Klimatologia (2)
Global Precipitation Measurement (GPM) jest wspólną misją łączącą amerykańską agencję NASA i Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA). Projekt wykorzystuje międzynarodową siecią satelitów, która zapewnia nową generację globalnej obserwacji opadu deszczu i śniegu.
Koncepcja GPM koncentruje się na wdrożeniu głównego satelity ("core"), który na swoim pokładzie pomieści zaawansowany system radarowy do pomiaru opadów i służyć będzie, jako wzorzec odniesienia do ujednolicenia pomiarów opadów z badań satelitów operacyjnych.
Uruchomienie obserwacji głównego satelity GPM zaplanowano na początek 2014 roku. Celem jest opracowanie obrazów o wysokiej rozdzielczości, niemal w czasie rzeczywistym, poprzez połączenie wszystkich dostępnych informacji z przestrzeni z pomiarami naziemnymi. Przez te ulepszone pomiary, misja GPM pomoże lepiej zrozumieć cykl hydrologiczny i energetyczny Ziemi, zapewni poprawę prognozowania ekstremalnych zjawisk, które powodują zagrożenia naturalne i katastrofy, oraz rozszerzy obecne możliwości użycia dokładnych i aktualnych informacji o opadach atmosferycznych, co przyniesie bezpośrednie korzyści społeczeństwu.
David Wolff, pracownik naukowy i meteorolog z NASA Wallops Flight Facility, z zespołu wspierającego działalność programową GV wraz z ok. 100 osobami z NASA, University of Iowa, Colorado State University i innych instytucji, wiosną 2013 przeprowadzili eksperyment polowy dla wsparcia misji GPM, zwaną Iowa Flood Studies (IFloodS). Była to pierwsza kampania koncentrująca się na pomiarach hydrologicznych i zawierała pomiary z najnowocześniejszych wieloparametrowych radarów, disdrometrów i rozbudowanej sieci czujników deszczu, czujników strumienia i wilgotności gleby.
Wolff wykorzystuje intensywnie program IDl podczas pracy z danymi radarowymi GV.
"Jest to jedyny język komputerowy, którego używam, i korzystam z niego, na co dzień, " mówi David Wolff.
Zespół serwisu technicznego Exelis VIS pomógł rozwiązać problemy z kodem programu i dzięki temu nasz zespół mógł kontynuować pracę.
Wiele procedur przetwarzania danych radarowych jest napisanych w języku C, co utrudnia pracę. Jednostka NASA TRMM Satellite Validation Office opracowała bibliotekę Radar Software Library (RSL), w języku C, do przyjmowania, analizy i wyprowadzania kilku popularnych formatów danych radarowych. David Wolff pracuje przede wszystkim na wersji IDL biblioteki RSL (RSL_IN_IDL), która zapewnia bardziej przyjazny interfejs do przyjmowania, analizy i wizualizacji danych radarowych. Chodziło o zapewnienie użyteczności biblioteki RSL w środowisku IDL.
Jak w RSL, głównym obiektem danych jest struktura radaru, która zapewnia jednolity interfejs dla różnych formatów radarowych. Jest to struktura zwracana przez rsl_anyformat_to_radar, funkcję do odczytu surowych danych radarowych. Wersja IDL struktury radaru jest zasadniczo taka sama jak jego odpowiednik w języku C i użytkownikom RSL wyda się znajoma. Najważniejszą różnicą w wersji IDL jest to, że dane są przechowywane bezpośrednio w strukturach, więc funkcje do pakowania i rozpakowywania danych nie są już potrzebne. Gdy dane są przyjmowane, IDL oferuje szeroką bibliotekę procedur analitycznych, w łatwym w użyciu języku, który umożliwia naukowcom szybko wyciągnąć istotne informacje z surowych danych.
Misja GPM jest oparta na bardzo skutecznych czujnikach deszczu TRMM, które koncentrują się głównie na ciężkich lub umiarkowanych opadach deszczu występujących na tropikalnych i subtropikalnych oceanach.
GPM rozszerza zasięg na wyższych szerokościach geograficznych, aby zapewnić globalny przegląd opadów i dostarczy informacji niemal w czasie rzeczywistym. Lekkie deszcze i opady śniegu stanowią znaczące frakcje wystąpień opadów w średnich i wysokich szerokościach geograficznych. Kluczowym postępem GPM jest zwiększona zdolność do pomiaru tych drobnych opadów (poniżej 0,5 mm hr-1), stałych opadów oraz właściwości mikrofizycznych wytrącania cząstek.
GPM zapewni globalne pomiary opadów ze zwiększoną dokładnością, zasięgiem i zakresem dynamiki do badania właściwości opadów. GPM wpłynie na poprawę prognozowania pogody i opadów poprzez natychmiastową asymilację danych atmosferycznych). W stosunku do TRMM, udoskonalenie pomiarów i możliwość pobierania próbek z GPM oferuje wiele korzyści:
IDL stanowi doskonałe narzędzie, które naukowcy mogą wykorzystywać, jako pomoc w prowadzeniu badań naukowych. Składają się na to konstrukcja języka, biblioteki procedur dostępów do różnych plików, analiza danych oraz narzędzia wizualizacyjne.
Koncepcja GPM koncentruje się na wdrożeniu głównego satelity ("core"), który na swoim pokładzie pomieści zaawansowany system radarowy do pomiaru opadów i służyć będzie, jako wzorzec odniesienia do ujednolicenia pomiarów opadów z badań satelitów operacyjnych.
Uruchomienie obserwacji głównego satelity GPM zaplanowano na początek 2014 roku. Celem jest opracowanie obrazów o wysokiej rozdzielczości, niemal w czasie rzeczywistym, poprzez połączenie wszystkich dostępnych informacji z przestrzeni z pomiarami naziemnymi. Przez te ulepszone pomiary, misja GPM pomoże lepiej zrozumieć cykl hydrologiczny i energetyczny Ziemi, zapewni poprawę prognozowania ekstremalnych zjawisk, które powodują zagrożenia naturalne i katastrofy, oraz rozszerzy obecne możliwości użycia dokładnych i aktualnych informacji o opadach atmosferycznych, co przyniesie bezpośrednie korzyści społeczeństwu.
Opis problemu
Jako wsparcie dla programu Tropical Rainfall Measuring Mission’s (TRMM) Global Validation Program, jednostka NASA TRMM Satellite Validation Office stworzyła bibliotekę Radar Software Library (RSL) w języku C, do przyjmowania, analizy i wyprowadzania kilku popularnych formatów danych radarowych. Jednak praca programistyczna w języku C okazała się być kłopotliwa i czasochłonna.Zrealizowane rozwiązanie
Wersja IDL biblioteki RSL (RSL_IN_IDL) zapewniła bardziej przyjazny interfejs do akwizycji, analizy i wizualizacji danych radarowych. Rozwiązanie zapewniło użyteczność biblioteki RSL w środowisku IDL. Zespół TRMM/GPM Ground Validation wykorzystał także program IDL do opracowania procedur przyjmujących wiele popularnych formatów danych radarowych, tj. WSR-88D (Level II), Sigmet, Lassen, Universal Format i innych.Walidacja danych z pomiarów naziemnych
Walidacja naziemna (Ground Validation - GV) jest integralnym elementem misji, ponieważ GV konwertuje dane satelitarne przyrządów na przydatne informacje o opadach deszczu i śniegu. GV wykorzystuje dane zbierane z naziemnych radarów, czujników deszczu i disdrometrów. Jakość danych jest kontrolowana, a następnie wytwarzane są produkty walidacji dla porównania z danymi satelitarnymi.David Wolff, pracownik naukowy i meteorolog z NASA Wallops Flight Facility, z zespołu wspierającego działalność programową GV wraz z ok. 100 osobami z NASA, University of Iowa, Colorado State University i innych instytucji, wiosną 2013 przeprowadzili eksperyment polowy dla wsparcia misji GPM, zwaną Iowa Flood Studies (IFloodS). Była to pierwsza kampania koncentrująca się na pomiarach hydrologicznych i zawierała pomiary z najnowocześniejszych wieloparametrowych radarów, disdrometrów i rozbudowanej sieci czujników deszczu, czujników strumienia i wilgotności gleby.
Wolff wykorzystuje intensywnie program IDl podczas pracy z danymi radarowymi GV.
"Jest to jedyny język komputerowy, którego używam, i korzystam z niego, na co dzień, " mówi David Wolff.
Zespół serwisu technicznego Exelis VIS pomógł rozwiązać problemy z kodem programu i dzięki temu nasz zespół mógł kontynuować pracę.
Wiele procedur przetwarzania danych radarowych jest napisanych w języku C, co utrudnia pracę. Jednostka NASA TRMM Satellite Validation Office opracowała bibliotekę Radar Software Library (RSL), w języku C, do przyjmowania, analizy i wyprowadzania kilku popularnych formatów danych radarowych. David Wolff pracuje przede wszystkim na wersji IDL biblioteki RSL (RSL_IN_IDL), która zapewnia bardziej przyjazny interfejs do przyjmowania, analizy i wizualizacji danych radarowych. Chodziło o zapewnienie użyteczności biblioteki RSL w środowisku IDL.
Jak w RSL, głównym obiektem danych jest struktura radaru, która zapewnia jednolity interfejs dla różnych formatów radarowych. Jest to struktura zwracana przez rsl_anyformat_to_radar, funkcję do odczytu surowych danych radarowych. Wersja IDL struktury radaru jest zasadniczo taka sama jak jego odpowiednik w języku C i użytkownikom RSL wyda się znajoma. Najważniejszą różnicą w wersji IDL jest to, że dane są przechowywane bezpośrednio w strukturach, więc funkcje do pakowania i rozpakowywania danych nie są już potrzebne. Gdy dane są przyjmowane, IDL oferuje szeroką bibliotekę procedur analitycznych, w łatwym w użyciu języku, który umożliwia naukowcom szybko wyciągnąć istotne informacje z surowych danych.
Misja GPM jest oparta na bardzo skutecznych czujnikach deszczu TRMM, które koncentrują się głównie na ciężkich lub umiarkowanych opadach deszczu występujących na tropikalnych i subtropikalnych oceanach.
GPM rozszerza zasięg na wyższych szerokościach geograficznych, aby zapewnić globalny przegląd opadów i dostarczy informacji niemal w czasie rzeczywistym. Lekkie deszcze i opady śniegu stanowią znaczące frakcje wystąpień opadów w średnich i wysokich szerokościach geograficznych. Kluczowym postępem GPM jest zwiększona zdolność do pomiaru tych drobnych opadów (poniżej 0,5 mm hr-1), stałych opadów oraz właściwości mikrofizycznych wytrącania cząstek.
GPM zapewni globalne pomiary opadów ze zwiększoną dokładnością, zasięgiem i zakresem dynamiki do badania właściwości opadów. GPM wpłynie na poprawę prognozowania pogody i opadów poprzez natychmiastową asymilację danych atmosferycznych). W stosunku do TRMM, udoskonalenie pomiarów i możliwość pobierania próbek z GPM oferuje wiele korzyści:
- poprawa znajomości cyklu hydrologicznego Ziemi i jego związku ze zmianami klimatu
- nowe spojrzenie na struktury burzowe i wielkoskalowe procesy atmosferyczne
- nowe spojrzenie na mikrofizykę chmur
- lepsze zrozumienie wrażliwości klimatu i przetwarzanie informacji zwrotnych
- rozszerzone funkcje monitorowania i prognozowania huraganów i innych ekstremalnych zjawisk pogodowych
- poprawa zdolności prognozowania zagrożeń naturalnych, w tym powodzi, susz i osuwisk
- większe możliwości prognozowania numerycznego
- większe możliwości prognozowania upraw rolniczych i zasobów wodnych
IDL stanowi doskonałe narzędzie, które naukowcy mogą wykorzystywać, jako pomoc w prowadzeniu badań naukowych. Składają się na to konstrukcja języka, biblioteki procedur dostępów do różnych plików, analiza danych oraz narzędzia wizualizacyjne.
