Ik ben altijd geïnteresseerd om te leren hoe drones worden gebruikt voor het welzijn van de mensheid, en was nieuwsgierig om meer te weten te komen over hoe ze worden gebruikt bij weersvoorspellingen. Ik heb een beetje onderzoek gedaan om erachter te komen wat weer-drones zijn en hoe ze worden gebruikt bij het voorspellen van het weer. Dit is wat ik heb geleerd.
Weerdrones zijn speciaal ontworpen drones die in de onderste laag van de atmosfeer van de aarde worden gevlogen, de grenslaag. Ze zijn uitgerust met sensoren om informatie te verzamelen over temperatuur, vochtigheid en wind in de atmosfeer, uiteindelijk om de weersvoorspellingsmodellen te helpen verbeteren.
Het gebruik van drones om atmosferische monsters te verzamelen is een enorme vooruitgang ten opzichte van traditionele methoden voor gegevensverzameling en heeft het potentieel om de nauwkeurigheid van weersvoorspellingsmodellen enorm te verbeteren. Waarom maakt het uit? Het hebben van nauwkeurigere modellen is van invloed op zowel het dagelijkse als het grote geheel. Het stelt meteorologen in staat om ons betere 10-daagse weersvoorspellingen te geven, maar meer dan dat, het betekent de mogelijkheid om meer geavanceerde waarschuwing te geven voor stormen zoals tornado's, of of en waar orkanen zullen landen.
Hoe weerdrones werken
De onderste laag van de atmosfeer, de grenslaag genoemd, is waar het meeste van ons weer plaatsvindt. De weersomstandigheden die ieder van ons beïnvloeden, zijn afhankelijk van een duizelingwekkend aantal variabelen en factoren. Proberen om nauwkeurige voorspellingen te doen over wat het weer zal doen, is afhankelijk van zeer gecompliceerde weersvoorspellingsmodellen, maar de output van deze modellen is slechts zo goed als de gegevens die erin worden ingevoerd. En het verkrijgen van goede gegevens is moeilijker dan je zou denken.
Dat is waar weer-drones om de hoek komen kijken. Weer-drones kunnen door de hele verticale laag van de grenslaag van de atmosfeer worden gevlogen en cruciale gegevens verzamelen over temperatuur, vochtigheid, luchtdruk en windsnelheid en -richting.
Weerdrones kunnen deze gegevens op verschillende manieren verzamelen. Een manier is door middel van temperatuur-, vochtigheids- en luchtdruksensoren die rechtstreeks op de drone zijn aangebracht. Een andere manier waarop ze gegevens verzamelen, is door sensoren, dropsondes genaamd, met een parachute vanaf grote hoogte te laten vallen. De dropsondes dalen door het verticale profiel van de grenslaag en verzamelen gegevens helemaal naar beneden. Een laatste belangrijke manier waarop weerdrones gegevens verzamelen, is door middel van visuele beeldvorming, inclusief foto's en video.
Een verbetering ten opzichte van traditionele methoden
Van oudsher gebruiken wetenschappers weerballonnen en weerstations om weergegevens te verzamelen voor modellering. De beperkingen van een weerstation zijn de statische locatie (het beweegt niet) en de nabijheid van het aardoppervlak. Zelfs als een weerstation zich op de top van een wolkenkrabber of toren bevindt, is het redelijk aardgebonden en kan het geen gegevens krijgen van de bovenloop van de grenslaag. Weerballonnen kunnen veel hoger opstijgen, maar ze hebben het nadeel dat ze niet gecontroleerd kunnen worden. Ze zullen gaan waar de wind hen waait. Weerballonnen keren ook niet terug naar het land van waar ze zijn gelanceerd, en zijn over het algemeen niet terug te halen.
Satellieten zijn een andere bron van gegevens voor weersvoorspellingsmodellen. Ze kunnen gegevens verkrijgen over waterdamp en wolkenvorming, maar zijn niet zo nuttig bij het meten van temperatuur, vochtigheid of wind, omdat ze zich duidelijk ruim boven de grenslaag bevinden waar deze factoren optreden. Van oudsher zijn ook drones met vaste vleugels op grote hoogte en met een vaste vleugel gebruikt, maar deze hebben vergelijkbare beperkingen als satellieten en zijn extreem duur in gebruik. Vliegtuigen worden ook gebruikt om weergegevens te verzamelen en worden vaak gebruikt bij stormgebeurtenissen. Vliegtuigen zijn echter ook duur in het gebruik, en het sturen van een piloot die in een storm vliegt, brengt een veel hoger risico voor mensenlevens met zich mee dan het sturen van een drone.
Drones hebben deze beperkingen niet. Ze kunnen gemakkelijk op grote hoogte worden gevlogen en wetenschappers hebben onlangs zelfs toestemming gekregen om zo hoog als 3500 voet boven het grondniveau te vliegen voor gegevensverzamelingsonderzoeken. (Hoe hoog het ook klinkt, zelfs een standaard quadcopter voor consumenten zou geen problemen hebben om op deze hoogte te werken, afgezien van de maximale vliegbeperking van 400 ft AGL). Ze kunnen gemakkelijk worden bestuurd om recht tegen de wind in te gaan, of zelfs tegen de storm in, om gegevens te krijgen op precies de hoogte en locatie die de wetenschappers zouden willen. En de drones keren terug naar het land, wat betekent dat veel duurdere en geavanceerdere sensoren en apparatuur op een drone kunnen worden gebruikt dan praktisch zou zijn om op een weerballon te gebruiken.
Huidige ontwikkelingen
Er zijn verschillende belangrijke projecten gaande die werken aan het gebruik en verbeteren van drones voor het verzamelen van weergegevens. Een daarvan is direct verbonden met wetenschappers die samenwerken met de NOAA. Ze werken aan korte termijn veldstudies gericht op specifieke regio's van de VS om te bestuderen hoe terrein- en landoppervlakken de weerpatronen beïnvloeden. Het doel is om te bepalen of en hoe het landoppervlak het weer beïnvloedt, en hoe die variabele in weer- en klimaatmodellen kan worden opgenomen.
Een ander lopend project, geleid door professor Phillip Chilson van de Universiteit van Oklahoma, bevindt zich in de plannings- en ontwikkelingsfase, maar heeft het potentieel om een revolutie teweeg te brengen in de meteorologische wetenschap en weersvoorspellingen. Hij stelt zich een landelijk netwerk van weerstationtorens voor, elk uitgerust met een vloot van autonome weerdrones. De drones op elk station zouden elk uur worden ingezet om gegevens te lanceren en te verzamelen die in weermodellen zouden worden ingevoerd, wat enorme hoeveelheden betrouwbare gegevens zou opleveren - veel efficiënter en betrouwbaarder dan elke andere methode die momenteel wordt gebruikt.
Bovendien zou een zwerm communicerende, onderling verbonden drones op elk station automatisch kunnen worden ingezet wanneer stormcondities worden gedetecteerd, en AI gebruiken om te bepalen waar te vliegen en relevante gegevens te verzamelen. Deze gegevens zouden opnieuw worden ingevoerd in weersvoorspellingsmodellen.
Welke impact ze kunnen hebben
Weervoorspelling
Meer gegevens van over het hele land (en de wereld), van meer niveaus van de grenslaag, betekent nauwkeurigere weersvoorspellingsmodellen. Metingen van stormdrones kunnen wetenschappers helpen bij het evalueren van de huidige weermodellen en het identificeren en corrigeren van voorspellingsmodellen. Samenwerking tussen wetenschappers die aan deze gegevensverzamelingsprojecten werken en lokale weersvoorspellingsmodellen resulteert in nauwkeurigere weersvoorspellingen voor lokale weerrapportage. Het is een staande grap dat meteorologen het altijd bij het verkeerde eind hebben zonder dat iemand hen verantwoordelijk houdt, maar dat zou kunnen veranderen met nauwkeurigere modellen.
Voorbereiding op storm
Het hebben van een nauwkeurige en betrouwbare weersvoorspelling is veel belangrijker dan simpelweg plannen op welke dag je gaat picknicken, of dat je je paraplu mee moet nemen. Wanneer zich stormen ontwikkelen, kan het best mogelijke weermodel de impact op mensenlevens en eigendommen helpen verminderen.
In tornado-gevoelige regio's is de huidige gemiddelde vroegtijdige waarschuwingstijd 16 minuten. Dit betekent dat bewoners slechts 16 minuten worden gewaarschuwd voordat een waarschijnlijke of bekende tornado hen zal bereiken. Hierdoor is er onvoldoende tijd voor evacuatie of dekking. De hoop is dat met weersvoorspellingen op basis van dronegegevens, de reactietijd voor vroegtijdige waarschuwing kan worden verlengd tot maximaal een uur, waardoor mensen veel betere kansen krijgen om levens en eigendommen te beveiligen.
Orkanen zijn ook notoir moeilijk te voorspellen. Ze kunnen onverwachte wegen inslaan, of onvoorspelbaar intensiveren of uiteenvallen. Met een verbeterd vermogen om gegevens te verzamelen vanuit een actieve storm met drones, kunnen meteorologen en weerwetenschappers betere voorspellingen doen van orkaanstormpaden en -intensiteit. Dit zou de weerdienst in staat stellen beter geïnformeerde beslissingen te nemen met betrekking tot evacuaties, maatregelen ter voorkoming van stormvloeden en het inzetten van noodhulpteams.
Conclusie
Het nut van drones in allerlei toepassingen en toepassingen bevindt zich nog in de ontdekkingsfase. Hoewel ze al hebben bewezen de beste technologie te zijn bij het verzamelen van verbeterde gegevens voor weersvoorspellingsmodellen, is de technologie nog niet volledig ontwikkeld. Naarmate het vermogen van drones om in slechte weersomstandigheden te vliegen verbetert, naarmate de gevoeligheid en nauwkeurigheid van meetsensoren op drones toeneemt, naarmate de programmering voor zwerm drone-intelligentie zich ontwikkelt, zullen al deze dingen bijdragen aan het vermogen van drones om de manier waarop we meten te veranderen en worden beïnvloed door ons weer.