale Processes Laboratory di Goddard ed esamineranno come la regolazione di determinati parametri nel modello modifica l'output, soprattutto per combaciare con le osservazioni fatte da strumenti terrestri e spaziali.

"Se otteniamo un modello migliorato, apre la possibilità di utilizzare il modello per aiutare a migliorare i metodi satellitari per la stima delle precipitazioni nevose, e più in generale, migliora la nostra comprensione delle nuvole, clima, e i cicli dell'acqua e dell'energia, " ha detto Petersen.

Per costruire un modello migliore, Lo scenario da sogno di Petersen a Pyeongchang è che la missione GPM e gli strumenti di terra ottengano contemporaneamente una buona visuale di alcune tempeste di neve. Quindi avranno informazioni sufficienti per confrontare diversi modelli di previsione e osservazioni, con l'obiettivo di migliorare entrambi gli approcci alla comprensione e alla stima delle nevicate in montagna.

In breve, Petersen spera in quello che molti atleti olimpici vogliono a PyeongChang:precipitazioni e perfezione.