سیستم های پردازش داده و بارندگی جهانی ناسا از راه اندازی TRMM در سال 1997 تا ماموریت GPM در حال انجام، مسیری طولانی را طی کرده اند. درست قبل از نیمه شب زمان نور روز شرق در 15 ژوئن سال 2015، یک آتش بر فراز آسمان آفریقای مرکزی ظاهر شد، در ماداگاسکار پراکنده شد، و اقیانوس جنوبی هند سقوط کرد. این پایان آتشین آژانس اکتشاف هوافضای مشترک ناسا و ژاپن (JAXA) ماموریت اندازه گیری باران گرمسیری (TRMM) بود. بازگشت TRMM پس از گذشت بیش از 17 سال در مدار، همچنین پایان اولین ماموریت بزرگ ماهواره ای را به طور اختصاصی برای گردآوری داده های مربوط به بارش گرمسیری و سهم آن در گردش جهانی مشخص کرد.

جمع آوری داده های آغاز شده توسط TRMM با ماموریت مشترک اندازه گیری بارش جهانی NASA / JAXA - GPM که در فوریه 2014 آغاز شده است، ادامه دارد. از زمان راه اندازی TRMM در 1997 تا ماموریت GPM در حال انجام، داده های هیدروسنجی از راه دور با صورت بسیار دور تکامل یافته اند. این انعکاس نه تنها ابزار دقیق، بلکه درک بهتر از چرخه آب و چگونگی ارتباط این چرخه با انرژی، کربن و چرخه های دیگر در حال تکامل سیاره ما است.

اهمیت جمع آوری داده های بارش از فضا

این تصویر از طوفان گونزالو نزدیک به برمودا در 16 اکتبر 2014، با رادار بارش دو فرکانس GPM ایجاد شد و یک نمای 3 بعدی از ساختار طوفان را نشان می دهد. اگر همه سنجه های باران جهان را که اکنون در یک مکان استفاده می شوند جمع کرده اید، مساحتی را فقط در اندازه دو زمین بسکتبال شما می پوشاند. شما نمی توانید یک سنج یا سنسور باران در همه جا داشته باشید، با این حال باران پراکنده می بارد، تلاش برای جمع آوری داده های جهانی بارش از زمین کاری تقریبا غیرممکن است. باید منظره های خود را بالاتر تنظیم کنید. خیلی بالاتر.

دالیا کیرشباوم، معاون دانشمند پروژه GPM برای برنامه های کاربردی، می گوید: "شما باید بتوانید مشاهده کنید که باران در تمام نقاط جهان در کجا و چه زمانی باران می بارد." "با مشاهده ی باران از راه دور باران، از ماهواره، شما می توانید ردیابی کنید یا حداقل تخمین بزنید که تمام آب در کجا می رود."

و دانستن اینکه این آب به کجا می رود، نه تنها برای تجزیه و تحلیل آب و هوا و آب و هوا جهانی بلکه برای مدیریت زندگی در روی زمین، اطلاعات حیاتی است. کیرشباوم می گوید: "دانستن کجا و در هنگام ریزش آب به ما می گوید چگونه محیط ما عمل می کند." وی گفت: "شما می دانید که در کجا ممکن است مشکلات حمل و نقل داشته باشیم، جایی که ممکن است مشکلاتی در رابطه با آب داشته باشیم که منجر به خرابی محصولات زراعی شود، جایی که ممکن است دچار سیلاب شویم که نیاز به فراخوانی در آژانس های واکنش به حوادث دارد. داشتن این نقطه پرش از فضا به شما امکان می دهد کره زمین را نگاه کنید و تصویر بزرگ را ببینید. "

از TRMM تا GPM

TRMM داده های بارش گرمسیری و نیمه گرمسیری را از سال 1997 تا 2015 جمع آوری کرد.

هدف کلی TRMM استفاده از سنسورهای فعال (یک رادار بارش، اولین در نوع خود در فضا) و سنسورهای منفعل (اسکنر قابل مشاهده و مادون قرمز [VIRS] و TRMM Microwave Imager - TMI) برای توصیف کمی بارندگی های گرمسیری بود. در کنار این سه ابزار اصلی، TRMM همچنین یک سنسور تصویربرداری از رعد و برق (LIS) را برای مشاهده توزیع و تغییر در رعد و برق و ابرها و سیستم تابش انرژی زمین (CERES)، یک رادیومتر سنج پهنای باند برای اندازه گیری انرژی تابشی و منعکس شده تابش از زمین انجام داد.

داده های TRMM برای به دست آوردن مجموعه های چند ساله از مشاهدات بارندگی گرمسیری و نیمه گرمسیری مورد استفاده قرار گرفت. درک بهتر از تعامل بین توده های دریایی، هوایی و زمینی و تأثیر آنها بر بارندگی و آب و هوای جهانی. بهبود مدل سازی فرآیندهای بارندگی گرمسیری. و تکنیک های اندازه گیری بارندگی ماهواره از دیگر این موارد بود.

موفقیت TRMM و ترکیب منحصر به فرد محصولات داده ها عوامل اصلی در گسترش این مأموریت به مراتب فراتر از طول ماموریت سه ساله اصلی آن بود. هنگامی که داده های بارش TRMM وارد شدند، ترکیب ابزار آن داده های بهتری را نسبت به هر چیزی قبل از آن فراهم می آورد. جورج هافمن، دانشمند معاون پروژه GPM می گوید: این چیزهای قدرتمندی بود. وی گفت: "این به ما امکان می دهد ماهواره های دیگر را بکشیم و به طور مرتب اطلاعات باران در مقیاس خوب را برای پیش بینی سیل تغذیه کنیم. ناگهان می توانید موج بارندگی را که توسط طوفان گذاشته شده است، دنبال کنید. تأثیرات اجتماعی واقعی با داده های TRMM وجود دارد. "

با موفقیت TRMM، برنامه ریزی برای ماموریت بارش بعدی، GPM، در اوایل دهه 2000 آغاز شد. GPM برای ارائه نه تنها تداوم داده ها، بلکه بهبود در داده های TRMM ایجاد شده است. وی گفت: "از نظر علمی، ما به دلیل ساختمان پیشرفته در خارج از کشور، از GPM بیشتر می آموزیم تا آنجه ما از TRMM آموخته ایم.

رصدخانه هسته GPM در سال 2014 راه اندازی شد. مسیر مداری با طول جغرافیایی GPM به شما امکان می دهد طوفان ها را از آنجا که از مناطق گرمسیری خارج می شوند، رصد کنید و ابزار پیشرفته آن به شما امکان می دهد تا داده های مربوط به بارش از باران تا برف و یخ را جمع آوری کنید.

GPM قابلیت های TRMM را به روش های مختلف بهبود می بخشد. اگرچه GPM تنها دو ابزار در مقابل پنج ابزار موجود در TRMM دارد، این دو ابزار (یک رادار بارش فرکانس دوگانه [DPR] و یک رادیومتر به نام GPM Microwave Imager - GMI) از پیشرفته ترین هایی است که تاکنون برای اندازه گیری میزان بارش از فضا ساخته شده است. . DPR تنها رادار فرکانس دوگانه در فضا است و قادر به ایجاد پروفایل های 3 بعدی و برآورد شدت بارش اعم از باران تا برف و یخ است. GMI محدوده فرکانس بیشتری نسبت به TRMM با 13 کانال در مقابل 9 کانال دارد، که به GPM اجازه می دهد تا با استفاده از یک داده گسترده تر داده، شدت بارش را تایپ و انواع لایه های ابر را تایپ کند.

یکی از مهمترین تحولات در داده های GPM، پوشش گسترده جهانی آن است. در حالی که TRMM داده ها را در مناطق گرمسیری و نیمه گرمسیری بین عرض جغرافیایی تقریباً 35 درجه شمالی و جنوبی جمع آوری می کند، GPM داده ها را بین عرض جغرافیایی تقریبا 65 درجه شمالی و جنوبی جمع می کند. این به ابزارهای GPM اجازه می دهد تا داده هایی از طوفان ها را در مناطق استوایی جمع آوری کرده و به عرض های میانی و زیاد جابجا کنند.

یکی دیگر از پیشرفت های مهم داده GPM نسبت به TRMM، طراحی آن به عنوان یک رصدخانه هسته است که جمع آوری داده ها را از یک صورت ماهواره شریک، و نه به عنوان یک ماهواره واحد، هماهنگ می کند. رصدخانه GPM Core داده ها را از تقریباً دوازده ماهواره در مدار ایالات متحده و بین المللی که میزان بارش را مشاهده می کنند، کالیبره می کند و به اطمینان حاصل می کند که داده های جمع آوری شده از این ماهواره ها یک ساختار یکنواخت دارند. تعداد ماهواره های شریک  در صورت ساختاری با راه اندازی ماهواره های جدید و ماهواره های قدیمی تر از بین می روند. هافمن می گوید: "فایده استفاده کاربران داده این است که وقتی همه این داده ها را به هم گره می زنید، تمام این نگاه ها را در طول روز به شما می دهد و وضوح زمانی دقیق تری به دست می آورید."

Kirschbaum نقش رصدخانه هسته GPM را به عنوان یک ارکستر تنظیم ابهام تشبیه می کند. او می گوید: "یادداشت می کند و همه به این یادداشت تنظیم می کنند." وی گفت: "حتی اگر این سازها ممکن است متفاوت باشند، همه آنها برای بدست آوردن یک قطعه هماهنگ، باید با یک استاندارد تنظیم شوند. از آنجا که GPM می تواند 13 کانال انرژی مایکروویو را حس کند، قادر است از کانالهای همه رادیومترهای مختلف در صورت ساختاری ماهواره ها عبور کند. ما می توانیم از GPM برای ارائه به عنوان مرجع، به عنوان مرکز تنظیم، برای یکپارچه کردن صورت جهانی ماهواره ها استفاده کنیم. "

اطلاعات و داده های TRMM و GPM

بزرگترین میراث TRMM و GPM، ثبت داده مداوم است که به آغاز دوره TRMM در سال 1998 باز می گردد (اولین سالی که محصولات داده پردازش شده TRMM در دسترس هستند). داده های TRMM در ابتدا در سیستم داده و اطلاعات علوم TRMM - TSDIS پردازش و بایگانی شدند. این سازمان به عنوان آماده سازی برای مأموریت GPM، وارد سیستم پردازش بارش (NASA) در ناسا شد.

PPS واقع در مرکز پرواز فضایی گادارد ناسا در گرین بولت، MD، داده های مربوط به ماموریت های TRMM و GPM و همچنین داده های ماهواره های صورت GPM را پردازش می کند. این داده های پردازش شده جهت بایگانی و توزیع به مرکز داده و خدمات علوم (GES DISC) منتقل می شوند. GES DISC یکی از مراکز بایگانی فعال توزیع شده سیستم داده و اطلاعات سیستم نوری ناسا (EOSDIS) است که وظیفه مربوط به زمینهای خاص را دارد که داده های ماهواره ای، هوایی و عملیاتی را به عنوان بخشی از سیستم های داده علوم زمین (زمین) مشاهده می کند.

هافمن خاطرنشان می کند که حتی اگر TRMM و GPM در حال حاضر نزدیک به 20 سال از داده های بارندگی مداوم (از جمله دوره کوتاه زمانی که TRMM و GPM به طور همزمان داده ها را جمع می کنند) ارائه می دهند، آنها دارای دو ماموریت مختلف هستند که از الگوریتم های مختلفی برای تولید مجموعه داده های خود استفاده می کنند - این کار ساده ای نیست. مقایسه سیب با سیب. برای اینکه امکان مطالعات طولانی مدت آسان تر با استفاده از این داده ها فراهم شود و یک مجموعه داده یکپارچه و استاندارد تر ایجاد شود، تیم علمی GPM ایالات متحده بازیابی چند ماهواره ای یکپارچه را برای GPM - IMERG تهیه کردند. سیستمی مشابه، نقشه ماهواره ای جهانی بارش (GSMaP)، توسط JAXA با حمایت مالی آژانس علوم و فناوری ژاپن ساخته شد.

از طریق IMERG، داده های بارش از TRMM ،GPM و بیش از 20 سنسور بارش فعلی و گذشته به داده های پردازش یکنواخت تنظیم شده توسط PPS تبدیل می شوند. جایی که کاربران داده قبلاً مجبور بودند با دو نوع مختلف کار کنند شماره بارندگی در یک مجموعه داده (یکی برای TRMM و دیگری برای GPM، حالا IMERG به کاربران اجازه می دهد تا با یک شماره کار کنند. IMERG هنگامی که کاملاً توسعه یافته باشد، به کاربران داده امکان استفاده یکپارچه از مجموعه داده های TRMM و GPM را برای مطالعات طولانی مدت می دهد. Kirschbaum می گوید: "برنامه این است که تمام داده های TRMM را گرفته و الگوریتم IMERG را تا سال 1998 به کار گیرید." "شما یک الگوریتم سازگار خواهید داشت که همه داده ها را پردازش می کند. همه چیز در همان وضوح قرار خواهد گرفت. "

از TRMM تا GPM

ماموریت اندازه گیری بارش باران گرمسیری (TRMM) اولین گام در فرایند تحول جمع آوری داده های بارش جهانی از فضا بود، و به افشای سؤالاتی درباره اندازه گیری بارش که توسط اندازه گیری بارش جهانی (GPM) پرداخته شده است. هافمن، کیرشباوم و همکارانشان از قبل در حال گذر از GPM هستند تا ببینند مرحله بعدی تکامل این علم چه خواهد بود. همانطور که Kirschbaum متذکر شد، این مرحله بعدی به سیستم عامل های مبتنی بر فضا تکیه خواهد کرد. او می گوید: "داشتن چشم انداز از راه دور از همه مؤلفه های چرخه آب، نه تنها در گردش آب، بلکه در درک چگونگی تغییر در شرایط آب و هوایی مؤثر است."

کیرشباوم همچنین خاطرنشان می کند که داشتن یک نمای چند ماهواره یک جنبه مهم در پیشبرد کاوش در چرخه آب و اتصال آن با چرخه های دیگر سیاره است. چندین مأموریت ماهواره ای جدید راه اندازی شده اند یا در حال نزدیک شدن به تاریخ شروع برنامه ریزی شده خود هستند که این کاوش ها را ادامه داده و داده های TRMM و GPM را تکمیل می کنند. از جمله این موارد می توان به تازگی راه‌اندازی ناسا، Moisture Active Passive - SMAP خاکستری خاک (SMAP) اشاره کرد که رطوبت جهانی خاک و داده های انجماد / ذوب را برای کمک به پیش بینی و درک بهتر سیل، خشکسالی و سایر فرایندهای مرتبط با آب زیرزمینی جمع آوری می کند. و آینده مشترک ناسا / مرکز تحقیقات آلمانی برای بازیابی جاذبه علوم زمین و پیگیری آزمایش آب و هوا (GRACE-FO)، که قرار است راه اندازی شود تا اطلاعات مربوط به جابجایی و ذخیره آب و چگونگی تأثیر این فرایندها بر جرم و گرانش زمین را تأمین کند. سایر ماموریت های آینده که TRMM و GPM را تکمیل می کنند شامل ماهواره یخی، ابر و زمینی ارتفاع (ICESat-2) و مشترک ملی ناسا / فرانسوی مرکز ملی d'études spatiales - cnes / آژانس فضایی کانادا سطح آب و توپوگرافی اقیانوس (SWOT) است.

درست همانطور که GPM به سؤالات مطرح شده توسط داده های TRMM می پردازد، داده های GPM و سایر ماموریت های در حال انجام مناطق جدیدی را برای بررسی بارندگی و چرخه آب آشکار می کنند. سؤال کلی باقی مانده است - گام بعدی در این تکامل چیست؟ هافمن می گوید: "در GPM کاملاً مشخص بود که قدم بعدی ما (از TRMM) رفتن به عرض های بالاتر و گرفتن رادار در مناطق برفی است." "قدم بعدی از GPM کمی سخت تر است. از 10 سال دیگر که ما نیاز به کاوش در مورد بارش نداریم چه می خواهیم؟ "

مدیر سایت: بهزاد سرهادی

شماره تلفن: 09190622992

شناسه تلگرام مدیر سایت: SubBasin@

نشانی ایمیل: behzadsarhadi@gmail.com

(سوالات تخصصی را در گروه تلگرام ارسال کنید)

_______________________________________________________

×

 براي پيوستن به بزرگترين گروه تلگرام علوم و مهندسي آب با امکان تبادل نظر بين اعضاء کليک کنيد

کتاب کاربرد مدل QUAL2KW

کتاب کاربرد GIS در منابع آب

کتاب محاسبه سيل طرح