Några bra idéer föds ur år av noggrann forskning. Andra hämtas från plotlinjen i filmen "Twister".

Det senare är hur Paul Markowski, professor i meteorologi, och Yvette Richardson, professor i meteorologi och biträdande dekanus för grundutbildning, Penn State College of Earth and Mineral Sciences, sätta en kurs för att skapa och avfyra sonder i stormar för att, som de uttryckte det, "revolutionera vår förståelse av hur tornados bildas."

I "Twister, " sonder skjuts in i en storm genom att använda farthållare för att köra en lastbil fylld med sensorer in i en tromb. Penn State forskare, försöker fylla ett tomrum i termodynamiska data som fångas i och runt stormar, började leta efter sätt att hitta på något liknande.

Med hjälp av ett par heliumballonger, Scott Richardson, senior forskarassistent inom meteorologi och atmosfärsvetenskap, utvecklat ett billigt leveranssystem för kommersiellt tillgängliga sonder. Sonden på 13 gram använder två ballonger för att uppnå höjd innan en ballong kastas ut på distans, tillåter sonden, bärs av den återstående ballongen, att driva med vindarna.

Varje enhet kan mäta temperatur, fuktighet, tryck och GPS-plats i realtid. Forskare kan spåra så många som 34 sonder, även om det antalet ökar till hundratals i den nyaste sondprototypen.

"I 'Twister, ' sonder svävades av en tornado, ", sa Markowski. "Vi flyter bara sonderna ovanför marken och stormens inre vindfält drar in dem. Om du har rätt sorts storm och startar från ett vettigt område, det är svårt att missa."

I maj, Markowski och Yvette Richardson, beväpnade med dussintals sonder och tre 175-punds tankar med helium fastspända på golvet i en passagerarbil, tillbringade en vecka på att resa 2, 200 mil, jagar stormar på Great Plains för att testa enheterna. Där, de hade flera framgångsrika uppskjutningar i supercellstormar – den mest troliga föregångaren till en tornado – inklusive uppskjutningar nära Mannsville, Oklahoma, och Gove City, Kansas, , där mer än 20 prober drev genom var och en av stormarna i cirka 90 minuter, samla in data som tidigare bara hade uppskattats med hjälp av datormodellering.

"Vi skulle ha älskat att ha flugit mer men det är så många vi kunde blåsa upp under den tidsperioden, ", sa Markowski. "Vi hade tur att stormen rörde sig långsamt."

När Markowski och Yvette Richardson skyndsamt fyllde och band ballonger till sonder vid ungefär tre minuter per klipp, mitt i regn och starka vindar på ett fält, de hade en återkommande tanke när enheterna lyftes mot himlen:Kommer detta ens att fungera?

"Även om vi hade planerat så mycket som möjligt, det fanns en risk att det inte skulle fungera, sa Yvette Richardson.

Men det fungerade. Beräkningar för att bestämma de bästa startpunkterna, gjort i Penn State av Shawn Murdzek, en forskare, visade sig vara effektiva och sonderna var effektivt och jämnt fördelade.

Med radar, Meteorologer har en bred bild av vindfältet i en storm men vet lite om hur krafter som är förknippade med temperatur och tryck kan förändra den vinden. Denna forskning syftar till att förklara varför vindarna utvecklas och vad som orsakar att tornado uppstår.

"Radarerna ger oss vad vindarna gör och dessa sonder berättar hur ttemperaturmönstret ser ut i förhållande till vinden, " sa Yvette Richardson.

Nästa steg blir att länka nyfunna temperaturdata med radarvinddata för att börja söka efter mönster. Att känna till detta förhållande kan hjälpa prognosmakare att bättre förutsäga om en supercellstorm kommer att förvandlas till en tornado.

"Att känna till termodynamiken i en storm hjälper oss att utvärdera våra teorier för hur tornados bildas, " sa Yvette Richardson. "Just nu, de är alla baserade på våra antaganden om hur de ser ut från antingen numeriska modeller eller från observationer vi har från bilar som kör runt under en storm. Vi vet hur temperaturen varierar längs marken men inte över det. Denna forskning lägger till den felande länken."

Nu när de vet att det fungerar, nästa steg är att öka ante.

Forskarna arbetar med ett företag som utvecklar en prototyp som är mycket lättare, vilket kommer att minska storleken på ballongerna, minskar fyllningstiderna och ökar sannolikheten för att de sugs in av en storm. Andra alternativ, som ballonger som kan blåses upp i förväg, förföljs också.

Snart kommer Markowski och Yvette Richardson att återvända till Great Plains med fler händer och de uppdaterade sonderna.

"Vi vill verkligen få ut våra elever. Det skulle vara bra för dem och även ge oss fler händer, ", sa Markowski. "Jag tror att du kommer att få höra mycket om detta under de kommande fem åren. Vi gillar trenderna. Lättare, mindre, fler sonder kan spåras. Verkligen alla stjärnor ställer sig i linje för att göra vinster i vår förståelse av stormar och tornados."

Tidigt på, Markowski och Yvette Richardson drömde om försök att leverera sonder till stormar. I de tidiga stadierna av strävan, de slog sig ihop med Jack Langelaan, docent i flygteknik, och doktorand i flygteknik John Bird, att använda raketer för att släppa ut fallskärmssonder som kunde dras in i stormar. I teamet ingick även Mike Hickner, som fick i uppdrag att förbättra probernas biologiska nedbrytbarhet, minska miljöpåverkan.

I deras strävan efter detta högteknologiska leveranssystem, Markowski och Yvette Richardson började leta efter alternativ som kan få sin forskning från marken. Efter år av brainstorming, tillvägagångssättet med två ballonger framstod som den mest fältfärdiga lösningen. Dock, många av målen med det ursprungliga samarbetet, som att skapa biologiskt nedbrytbara enheter till låg kostnad, förbli.

"I sista hand, förståelse behövs för att göra varningar till allmänheten bättre, " sa Markowski. "För att förbättra varningarna, du behöver antingen en förbättring av tekniken, en förbättring av grundläggande förståelse, eller båda. Forskare sysslar vanligtvis med att förbättra förståelsen snarare än att förbättra tekniken, men det här projektet som involverade både forskare och ingenjörer gav oss en chans att göra båda."