För att analysera klimatförändringar eller ge information om naturrisker, till exempel, det är viktigt för forskare att samla kunskap om regn. Bättre kunskap om nederbörd och dess fördelning kan till exempel, hjälpa till att skydda mot flodöversvämningar. På mark, övervakningsstationer kan tillhandahålla data genom att samla in nederbörd. Till sjöss, det är inte så lätt.

Ett nytt tillvägagångssätt av ett team runt Milad Asgarimehr, som arbetar i GFZ-sektionen för Space Geodetic Techniques och vid Technical University of Berlin, tillsammans med forskare från Earth System Research Laboratory vid National Oceanic and Atmospheric Administration i USA (NOAA) och University of Potsdam, använder information som finns i radarsignaler från GNSS-satelliter (Global Navigation Satellite System) för att upptäcka regn över havet. Tekniken kallas GNSS Reflectometry. Det är en innovativ satellitfjärranalysmetod med ett brett spektrum av geofysiska tillämpningar. As-garimehr och hans kollegor har nu publicerat sina resultat i tidskriften Geofysiska forskningsbrev .

Enligt forskarna, den nya metoden skulle kunna hjälpa till att övervaka atmosfärisk nederbörd bättre än tidigare. Asgarimehr:"Vår forskning kan fungera som en startpunkt för utvecklingen av ytterligare en regnindikator. Vi kan tillhandahålla nederbördsinformation med hjälp av GNSS Reflectometry med oöverträffad tidsupplösning och rumslig täckning."

"GNSS är 'allvädersnavigeringssystem, '" förklarar Asgarimehr. "Ett långvarigt grundantagande var därför att deras signaler är sammansatta på ett sådant sätt att de inte märkbart dämpas av moln eller typisk nederbörd i atmosfären och därför inte kan upptäcka nederbörd." Den nya studien använder därför en annan effekt för att upptäcka regn över havet:Havsytans grovhet.

GNSS-reflektometri kan mäta havsytans grovhet

Den ytan är "grov" främst för att vindar skapar vågor på den. Styrkan hos satellitsignalerna som reflekteras av ytan är omvänt proportionell mot deras grovhet:ju fler och desto starkare vågorna, desto svagare är den reflekterade signalen. Nyligen, forskare kunde bevisa att det är möjligt att bestämma vindhastigheten över haven från mätningar av ytans grovhet.

Regndroppar som faller på en havsyta ändrar också dess strävhet. Milad Asgarimehr och teamet runt honom frågade sig själva:"Kan GNSS Reflectometry upptäcka nederbörd över hav?" Detta är också titeln på deras nyligen publicerade studie. Om svaret är ja, GNSS Reflectometry-satelliter kunde upptäcka regn nästan som en observatör som ser regndroppar störa spegelbilden av månen på ytan av en sjö på natten. Dock, det finns en stor skillnad:till skillnad från månsken, GNSS-signaler kan penetrera molnen.

En ny teoretisk modell kommer till undsättning

Under analysen av data från navigationssatelliten TDS-1 (TechDemoSat-1), Asgarimehr hittade bevis för att regn kan upptäckas över haven om vindarna inte är för starka. Dock, hans forskning saknade fortfarande en teoretisk grund. "Länge trodde man att GNSS Reflectometry-mätningar borde vara okänsliga för den småskaliga ytjämnheten som orsakas av regndroppar på havsytan, " förklarar Asgarimehr. Men publiceringen av en ny teoretisk modell 2017 gav en rimlig uppskattning av fysiken för spridningen av radarsignaler på en havsyta som störs av svaga vindar.