Genomsnittlig jordfuktfördelning för juni, Juli och augusti 2017. Medelvärdet beräknades från strängbaserad jordfuktighet som genererades av det ”neurala nätverket” i nära realtid på ECMWF. Kredit:ECMWF
Från och med den 11 juni 2019, mätningar från ESA:s SMOS -uppdrag integreras fullt ut i ECMWF:s prognossystem, möjliggör en mer exakt beskrivning av vattenhalten i jorden.
Sedan lanseringen 2009 har ESA:s uppdrag för jordfuktighet och havsalt (SMOS) har gett globala observationer av utsläpp från jordens yta, särskilt markfuktighet och havssalthalt - två viktiga variabler i vattencykeln.
Exakta väderprognoser är av största vikt för både kommersiella och fritidsaktiviteter. European Center for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) är den ledande byrån för att tillhandahålla globala korrekta väderprognoser. Dess integrerade prognossystem (IFS), en gigantisk numerisk väderprognosmodell, ger väderprognoser 24 timmar om dygnet, sju dagar i veckan.
Patricia de Rosnay, teamledaren för Coupled Assimilation på ECMWF kommenterar att "När vi använder SMOS -mätningar i vårt operativa prognossystem, vi får en bättre beskrivning av den rumsliga fördelningen av vattnet i jorden.
"Detta är viktiga mätningar för att förstå de komplexa interaktionerna mellan markytan och atmosfären, vilket är avgörande för vårt prognossystem. "
Vädret är en komplex process och en bra förutsägelse beror till stor del på kunskapen om jordens atmosfär genom olika observationer från satelliter, in situ -data, ballonger, bojar och andra observationssystem.
Diagrammen visar den normaliserade felskillnaden mellan 2 m lufttemperaturer mellan de nya och gamla prognossystemen, där negativa värden indikerar en felminskning på grund av användning av SMOS -data. Sommaren 2017, en positiv inverkan är statistiskt signifikant för norra halvklotet, som det ses på rätt tomt. Kredit:ECMWF
Dessa data måste vara tillgängliga snabbt för att vara till nytta för förutsägelser. Att ta fram geofysiska jord-fuktmätningar tar cirka åtta timmar efter avkänning.
En smart teknik som används för att påskynda produktionen av dessa data är maskininlärning, till exempel med hjälp av ett artificiellt neuralt nätverk, som beräknar värden för jordfuktighet från satelliten inom några sekunder. Den anpassades av CESBIO och LERMA för att generera den information som behövs för operativa prognoser.
"Maskininlärningstekniker är beräkningseffektiva och är mycket snabba verktyg för att snabbt bearbeta stora datamängder. Användning av neurala nätverk var nyckeln för integrering av SMOS -mätningar i tid för väderprognosen, "säger Nemesio Rodriguez-Fernandez från CESBIO, och som utformade och utbildade det neurala nätverket före den operativa integrationen som utfördes av ECMWF.
Att använda mätningar från en Earth explorer -satellit i 24/7 operationer är en stor prestation. Än så länge, endast SMOS -mätningar över land används för att stödja allmänna väderprognoser. Med tanke på att SMOS ger information i alla väderförhållanden, SMOS levererar också ny information för att spåra orkaner och mäta tunn havsis.
SMOS kan eventuellt hjälpa till i framtiden för Copernicus Emergency and Management Service (CEMS), särskilt för forskning och utveckling relaterat till det europeiska skogsbrandinformationssystemet, SMOS -mätningar kan användas för att identifiera antändningspotential, tillgängligt bränsle för bränning, och modulering av brandutsläpp. För översvämningsprognoser inom European Flood Awareness System (EFAS), SMOS kan användas för att bedöma översvämningskänsligheten. Kredit:ECMWF
I framtiden, den information som SMOS tillhandahåller om oceaner och polarområden kan också användas i kombination med jordsystemmodeller och dataassimilationssystem.
ESA:s SMOS -uppdragsforskare, Matthias Drusch, sa, "Att integrera SMOS -mätningar i ECMWF:s prognossystem har varit en stor strävan som startade för mer än 15 år sedan. Denna framgångssaga visar hur modeller och till och med operativa applikationer drar nytta av nya observationer."
Än så länge, SMOS är den enda Earth explorer-satelliten som tillhandahåller mätningar operativt för globala medeldistans väderprognoser. För närvarande, data från ESA:s Aeolus -uppdrag testas på ECMWF för operativt prognossystem som ska användas inom en snar framtid.
