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Drohnen für die Vorhersage von Hurrikans

stürmisches Wasser umspült Palmen am Ufer

© David Mark / pixabay

Robotergestützte Beobachtungsplattformen in den Ozeanen können die Vorhersagequalität für Hurrikane und tropische Stürme verbessern. Forscher stellen in der Fachzeitschrift Oceanography dar, wie diese als Bestandteil der Meeresinfrastruktur das Leben der Küstenbewohner schützen und die wirtschaftlichen Auswirkungen von Stürmen mildern können.


Die atlantische Hurrikansaison, die von Anfang Juni bis Ende November dauert, wird 2022 voraussichtlich 14-21 Stürme bringen, darunter 3 bis 6 schwere Hurrikans.

Während die Vorhersagen für das Auftreffen des Sturms auf Land immer genauer werden, hinken die Vorhersagen für die Sturmstärke hinterher. Die Intensität von Stürmen wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst, darunter der atmosphärische Zirkulation, der internen Sturmdynamik und Wechselwirkungen zwischen Luft und Meer. Instrumente zur Beobachtung der Ozeane liefern zwar nützliche Daten für die numerische Modellierung von Stürmen, sind aber nicht reaktionsschnell genug, um alle Datenlücken zu schließen. Dies gilt vor allem für solche Daten, die für die Vorhersage der Sturmstärke entscheidend sind, beispielsweise Prozesse an der Schnittstelle zwischen Luft und Meer.

Eine warme Meeresoberfläche begünstigt die Entstehung und Verstärkung von Hurrikanen, während kühle Temperaturen häufig zu einer Abschwächung führen. Die Forschung zeigt, dass sich Temperatur und Salzgehalt der oberen Wasserschichten vor und während eines Hurrikans schnell verändern können.

© tos.org, Oceanography Vol. 34 No. 4 p. 78–81

Unterwassergleiter sind autonome Unterwasserroboter, die fern von der Küste und in großer Meerestiefe Daten sammeln können. Sie sind für die Kommunikation mit Satelliten ausgerüstet, sodass sie die Daten in Echtzeit an Meteorologen übermitteln können. Während der Hurrikansaison der Jahre 2018 – 2021 wurden Unterwassergleiter über 280 Mal eingesetzt, um Datenmaterial im offenen Atlantik, in der Karibik, im Golf von Mexiko und vor der Ostküste der USA zu sammeln. Seit dem Jahr 2021 kommen zudem wind- und solarbetriebene Drohnen zum Einsatz, um Daten an der Meeresoberfläche zu sammeln. Auch sie kommunizieren via Satellit in Echtzeit oder nahezu in Echtzeit.

Beide Arten von Robotern können bei Extremwetterlagen arbeiten, bei denen das Leben von Schiffsbesatzungen gefährdet sein würde. Und sie können Informationen sogar dann liefern, während sich Stürme auf die Küste zubewegen.

Die National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) nutzt die Roboter, um ihre Vorhersagemodelle kontinuierlich mit Daten aus dem Ozean und der oberflächennahen Atmosphäre zu füttern. In dem Aufsatz „Uncrewed Ocean Gliders and Saildrones Support Hurricane Forecasting and Research“ beschreiben Autoren von mehr als einem Dutzend staatlicher, nichtstaatlicher und akademischer Einrichtungen, die an der Forschung während der Hurrikansaison 2021 beteiligt waren, wie mithilfe der Drohnen und Unterwasserroboter die Vorhersage der Sturmstärke verbessert werden konnte.

„Eines der Hauptziele während der atlantischen Hurrikansaison 2021 war es, Messungen des oberen Ozeans und der Luft-See-Kopplung innerhalb eines Hurrikans zu erhalten“, sagte der Hauptautor der Studie, Dr. Travis N. Miles, Assistant Research Professor im Rutgers University Center for Ocean Observing Leadership.

Diese Daten können uns helfen zu verstehen, wie sich die Merkmale des oberen Ozeans und der darüber liegenden Atmosphäre während eines Hurrikans entwickeln. Dies ist besonders wichtig bei Stürmen wie Ida, die über den Küstengewässern stark an Intensität zunahmen, bevor sie auf Land trafen. Diese Daten werden zu verbesserten Modellen und letztlich zu besseren Vorhersagen führen.

Dr. Travis N. Miles, Assistant Research Professor

„Wir wissen, dass die Instrumente und Technologien, die wir zur Vorhersage der Stärke und Zugrichtung dieser Stürme einsetzen, Leben retten und dass sich unsere Vorhersagen im Laufe der Zeit stark verbessert haben“, sagt Dr. Barbara Kirkpatrick, Mitautorin der Studie und leitende Beraterin der Gulf of Mexico Coastal Ocean Observing Organization (GCOOS). „Wir setzen uns weiterhin für die Finanzierung dieser Instrumente ein.“

Glider-Tracks der Hurrikan-Saisons 2018 (orange), 2019 (violett), 2020 (gelb), 2021 (blau); © tos.org

GCOOS hat das Tool GANDALF entwickelt, das die derzeit im Golf von Mexiko stationierten Gleiter verfolgt und kartiert. Die Nutzer können sehen, wie viele Gleiter sich derzeit im Golf von Mexiko befinden, ihren Standort bestimmen und auf die Daten zugreifen, die von den Gleitern gesammelt werden. Zu den gesammelten Daten gehören beispielsweise Wassertemperatur, Salzgehalt oder gelöster Sauerstoff.

Weiterhin stellt GCOOS ein Hurricane Dashboard bereit. Das Tool liefert Informationen zur Überwachung der Stärke und Bewegung tropischer Systeme und zeigt auf, wie man sich vorbereiten kann, wenn ein Sturm auf einen zusteuert. Die Nutzer haben Zugriff auf die aktuelle Position, Stärke und Bewegung tropischer Systeme, die neuesten Vorhersagen, lokale Notfallkontakte und Hinweise zur Vorbereitung auf Stürme.

Hier geht es zum Artikel: https://tos.org/oceanography/article/uncrewed-ocean-gliders-and-saildrones-support-hurricane-forecasting-and-research

Quelle:

Miles, T.N., D. Zhang et al. (2021). Uncrewed ocean gliders and saildrones support hurricane forecasting and research. Pp. 78–81 in Frontiers in Ocean Observing: Documenting Ecosystems, Understanding Environmental Changes, Forecasting Hazards. E.S. Kappel, S.K. Juniper, S. Seeyave, E. Smith, and M. Visbeck, eds, A Supplement to Oceanography 34(4), https://doi.org/10.5670/oceanog.2021.supplement.02-28.

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