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Articulo de referencia

QuikSCAT

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El QuikSCAT ( Quick Scatterometer ) de la NASA era un satélite de observación terrestre equipado con el dispersómetro SeaWinds . Su misión principal era medir la velocidad y dirección del viento en la superficie de los océanos libres de hielo, a través de su efecto en las olas . Las observaciones del QuikSCAT tenían una amplia gama de aplicaciones y contribuyeron a estudios climatológicos, pronósticos meteorológicos, meteorología, investigación oceanográfica, seguridad marítima, pesca comercial, seguimiento de grandes icebergs y estudios del hielo terrestre y marino, entre otros. Este dispersómetro SeaWinds se denomina dispersómetro QuikSCAT para distinguirlo del dispersómetro SeaWinds, prácticamente idéntico, instalado en el satélite ADEOS-2 .

Descripción de la misión

QuikSCAT se lanzó el 19 de junio de 1999 con un requisito inicial de misión de 3 años. QuikSCAT fue una misión de "recuperación rápida" que reemplazó al dispersómetro de la NASA (NSCAT), que falló prematuramente en junio de 1997 después de solo 9,5 meses de operación. Sin embargo, QuikSCAT superó con creces estas expectativas de diseño y continuó operando durante más de una década antes de que una falla en el rodamiento de su motor de antena pusiera fin a su capacidad para determinar información útil sobre el viento en superficie el 23 de noviembre de 2009. El registro de datos geofísicos de QuikSCAT abarca desde el 19 de julio de 1999 hasta el 21 de noviembre de 2009. Si bien la antena parabólica no podía girar después de esta fecha, sus capacidades de radar permanecieron completamente intactas. Continuó operando en este modo hasta que la misión completa finalizó el 2 de octubre de 2018. Los datos de este modo de la misión se utilizaron para mejorar la precisión de otros conjuntos de datos de viento en superficie satelitales mediante la intercalibración de otros dispersómetros de banda Ku.

QuikSCAT midió los vientos en franjas de medición de 1800 km de ancho centradas en la trayectoria terrestre del satélite , sin interrupciones en el nadir, a diferencia de los dispersómetros de haz en abanico como NSCAT. Gracias a su amplia franja y a la ausencia de interrupciones, QuikSCAT pudo recopilar al menos una medición vectorial del viento en más del 93 % de los océanos del mundo cada día. Esto supuso una mejora significativa con respecto a la cobertura del 77 % que proporcionaba NSCAT. Diariamente, QuikSCAT registró más de 400 000 mediciones de velocidad y dirección del viento. Esto representa cientos de veces más mediciones de viento en superficie que las que se recopilan habitualmente desde barcos y boyas.

QuikSCAT proporcionó mediciones de la velocidad y dirección del viento referenciadas a 10 metros sobre la superficie del mar con una resolución espacial de 25  km. No se puede obtener información del viento dentro de 15–30  km de las costas o en presencia de hielo marino. La precipitación generalmente degrada la precisión de la medición del viento, [ 1 ] aunque aún se puede obtener información útil sobre el viento y la lluvia en ciclones tropicales y de latitudes medias para fines de monitoreo. [ 2 ] Además de medir los vientos superficiales sobre el océano, los dispersómetros como QuikSCAT también pueden proporcionar información sobre la cobertura fraccional del hielo marino, rastrear grandes icebergs (>5  km de longitud), diferenciar tipos de hielo y nieve, y detectar la línea de congelación-descongelación en regiones polares.

Aunque la antena parabólica giratoria ya no puede girar como estaba previsto, el resto del instrumento sigue funcionando y sus capacidades de transmisión de datos permanecen intactas, si bien no puede determinar el vector del viento en superficie. Sin embargo, aún puede medir la retrodispersión del radar en un ángulo azimutal fijo. QuikSCAT se está utilizando en este modo reducido para calibrar otros dispersómetros con la esperanza de proporcionar conjuntos de datos de viento en superficie consistentes y a largo plazo en múltiples plataformas de dispersómetros en órbita, incluyendo el Dispersómetro Avanzado (ASCAT) de la Organización Europea para la Explotación de Satélites Meteorológicos (EUMETSAT) en MetOp-A y MetOp-B , el dispersómetro Oceansat-2 de la India operado por la Organización India de Investigación Espacial (ISRO) , y el dispersómetro HaiYang-2A (HY-2A) de China operado por el Servicio Nacional de Aplicaciones Oceánicas por Satélite de China, así como futuras misiones de dispersómetros de la NASA en desarrollo. En 2011, un panel de revisión de alto nivel de la NASA respaldó la continuación de la misión QuikSCAT con estos objetivos modificados hasta 2018. QuikSCAT fue declarada completamente desmantelada el 2 de octubre de 2018.

Descripción del instrumento

SeaWinds utilizó una antena parabólica giratoria con dos haces puntuales que barrían en un patrón circular. La antena consta de un plato giratorio de 1 metro de diámetro que produce dos haces puntuales que barren en un patrón circular. [ 3 ] Irradia pulsos de microondas de 110 W a una frecuencia de repetición de pulsos (PRF) de 189  Hz. QuikSCAT opera a una frecuencia de 13,4  GHz, que se encuentra en la banda Ku de frecuencias de microondas. A esta frecuencia, la atmósfera es mayormente transparente a las nubes sin precipitación y a los aerosoles, aunque la lluvia produce una alteración significativa de la señal. [ 4 ]

La nave espacial se encuentra en una órbita heliosíncrona , con tiempos de cruce ecuatorial de franjas ascendentes alrededor de las 06:00 hora local ±30 minutos. A lo largo del ecuador, las franjas consecutivas están separadas por 2800  km. QuikSCAT orbita la Tierra a una altitud de 802  km y a una velocidad de aproximadamente 7  km por segundo.

Descripción de la medición

Precisión en la medición del viento

Principios de medición

Los dispersómetros, como el QuikSCAT, emiten pulsos de radiación de microondas de baja potencia y miden la potencia reflejada hacia su antena receptora desde la superficie del mar agitada por el viento. Las ondas gravitatorias y capilares en la superficie del mar, causadas por el viento, reflejan o retrodispersan la potencia emitida por el radar del dispersómetro, principalmente mediante una condición de resonancia de Bragg . Las longitudes de onda de estas ondas son de aproximadamente 1  cm y suelen estar en equilibrio con el viento superficial local. Sobre la superficie del agua, la retrodispersión de microondas está altamente correlacionada con la velocidad y dirección del viento superficial. La longitud de onda específica de las ondas superficiales está determinada por la longitud de onda de la radiación de microondas emitida por el radar del dispersómetro.

QuikSCAT consta de un radar de microondas activo que infiere los vientos superficiales a partir de la rugosidad de la superficie del mar, basándose en mediciones de la sección transversal de retrodispersión del radar, denominada σ₀ . σ₀ varía con la velocidad y la dirección del viento superficial en relación con el acimut de la antena, el ángulo de incidencia, la polarización y la frecuencia del radar. QuikSCAT utiliza una antena de doble haz con escaneo cónico que muestrea todo el rango de ángulos de acimut durante cada revolución de la antena. Las mediciones de retrodispersión se obtienen en ángulos de incidencia fijos de 46° y 54°, lo que proporciona hasta cuatro vistas de cada región de la superficie en diferentes ángulos de incidencia.

El procesamiento estándar de las mediciones de QuikSCAT proporciona una resolución espacial de aproximadamente 25  km.  Mediante un procesamiento especial, se logra una resolución espacial superior de 12,5 km, pero con un ruido de medición significativamente mayor. También se obtiene una resolución espacial aún mayor, de 5  km, pero solo para regiones limitadas y casos especiales.

Las observaciones de σ 0 están calibradas según la velocidad y la dirección del viento a una altura de referencia de 10 metros sobre la superficie del mar.

Construcción y lanzamiento

Lanzamiento del Titan II el 19 de junio de 1999.

En 1996, el dispersómetro de la NASA (NSCAT) fue lanzado a bordo del satélite japonés de observación de la Tierra avanzada ( ADEOS-1 ). Este satélite fue diseñado para registrar los vientos superficiales sobre el agua en todo el mundo durante varios años. Sin embargo, una falla inesperada en 1997 provocó la terminación prematura del proyecto NSCAT. Tras esta misión, que tuvo un éxito breve, la NASA comenzó la construcción de un nuevo satélite para reemplazar al averiado. Planearon construirlo y tenerlo listo para su lanzamiento lo antes posible para minimizar la brecha de datos entre ambos satélites. [ 5 ] En tan solo 12 meses, el satélite Quick Scatterometer (QuikSCAT) fue construido y estuvo listo para su lanzamiento, más rápido que cualquier otra misión de la NASA desde la década de 1950. [ 6 ]

El proyecto QuikSCAT se presupuestó inicialmente en 93 millones de dólares, incluyendo el satélite físico, el cohete lanzador y el apoyo continuo para su misión científica. [ 7 ] Una serie de fallos en los cohetes en noviembre de 1998 dejaron en tierra la flota de lanzadores Titan (familia de cohetes) , retrasaron el lanzamiento de QuikSCAT y añadieron 5 millones de dólares a este coste inicial. [ 7 ]

El satélite llevaba a bordo un nuevo instrumento: el dispersómetro SeaWinds. Este instrumento, un sistema de radar de microondas especializado, medía tanto la velocidad como la dirección de los vientos cerca de la superficie del océano. Utilizaba dos radares y una antena giratoria para registrar datos en nueve décimas partes de los océanos del mundo en un solo día. Registraba aproximadamente cuatrocientas mil mediciones de viento diarias, cada una cubriendo un área de 1800 kilómetros (1100 millas) de ancho. [ 6 ] El Laboratorio de Propulsión a Chorro y el equipo NSCAT gestionaron conjuntamente el proyecto de construcción del satélite en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard . Ball Aerospace & Technologies Corp. suministró los materiales para la construcción del satélite. 

En vista del tiempo récord de construcción, los ingenieros que trabajaron en el proyecto recibieron el Premio al Logro de la Industria Electrónica Estadounidense. Esto se logró gracias al nuevo tipo de contrato creado específicamente para este satélite. En lugar del año habitual para seleccionar un contrato e iniciar el desarrollo, se limitó a un mes. [ 8 ]

El satélite recién construido iba a ser lanzado a bordo de un cohete Titan II desde la Base de la Fuerza Aérea Vandenberg en California. El cohete despegó a las 19:15 (  hora del Pacífico) del 19 de junio de 1999. Aproximadamente dos minutos y treinta segundos después del lanzamiento, el primer motor se apagó y el segundo se activó mientras sobrevolaba la península de Baja California . Un minuto después, la ojiva, en la parte superior del cohete, se separó en dos partes. Dieciséis segundos más tarde, el cohete se reorientó para proteger el satélite del sol. Durante los siguientes 48 minutos, las dos naves sobrevolaron la Antártida y posteriormente Madagascar, donde el cohete alcanzó su altitud deseada de 800 km (500 millas ) . [ 9 ]  

A los 59 minutos del lanzamiento, el satélite se separó del cohete y fue impulsado a su órbita circular alrededor de la Tierra. Poco después, se desplegaron los paneles solares y se estableció la conexión con el satélite a las 8:32  p. m. PDT con una estación de seguimiento en Noruega. Durante las dos semanas siguientes, el transbordador utilizó impulsos de su motor para ajustar con precisión su posición y corregir su trayectoria al movimiento deseado. El 7 de julio, dieciocho días después del despegue, se activó el dispersómetro y un equipo de 12 personas realizó revisiones detalladas del funcionamiento de QuikSCAT. Un mes después de entrar en órbita, el equipo completó las comprobaciones y QuikSCAT comenzó a recopilar y transmitir mediciones de retrodispersión. [ 9 ]

Aplicaciones

Pronóstico del tiempo

Muchos centros operativos de predicción numérica del tiempo comenzaron a asimilar datos de QuikSCAT a principios de 2002, y las evaluaciones preliminares indicaron un impacto positivo. [ 10 ] Los Centros Nacionales de Predicción Ambiental de EE. UU. (NCEP) y el Centro Europeo de Predicción Meteorológica a Medio Plazo (ECMWF) fueron pioneros al iniciar la asimilación de vientos de QuikSCAT a partir del 13 de enero de 2002 y el 22 de enero de 2002, respectivamente. Los vientos superficiales de QuikSCAT fueron una herramienta importante para el análisis y la predicción en el Centro Nacional de Huracanes de EE. UU. desde que estuvieron disponibles en tiempo casi real en 2000. [ 11 ]

Los campos de viento de QuikSCAT también se utilizaron como herramienta en el análisis y pronóstico de ciclones extratropicales y clima marítimo fuera de los trópicos en el Centro de Predicción Oceánica de EE. UU. [ 12 ] y el Servicio Meteorológico Nacional de EE . UU. [ 10 ] [ 13 ]

También se proporcionaron datos en tiempo real sobre la mayor parte de los océanos globales libres de hielo, incluidas regiones del océano tradicionalmente con escasos datos donde existen pocas observaciones, como en el Océano Austral y el Océano Pacífico tropical oriental.

Las observaciones de QuikSCAT se proporcionan a estos usuarios operativos en tiempo casi real (NRT) en formato BUFR (formato universal binario para la representación de datos meteorológicos) por la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica/Servicio Nacional de Satélites Ambientales, Datos e Información (NOAA/NESDIS) . [ 14 ] El objetivo de latencia de los datos es de 3 horas, y casi todos los datos están disponibles dentro de las 3,5 horas posteriores a la medición. Para cumplir con estos requisitos, los algoritmos de procesamiento de datos NRT de QuikSCAT combinan las mediciones de retrodispersión de grano más fino en menos compuestos que los algoritmos de datos científicos. Por lo demás, los algoritmos de procesamiento NRT de QuikSCAT son idénticos a los algoritmos de datos científicos.

Oceanografía

Tierra y hielo marino

Imagen de la Antártida obtenida por el instrumento SeaWinds el  24 de mayo de 2000.

Variabilidad climática

Ciclones tropicales

Imagen QuikSCAT del huracán Katrina el 28 de agosto de 2005, sobre el Golfo de México.

Las aplicaciones de QuikSCAT en el análisis y pronóstico operativo de ciclones tropicales en el Centro Nacional de Huracanes incluyen la identificación y localización del centro de los ciclones tropicales , la estimación de su intensidad y el análisis de radios de viento. [ 2 ] [ 11 ] La capacidad del dispersómetro para registrar velocidades del viento en la superficie permite a los meteorólogos determinar si se está formando un área de baja presión y mejorar la capacidad de predecir cambios repentinos en la estructura y la fuerza.

El primer ciclón tropical detectado por el instrumento SeaWinds fue el tifón Olga en la cuenca del Pacífico occidental . El sistema fue monitoreado por el satélite desde su formación el  28 de julio hasta su disipación a principios de agosto. [ 15 ]

En 2007, Bill Proenza , entonces director del Centro Nacional de Huracanes , declaró en un mensaje público que la pérdida del satélite QuikSCAT perjudicaría la calidad de los pronósticos de huracanes. [ 16 ] Esto se produjo tras una anomalía en la batería que impidió temporalmente que la nave espacial realizara observaciones científicas nominales debido a la limitación de energía. [ 17 ] Afirmó que los pronósticos a tres días serían aproximadamente un 16 % menos precisos tras la pérdida de QuikSCAT. [ 18 ] Esta postura fue controvertida, ya que se basaba en datos no publicados. [ 16 ] Si bien el satélite ayuda a pronosticar la posición e intensidad de los huracanes, no lo hace exclusivamente.

Fallo del rodamiento en 2009

La última imagen producida a partir de datos de QuikSCAT (colocada sobre dos imágenes de GOES) poco antes de que la antena dejara de girar. Nótese la pequeña área donde hay datos de viento en comparación con el área cubierta por la imagen. [ 19 ]

A mediados de 2009, se observó un deterioro gradual en los cojinetes del mecanismo de rotación de la antena. La fricción causada por este deterioro ralentizó la velocidad de rotación de la antena, lo que provocó interrupciones en los datos registrados por QuikSCAT. La antena finalmente falló el  23 de noviembre de 2009. [ 20 ] Tras la falla, se anunció que el satélite probablemente había llegado al final de su misión y que ya no se utilizaría. [ 19 ] Se confirmó que el sensor del satélite había fallado alrededor de las 07:00 UTC . La pérdida solo afectó al equipo de escaneo en tiempo real; la recopilación de datos a largo plazo permaneció intacta y operativa. [ 18 ] Según la NASA, la falla se debió a la antigüedad del satélite. El mecanismo que se atascó fue diseñado para durar solo cinco años; sin embargo, permaneció operativo durante aproximadamente diez años, el doble de su uso previsto. El 24 de noviembre, los responsables de la NASA comenzaron a evaluar el alcance de la afectación del satélite y si era posible reiniciar la antena giratoria. También se revisaron los planes de contingencia sobre qué hacer en caso de que QuikSCAT fallara. [ 20 ]  

En 2014 se lanzó un reemplazo para esta nave espacial, la ISS-RapidScat . [ 21 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Draper, David W.; Long, David G. (2004). "Evaluación del efecto de la lluvia en las mediciones del dispersómetro Sea Winds " . Journal of Geophysical Research . 109 (C12): C02005. Bibcode : 2004JGRC..109.2005D . doi : 10.1029/2002JC001741 .
  2. 1 2 Said, Faozi; Long, David G. (2011). "Determinación de características seleccionadas de ciclones tropicales utilizando imágenes de ultra alta resolución de QuikSCAT". IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing . 4 (4): 857– 869. Bibcode : 2011IJSTA...4..857S . doi : 10.1109/JSTARS.2011.2138119 . S2CID 15196436 . 
  3. ↑ Spencer, MW; Wu, C.; Long, DG (2000). "Mediciones de retrodispersión de resolución mejorada con el dispersómetro de haz de lápiz Sea Winds " . IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing . 38 (1): 89– 104. Bibcode : 2000ITGRS..38...89S . doi : 10.1109/36.823904 . S2CID 12770962 . 
  4. ↑ Stiles, BW; Yueh, SH (2002). "Impacto de la lluvia en los datos del dispersómetro de viento de banda Ku espacial" . IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing . 40 (9): 1973– 1983. Bibcode : 2002ITGRS..40.1973S . doi : 10.1109/TGRS.2002.803846 .
  5. ↑ Redactor (18 de junio de 1998). "NSCAT allana el camino para futuras misiones de vientos oceánicos" . NASA. Archivado del original el 17 de febrero de 2013. Consultado el 24 de noviembre de 2009 .
  6. 1 2 Redactor (18 de junio de 1998). "Instrumento SeaWinds enviado para su integración en QuikSCAT" . NASA. Archivado del original el 17 de febrero de 2013. Recuperado el 24 de noviembre de 2009 .
  7. 1 2 Warren E. Leary (15 de junio de 1999). "Craft to Track Climate-Affecting Link of Sea and Wind" . New York Times . Consultado el 25 de noviembre de 2009 .
  8. ↑ Redactor (4 de junio de 1999). "El equipo QuikSCAT gana el premio American Electronics Achievement Award" . NASA. Archivado del original el 17 de febrero de 2013. Consultado el 24 de noviembre de 2009 .
  9. 1 2 Redactor (19 de junio de 1999). "Lanzamiento exitoso del satélite QuikSCAT Ocean Wind de la NASA" . NASA. Archivado del original el 17 de febrero de 2013. Recuperado el 25 de noviembre de 2009 .
  10. 1 2 Atlas, R.; Hoffman, RN; Leidner, SM; Sienkiewicz, J.; Yu, TW.; Bloom, SC; Brin, E.; Ardizzone, J.; Terry, J.; Bungato, D.; Jusem, JC (2001). "Los efectos de los vientos marinos a partir de datos de dispersómetro en el análisis y pronóstico del tiempo" . Boletín de la Sociedad Meteorológica Americana . 82 (9): 1965– 1990. Bibcode : 2001BAMS...82.1965A . doi : 10.1175/1520-0477(2001)082 < 1965:TEOMWF > 2.3.CO ; 2 .
  11. 1 2 Brennan, MJ; Hennon, CC; Knabb, RD (2009). "El uso operativo de los vientos vectoriales de superficie oceánica QuikSCAT en el Centro Nacional de Huracanes" . Weather and Forecasting . 24 (3): 621– 645. Bibcode : 2009WtFor..24..621B . doi : 10.1175/2008WAF2222188.1 .
  12. ↑ Von Ahn, JM; Sienkiewicz, JM y Chang, PS (2006). "Impacto operativo de los vientos de QuikSCAT en el Centro de Predicción Oceánica de la NOAA" . Weather and Forecasting . 21 (4): 521– 539. Bibcode : 2006WtFor..21..523V . doi : 10.1175/WAF934.1 .
  13. ↑ Chelton, DB; Freilich, MH; Sienkiewicz, JM y Von Ahn, JM (2006). "Sobre el uso de mediciones de vientos superficiales del dispersómetro QuikSCAT para la predicción meteorológica marina" . Monthly Weather Review . 134 (8): 2055– 2071. Bibcode : 2006MWRv..134.2055C . doi : 10.1175/MWR3179.1 .
  14. ↑ Hoffman, RN; Leidner, SM (2005). "Una introducción a los datos QuikSCAT en tiempo casi real" . Weather and Forecasting . 20 (4): 476– 493. Bibcode : 2005WtFor..20..476H . doi : 10.1175/WAF841.1 .
  15. ↑ Redactor (9 de agosto de 1999). "SeaWinds captura la furia del tifón Olga" . NASA. Archivado del original el 17 de febrero de 2013. Consultado el 25 de noviembre de 2009 .
  16. 1 2 Ken Kayes (24 de noviembre de 2009). "Muere el satélite QuikSCAT" . Sun Sentinel . Consultado el 24 de noviembre de 2009 .
  17. ↑ Redactor (5 de diciembre de 2007). "Faltas de datos de QuikSCAT debido a una anomalía en la batería" . Centro de Archivo Activo Distribuido de Oceanografía Física . NASA. Archivado del original el 1 de junio de 2013. Consultado el 21 de junio de 2012 .
  18. 1 2 Eliot Kleinberg (23 de noviembre de 2009). "El satélite QuikSCAT se cae" . The Palm Beach Post . Archivado del original el 26 de noviembre de 2009. Recuperado el 24 de noviembre de 2009 .
  19. 1 2 Redactor (24 de noviembre de 2009). "El satélite QuikSCAT cesa sus operaciones" . CIMSS . Consultado el 24 de noviembre de 2009 .
  20. 1 2 Alan Buis (24 de noviembre de 2009). "La NASA evalúa nuevas funciones para el satélite QuikScat en dificultades" . NASA. Archivado del original el 30 de noviembre de 2009. Recuperado el 24 de noviembre de 2009 .
  21. ↑ "Dispersión - Descripción general" .
  • Página principal del Laboratorio de Propulsión a Chorro para QuikSCAT
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