Havsströmmar och vindar bildar en oändlig återkopplingsslinga:vindar blåser över havets yta, skapar strömmar där. På samma gång, det varma eller kalla vattnet i dessa strömmar påverkar vindens hastighet.

Denna delikata dans är avgörande för att förstå jordens föränderliga klimat. Att samla in data om denna interaktion kan också hjälpa människor att spåra oljeutsläpp, planera sjöfartsrutter och förstå havets produktivitet i förhållande till fiske.

Det finns redan instrument som mäter havsströmmar, och andra som mäter vind, som NASA:s QuickScat och RapidScat. Men en ny, luftburet radarinstrument utvecklat av NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien, kan mäta båda.

Kallas DopplerScat, instrumentet är en snurrande radar som "pinglar" havets yta, så att den kan ta mätningar från flera håll samtidigt. Det är ett steg upp från tidigare teknik, som samtidigt kan mäta ström från en eller två riktningar, och kunde inte mäta havsytans egenskaper lika fullständigt som detta nya instrument.

Dessa mätningar skulle göra DopplerScat till ett värdefullt tillägg till framtida satellituppdrag, sa Ernesto Rodriguez, vetenskapsledare för instrumentet vid JPL.

"DopplerScatt ger oss en aldrig tidigare skådad samtidig observation av vind och strömmar, " sade Rodriguez. "Eftersom den kombinerar observationer av ytan över ett brett sträng, vi kan nu ta en högupplöst ögonblicksbild av det interagerande havet och atmosfären som inte är tillgänglig från tidigare instrument."

DopplerScatt utvecklades vid JPL med finansiering från NASA:s Earth Science Technology Office. Som med en motorvägspatrullmans fartpistol, den beräknar dopplereffekten av en radarsignal som studsar från ett föremål. När objektet rör sig närmare eller längre bort, den upptäcker dessa förändringar och räknar ut dess hastighet och bana. Dessa mätningar kombineras med data från en scatterometer, som känner av reflektionen av radarsignalen från havets yta. Ju mer "spridning" radarn observerar, desto hårdare vågor. Från vågornas grovhet och orientering, vindhastighet och riktning kan beräknas.

Även om den hade testats på två fältplatser under 2016, DopplerScatt hittade sin idealiska provningsplats i april förra året, när DopplerScatt-teamet anslöt sig till flera byråer som utförde vetenskaplig forskning utanför den amerikanska Gulf Coast.

Initiativet, kallas kampanjen Submesoscale Processes and Lagrangian Analysis on the Shelf (SPLASH), var inriktad på att spåra oljespill och läckor. Det leddes av konsortiet för avancerad forskning om transport av kolväten i miljön (CARTHE), ett forskarlag som fokuserar på hur dessa läckor påverkar miljön.

SPLASH designades för att titta på hur olja driver i Mexikanska golfen, landar på stränder eller påverkar vattenkvaliteten vid Mississippiflodens mynning. CARTHE-teamets forskning förlitade sig på "drifters" - munkformade flottörer med GPS-enheter kopplade.

U.S. Naval Research Laboratory, en medlem av CARTHE-teamet, tillhandahållit högupplösta datormodeller för att förutsäga strömmarna och vart driftarna skulle ta vägen.

Gå in i JPL:s DopplerScatt-team. Rodriguez och huvudutredaren Dragana Perkovic-Martin såg en möjlighet att bevisa JPL-teknikens värde. Tillsammans, drifters och modellering kan ge oberoende validering av DopplerScatts mätningar, samtidigt som den erbjuder sin egen unika dataset.

Driftarna är begränsade genom att de bara samlar in havsdata, och gör det i glesa regioner under loppet av dagar. DopplerScatt, fixerad på botten av ett King Air B200-plan, samlade både havs- och vinddata över stora områden på bara en övergång. Den målade upp en storskalig bild samtidigt som den validerade marinens datormodeller.

"Det var i princip den första storskaliga valideringen som vi har gjort, ", sa Perkovic-Martin. "CARTHE-teamet använde vår data för att bestämma var de skulle placera sina drifters. I framtiden, vi kommer att använda deras data och de kommer att använda vår för att förbättra modelleringen."

"Vi kunde studera vinden och strömmen i alla riktningar över 16 miles (25 kilometer), " sa Rodriguez. "Om du skalar upp det här till rymden, istället för att täcka jorden en gång i veckan, vi kan täcka det en gång om dagen."

Den typen av noggrannhet erbjuder mer än bara realtidsspårning av miljökatastrofer, som oljeutsläpp. Det kan leda till förbättrade prognoser om var den oljan kommer att driva och vilka kustområden som är mest utsatta. Mer fundamentalt, det skulle kunna öka vår förståelse för viktiga mekanismer som styr jordens väder och klimat.

Det kan också gynna sjöfartsrutter, som till stor del förlitar sig på strömmätningar från bojar.

"Förmågan att kartlägga en kustregions strömmar i hög upplösning skulle vara avgörande för områden som Alaska, där strömmarna utanför en ojämn kust är starka och förändras snabbt, sa Rodriguez.

Nu när instrumentet har validerats, Perkovic-Martin sa, DopplerScatt är tillgängligt för användning på framtida NASA luftburna vetenskapsuppdrag.

QuickScat lanserades 1999. Trots ett partiellt instrumentfel 2009, det fortsätter att tillhandahålla kalibreringsdata till internationella scatterometer-satellituppdragspartners. RapidScat avslutade två år av framgångsrik havsvindsövervakning ombord på den internationella rymdstationen 2016.