Dall'inizio dell'era dei satelliti meteorologici negli anni '50, i continui miglioramenti degli strumenti di telerilevamento hanno elevato la scienza della Terra e hanno notevolmente aumentato le osservazioni atmosferiche disponibili. Allo stesso modo, gli scienziati hanno compiuto notevoli progressi nella comprensione dell'atmosfera terrestre, clima, e ambiente.

Promuovendo la crescita della scienza dell'atmosfera negli ultimi 20 anni, gli ecoscandagli a infrarossi (IR) basati su satellite a bordo dei satelliti in orbita terrestre bassa (LEO) hanno fornito radiazioni IR spettrali (o iperspettrali) elevate. Questi ecoscandagli possono determinare piccole differenze nelle lunghezze d'onda IR riflesse, che aiutano a identificare i diversi bersagli dell'atmosfera. Questi dati hanno notevolmente migliorato la modellazione e le previsioni numeriche globali di previsione meteorologica (NWP).

Nonostante la copertura globale, ogni ecoscandaglio LEO fornisce osservazioni solo due volte al giorno per una determinata località. Però, gli ecoscandagli IR iperspettrali dei satelliti geostazionari in orbita attorno alla Terra (GEO) possono fornire una temperatura 4D ad alta risoluzione (incluso il tempo), umidità, e le informazioni sul movimento dinamico necessarie per l'inizializzazione, o avviare una simulazione del modello. Per riflettere accuratamente i cambiamenti atmosferici durante un intero periodo di 24 ore, I satelliti LEO possono fornire aggiornamenti dei dati più frequenti per l'utilizzo dei modelli NWP.

Gli scienziati stanno sviluppando metodi di assimilazione dei dati per i modelli NWP che aumenteranno la qualità dei dati di inizializzazione dai satelliti. L'esperimento di simulazione del sistema di osservazione (OSSE) è progettato per utilizzare l'assimilazione dei dati per studiare il potenziale impatto dei futuri sistemi di osservazione atmosferica. I processi OSE tradizionali richiedono uno sforzo significativo per calcolare, simulare, e calibrare le informazioni, quindi assimilare i dati per produrre una previsione. Perciò, meteorologi modello stanno lavorando per rendere questo processo più efficiente.

"Abbiamo studiato il valore aggiunto di un ecoscandaglio IR iperspettrale GEO utilizzando il metodo ibrido OSSE". ha detto il prof. Jun Li, un illustre scienziato dell'Istituto cooperativo per gli studi meteorologici sui satelliti dell'Università del Wisconsin-Madison.

Rispetto al tradizionale OSSE, in un ibrido OSSE, la maggior parte dei dati sono osservazioni reali, ad eccezione delle osservazioni di nuovi sensori, che vengono simulati frequentemente attraverso piccole griglie, analisi o rianalisi atmosferica globale ad alta risoluzione. Una proposta dettagliata di applicazioni OSSE ibride è inclusa in un nuovo documento pubblicato in Progressi nelle scienze dell'atmosfera , che fa anche parte di un numero speciale sui satelliti meteorologici di Fengyun:Dati, Applicazione e valutazione

Prima di valutare l'impatto del nuovo metodo, Il prof. Li e il suo team hanno dovuto convalidare le radiazioni simulate dal nuovo sensore IR iperspettrale GEO per verificare che la simulazione dei nuovi dati del sensore avrebbe funzionato nel sistema ibrido OSSE. Hanno utilizzato due casi di forti tempeste locali del 2018 e del 2019 nelle Grandi Pianure e nel Midwest degli Stati Uniti per valutare gli impatti a valore aggiunto dei dati IR iperspettrali GEO.

"Siamo lieti di trovare una temperatura atmosferica migliorata, umidità, e previsioni di precipitazioni, insieme ad alcuni miglioramenti nelle previsioni del vento." ha commentato il Prof. Li in merito ai risultati della ricerca.

Globale, lo studio di impatto del team presenta un valore aggiunto, con conseguente riduzione dell'errore quadratico medio (RMSE) del 5% quando i dati IR iperspettrali GEO vengono utilizzati al posto dei dati LEO. Ciò indica le potenziali applicazioni di un ecoscandaglio IR iperspettrale GEO che può migliorare le previsioni locali di forti tempeste.