Izuzetno jaka oluja zahvatila je Cirih 13. jula 2021. nešto pre 2 sata posle ponoći, sa bukom, stalnim munjama i bujičnom kišom koja je naglo probudila ljude.
Benedikt Soja, profesor svemirske geodezije, te noći je malo spavao. „Bila je to jedna od najžešćih oluja kojima sam ikada bio svedok. Probudio sam se usred noći i kroz prozor sam video kako oluja besni“, seća se on.
Razmere oluje bile su evidentne sledećeg jutra — oboreno drveće na ulicama i parkovima, oštećeni krovovi i porušene tramvajske pruge u raznim delovima Ciriha. Tlo u blizini kampusa Honggerberg takođe je bilo posuto granjem, pa čak i celim drvećem. „Oluja mora da je prošla tačno iznad ETH“, kaže Soja.
GPS stanica na krovu Instituta za geodeziju i fotogrametriju u kampusu Honggerberg beleži signale različitih satelitskih sistema danonoćno. Prilikom detaljnijeg pregleda podataka noćne oluje, Soja i njegove kolege u Institutu nisu mogli da veruju svojim očima.
„Bilo je prekida u obradi GPS podataka. U početku nismo mogli da razumemo šta ih je izazvalo“, kaže Matijas Ajhinger-Rozenberger, bivši postdoktor u Sojinoj grupi, a sada predavač na ETH Cirihu. Kada su i druge stanice prijavile prekide u merenju podataka sa GPS-a i drugih satelitskih navigacionih sistema za tu noć, istraživači su počeli da analiziraju neobrađene podatke antene u kampusu Honggerberg.
U studiji, objavljenoj u časopisu Geophisical Research Letters, uspeli su da pokažu da ekstremni vremenski događaji utiču na kvalitet GPS signala i da su ovi signali stoga pogodni i za otkrivanje oluja. Jednog dana bi ih čak moglo biti moguće koristiti za rano otkrivanje i predviđanje grmljavina.
Naučnici su svoje zaključke izveli iz analize podataka o oluji od 13. jula i o još jednoj oluji u leto 2021. Pokazalo se da su ekstremni vremenski događaji uticali na odnos signal-šum, što ukazuje na to kako jaki su satelitski signali koji stižu do nas na Zemlji. Što je veći odnos, to je bolji kvalitet signala.
„Snaga signala koju merimo našom antenom na krovu obično se minimalno menja“, kaže Aichinger-Rosenberger. Međutim, to nije bio slučaj u dva dana oluje: „Odnos signal-šum u GPS podacima je znatno opao u vreme oluje. Videli smo da kada se oluja nastavi, vraća se u normalu domet.“
Da bi utvrdili tačno vreme dolaska oluje i proverili da li se to poklapa sa vremenom kada je odnos signal-šum opao, istraživači su svoje podatke uporedili sa radarskim podacima Univerziteta u Bernu.
„Ovo je potvrdilo našu sumnju da postoji direktna veza“, rekla je Ajhinger-Rozenberger.
Istraživači su sigurni da su obilne padavine odgovorne za nagli pad odnosa signal-šum. Ono što nije jasno jeste koja vrsta padavina – kiša ili grad – ima veći uticaj i zašto. Ovo je nešto što naučnici žele da nauče u budućnosti.
Koliko god rezultat studije zvučao jednostavno, to je iskorak za istraživanje svemirske geodezije.
„Još nikada nije dokazano da jake grmljavine i drugi vremenski događaji sa obilnim padavinama značajno utiču na odnos signal-šum“, kaže Aichinger-Rosenberger. Do sada se pretpostavljalo da je GPS sistem nezavisan od vremenskih prilika. Sada se čini da su GPS podaci dovoljno osetljivi da shvate takve atmosferske poremećaje.
Ovi nalazi bi mogli da otvore nove izglede za korišćenje satelitskih navigacionih podataka u meteorologiji.
„Sada želimo da prikupimo još merenja kako bismo poboljšali prognozu padavina u vremenskim modelima“, kaže Soja. Pouzdano predviđanje padavina i dalje ostaje veliki izazov. „Mnogi drugi meteorološki parametri, kao što je temperatura, sada se mogu prilično dobro odrediti pomoću numeričkih vremenskih modela. Nažalost, međutim, takvi modeli često nisu dovoljno dobri u slučaju padavina.“
Da bi jednog dana mogli iskoristiti nalaze istraživača ETH za prognoziranje, oni moraju biti dovedeni u vezu sa vremenskim modelom.
„Da bismo svoja zapažanja preneli na specifične parametre kao što su sadržaj vode i leda u vazduhu ili pravac kretanja oluje, moramo da prikupimo i analiziramo dalje podatke. Ovi nalazi bi se zatim mogli ugraditi u kompjuterski zasnovan vremenski model u kako bi se poboljšala prognoza padavina“, kaže Aichinger-Rosenberger.
Oluje i dalje moraju da prođu direktno preko merne stanice za GPS signale da bi bile otkrivene. Pošto mreža mernih stanica nije dovoljno povezana, metoda još uvek nije pogodna za rano otkrivanje oluja.
„Kada bismo, na primer, imali trideset do četrdeset stacionarnih prijemnika širom Ciriha, bili bismo u mogućnosti da tačno i veoma isplativo snimimo ekstremne vremenske prilike širom grada“, objašnjava Soja. „Gusta mreža stanica takođe bi se mogla koristiti za određivanje kuda se oluje kreću i kojom brzinom.
Takav sistem ranog otkrivanja mogao bi u budućnosti da se koristi, na primer, za obezbeđivanje bezbednog vazdušnog saobraćaja, kaže Soja: „Gusta mreža GPS stanica oko aerodroma bi omogućila da se oluja lokalizuje u realnom vremenu i da se ovom korisniku izdaju upozorenja. efekat.“
Pored usavršavanja metode, naučnici takođe planiraju da prošire svoj istraživački rad širom Švajcarske i na evropski nivo, kako bi u skladu s tim proširili svoju mrežu. Iako je jako nevreme u julu 2021. godine izazvalo veliku štetu na lokalnom nivou, omogućilo je i sticanje znanja koje bi jednog dana moglo da se primeni na globalnom nivou.
Svemirska geodezija je oblast geodezije koja se bavi merenjem i mapiranjem velikih površina, posebno zemlje, korišćenjem svemirske tehnologije. Osnovni cilj svemirske geodezije je dobijanje preciznih informacija o obliku, veličini i kretanju zemlje.
GPS je odlučujuća komponenta svemirske geodezije. GPS sateliti se mogu koristiti za određivanje položaja korisnika na zemlji sa visokim nivoom preciznosti. Ovo se koristi u mnogim aplikacijama kao što su navigacija, geodetski i geografski informacioni sistemi.
