I droni e altre tecnologie senza equipaggio possono raccogliere dati meteorologici in modo conveniente in ambienti difficili o remoti e contribuire a modelli meteorologici e climatici migliori, secondo un nuovo studio dei ricercatori CIRES e NOAA. Aerei senza equipaggio e palloni muniti di strumenti stanno aiutando a colmare le lacune di dati critici su superfici difficili da campionare nell'Artico, compreso il ghiaccio marino di nuova formazione e la tundra parzialmente congelata.

"Stiamo dimostrando di avere la capacità di impiegare regolarmente velivoli senza pilota e sistemi di palloni vincolati in un ambiente molto difficile per campagne mirate sul campo. Stiamo anche sostenendo gli sforzi di sviluppo per rendere queste tecnologie disponibili alla più ampia comunità scientifica, " disse Gijs de Boer, un ricercatore CIRES che lavora nel laboratorio di ricerca del sistema terrestre NOAA e autore principale dell'articolo, pubblicato il 29 giugno nel Bollettino dell'American Meteorological Society .

Comunità, imprese, e i governi di tutto il mondo hanno bisogno di previsioni meteorologiche e climatiche accurate e tempestive per la pianificazione e la sicurezza. Una chiave per migliorare i modelli di previsione è ottenere dati aggiuntivi, particolarmente carente in località remote come l'Artico. Questa ricerca, una collaborazione tra scienziati CIRES e NOAA, insieme al Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) e ai partner universitari, è stato progettato per indagare se i droni e altre tecnologie senza equipaggio possono integrare e migliorare i modi più convenzionali di raccogliere dati atmosferici.

Nel nuovo studio, i ricercatori scoprono che i velivoli senza equipaggio e i sistemi di palloni collegati, noti collettivamente come sistemi di velivoli senza pilota o UAS, possono aiutare a colmare le lacune nei dati e sono adatti per i voli di routine nell'Artico. E grazie al lavoro svolto dalla struttura per gli utenti della misurazione delle radiazioni atmosferiche (ARM) del DOE, in collaborazione con de Boer e i suoi colleghi per sviluppare queste tecnologie senza equipaggio all'avanguardia, ARM sta ora accettando proposte da scienziati dell'atmosfera per schierare UAS nei loro siti di ricerca.

Dal 1997, la struttura utente ARM ha raccolto misurazioni di nuvole, aerosol, stato atmosferico, e radiazioni presso il loro osservatorio del versante nord dell'Alaska vicino a Utqiaġvik (ex Barrow). Ulteriori misurazioni sono state effettuate ad Atqasuk (circa 60 miglia nell'entroterra da Utqia?vik) e Oliktok Point (un altro sito costiero, 165 miglia a sud-ovest di Utqiaġvik). Queste misurazioni basate sull'osservatorio hanno aiutato gli scienziati a comprendere meglio il sistema naturale artico.

Quando a terra, strumenti fissi effettuano misurazioni, tali osservazioni sono limitate a quella posizione o al campo visivo di uno strumento di scansione. Aerei senza pilota o palloni tethered possono effettuare misurazioni su aree molto più grandi. Riconoscendo il potenziale delle osservazioni UAS, il DOE ha promosso l'accelerazione degli schieramenti scientifici sul campo degli UAS nell'Artico a partire dal 2015.

"La superficie intorno ai siti di North Slope di ARM è altamente eterogenea, quindi le informazioni che queste tecnologie possono fornire sono estremamente preziose per capire quale impatto sta avendo la variegata superficie sulle proprietà atmosferiche, " ha detto James Mather, Direttore tecnico ARM.

In una serie di campagne, de Boer e i suoi colleghi insieme ai membri dello staff dell'ARM hanno pilotato vari velivoli senza pilota, e il personale ARM del Sandia National Laboratory ha lanciato palloncini legati, dimostrando capacità di misurazione sempre più avanzate e miniaturizzate, tra cui lo spettrometro di particelle ottiche stampate di NOAA, o POPS, espandendo le operazioni a condizioni artiche più dure. Insieme, questi UAS forniscono profili dettagliati delle proprietà atmosferiche, inclusa la termodinamica, venti, radiazione, aerosol, microfisica delle nuvole, che forniscono una comprensione più completa della bassa atmosfera dell'Artico.

Perché sono presi in situ, o nel luogo di interesse, le misurazioni atmosferiche effettuate con sistemi di aeromobili senza pilota possono rappresentare meglio le condizioni locali, e l'inserimento di tali osservazioni in modelli meteorologici o climatici rende i modelli più accurati. "Con palloni e velivoli senza pilota, abbiamo una prospettiva diversa, " ha detto de Boer. "Possiamo coprire aree più grandi e ottenere una distribuzione, Per esempio, della variabilità della temperatura intorno a un sito. Con gli UAS possiamo campionare attraverso il riquadro della griglia di un modello invece che in un singolo punto, e questo è importante per lo sviluppo del modello."

Oltre alla sua ricerca sull'Artico, de Boer è l'organizzatore del raduno annuale di quest'anno di una comunità internazionale che utilizza gli UAS per la ricerca atmosferica noto come ISARRA, abbreviazione di Società internazionale per la ricerca atmosferica che utilizza velivoli a pilotaggio remoto. Dopo una conferenza di una settimana presso l'Università del Colorado a Boulder, oltre cento scienziati, ingegneri e piloti di aerei si riuniranno per una settimana di voli scientifici nella San Luis Valley, nel sud del Colorado.

De Boer, insieme al CIRES, NOAA, e colleghi ARM, tornerà sul versante nord dell'Alaska alla fine dell'estate per un'altra campagna sul campo. Nell'ambito dell'Anno di previsione polare dell'Organizzazione meteorologica mondiale e del Programma di ricerca sul clima mondiale, i ricercatori utilizzeranno velivoli senza pilota e palloncini legati per osservare e modellare la bassa atmosfera artica nel sito DOE Oliktok Point. Stanno anche collaborando con l'Università dell'Alaska Fairbanks e partner per effettuare misurazioni UAS sull'Oceano Artico per capire meglio come il vento influenza la miscelazione degli oceani.