GeoXO Echolot (GXS)

NOAA plant, ein hyperspektrales Infrarot-Sondierungsinstrument in das GeoXO-Satellitensystem aufzunehmen. Der GeoXO Sounder (GXS) liefert Echtzeitinformationen über die vertikale Verteilung von Luftfeuchtigkeit, Wind und Temperatur. Ein Echolot ist ein kameraähnliches Gerät, dessen Detektor auf zahlreiche feinskalige Bereiche von Infrarotwellenlängen oder -bändern reagiert. GXS wird Echtzeitdaten der Troposphäre (der untersten Ebene der Atmosphäre, in der das Wetter auftritt) mit einer viel höheren Frequenz als aktuelle Methoden liefern. Es wird für die Schätzung der Temperatur und Luftfeuchtigkeit in der Atmosphäre anhand der Höhe verwendet, wodurch ein Profil der Atmosphäre erstellt wird. Das Instrument wird auch Schätzungen der Windfelder liefern.

Infrarotlicht liegt zwischen dem sichtbaren und dem Mikrowellenanteil des elektromagnetischen Spektrums und zeigt uns, wie heiß oder kalt Dinge sind, beispielsweise Schichten der Atmosphäre. Für das menschliche Auge ist es nicht sichtbar. Eine Infrarotkamera erkennt Wärme oder Wärmeenergie (in diesem Fall die Atmosphäre) mit einem hohen Maß an Präzision und erkennt Temperaturunterschiede, d , Wasserdampf und andere atmosphärische Bestandteile auf dem Weg. Das Instrument wandelt diesen Infrarotmesswert in ein elektronisches Signal um und verarbeitet es zu einem Bild, das unsere Augen interpretieren können. Zur leichteren Interpretation werden ihnen unterschiedlichen Temperaturen unterschiedliche Helligkeiten oder Falschfarben zugeordnet.

Die NOAA setzt derzeit Echolote auf polarumlaufenden Satelliten ein, die von Pol zu Pol kreisen und einmal am Tag ein Gebiet überfliegen. Diese Instrumente bieten nicht das nahezu ständige Auge geostationärer Raumfahrzeuge. Obwohl die NOAA multispektrale Echolote auf einer früheren Generation von GOES-Satelliten flog, haben die USA noch kein hyperspektrales Infrarot-Sounder im geostationären Orbit geflogen. Die alten GOES-Echolotgeräte hatten nur 18 Spektralbänder, während die nächste Generation über 1.550 Bänder verfügen würde.

Das Erhalten von Temperatur- und Feuchtigkeitsinformationen über eine Säule der Atmosphäre von der Tropopause bis zur Oberfläche aus der geostationären Umlaufbahn würde Meteorologen Einblicke in das Verhalten der Atmosphäre dort geben, wo das Wetter auftritt, und ihnen helfen, bessere Vorhersagen zu treffen. Dazu gehören Schätzungen der atmosphärischen Instabilität, um die Orte der Konvektion besser vorhersagen zu können.

Heutzutage verlassen sich Meteorologen und Wettermodelle auf Flugzeuge, Wetterballons und erdnahe Satelliten. Flugzeuge und Wetterballons sind räumlich und zeitlich begrenzt. GXS wird die vollständige Atmosphärenerfassung über den Vereinigten Staaten im Vergleich zu bestehenden erdnah umlaufenden Satelliten um das Zehnfache steigern, die Sturmverfolgung und die Überwachung der Sturmstärke sowie die Vorhersage von Brandverhalten und Rauchtransport verbessern.

GXS-Daten werden in fortgeschrittene numerische Wettervorhersagemodelle eingespeist und die kurzfristige Unwettervorhersage verbessern. Da sich Wetterkatastrophen immer weiter verschlimmern, sind Investitionen in verbesserte Vorhersagen und Prognosen zu schweren Stürmen, Tornados und Hurrikanen von entscheidender Bedeutung. Es wird erwartet, dass stündliche Sondierungsdaten aus der geostationären Umlaufbahn Prognosefehler in den USA reduzieren, die regionalen US-Vorhersagen um bis zu 40 % verbessern und globale Vorhersagen mit einem Zeitraum von bis zu 2,5 Tagen verbessern werden.

GXS wird vertikale Temperatur- und Feuchtigkeitsänderungen messen – die Betrachtung eines Profils der Atmosphäre ist der Schlüssel zur Vorhersage der Konvektion. Das Instrument erkennt und verfolgt Unwetter, einschließlich Sturzfluten und Tornados, sobald sie entstehen, und hilft Meteorologen dabei, die Anwohner mit einer längeren Vorlaufzeit zu warnen, Schutz zu suchen.

Mithilfe von Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsinformationen erhalten Wettervorhersager neue Einblicke in Konvektion und Niederschlag. GXS-Daten ermöglichen die Überwachung dieser Faktoren im Laufe der Zeit und könnten, sobald sie in Prognosemodelle einbezogen werden, die Windvorhersagen verbessern.

Mit Scans alle 30 Minuten und einer höheren Auflösung als bei aktuellen Echoloten könnten Wettervorhersagen innerhalb weniger Stunden nach der Datenerfassung geliefert werden.

Während der Hurrikansaison verwenden Hurrikanjäger-Flugzeuge Dropsonden, zylindrische Instrumente mit Fallschirmen, die Temperatur und Druck messen, während das Instrument vom Flugzeug auf die Oberfläche fällt. Flugzeuge können während eines mehr als achtstündigen Fluges Dropsonden ausstoßen. GXS wird ein nahezu kontinuierliches Profil der Atmosphäre anstelle von Intervallen liefern und so das Verständnis dafür verbessern, wie sich ein tropischer Wirbelsturm bewegen und verstärken oder abschwächen kann. Tatsächlich wurden sowohl die Hurrikanverlaufs- als auch die Intensitätsvorhersagen mithilfe von GXS-ähnlichen Daten für andere Teile der Welt verbessert.

GXS bietet Echtzeitüberwachung und Reaktion auf atmosphärische Bedingungen, einschließlich Vereisungsmöglichkeiten sowie Windgeschwindigkeit und -richtung auf verschiedenen Ebenen der Atmosphäre, sodass Fluggesellschaften kostspielige Turbulenzen besser vermeiden können. GXS kann auch Windscherungen erkennen, die ebenfalls auf Turbulenzen bei Flugzeugen hinweisen können.

GXS-Daten werden Wettervorhersagemodelle verbessern, um Unwetter weiter in der Zukunft vorherzusagen, als dies derzeit möglich ist.

GXS wird dazu beitragen, mehrere kritische Spurengase zu überwachen, um die menschliche Gesundheit zu verbessern. Dazu gehören mindestens: Ozon, Ammoniak, Lachgas und Kohlenmonoxid.

Erfahren Sie mehr über die Vorteile geostationärer hyperspektraler Infrarotsondierungsbeobachtungen im technischen Bericht der NOAA: Geostationary Extended Observations (GeoXO) Hyperspectral InfraRed Sounder Value Assessment Report

Am 21. September 2021 wählte die NASA Ball Aerospace & Technologies Corporation aus Boulder, Colorado, und L3Harris Technologies Inc. aus Fort Wayne, Indiana, mit der Durchführung von GXS-Phase-A-Studien aus. Jedes Unternehmen führte eine Definitionsphasenstudie eines geostationären Echolotinstruments durch und legte im Dezember 2022 einen Abschlussbericht vor.

Die Ergebnisse dieser Studien wurden verwendet, um Leistungsanforderungen für den GXS-Instrumentenentwicklungsvertrag festzulegen. Die NASA hat die Ausschreibung für die GXS-Entwicklung am 10. Februar 2022 veröffentlicht. Die NASA plant, Ende August 2023 einen Entwicklungsauftragnehmer für GXS auszuwählen.

Die Informationen auf dieser Seite können sich im Zuge der Entwicklung des GeoXO-Programms ändern.