Tropické cyklóny představují nebezpečí pro zdraví a životy, majetek i ekonomiku mnoha různých komunit na mnoha místech světa. Výzkumníci, kteří se věnují studiu těchto jevů se stále více zaměřují na dálková pozorování s využitím družic na oběžné dráze. Díky nim mohou tropické bouře snímkovat a získaná data využít pro zlepšování předpovědí, upřesňování, kdy živel vstoupí na pevninu i celkového chápání dynamiky bouře a evoluce srážek. Experti studující tropické bouře mohou využívat data z posledních více než třiceti let od družic pozorujících Zemi. Nasbírané údaje pocházejí z řady různých přístrojů – od ABI (Advanced Baseline Imager) na družicích GOES-R (Geostationary Operational Environmental Satellite-Series R) od NOAA, přes mikrovlnný snímač TMI (Microwave Imager) z mise TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission), mikrovlnný snímač GMI z družice GPM (Global Precipitation Measurement), speciální mikrovlnný snímkovač a sondážní přístroj SSMIS (Special Sensor Microwave Imager/Sounder) z družic DSMP (Defense Meteorological Satellite), až po pokročilý mikrovlnný skenovací radiometr AMSR-E z družice Aqua, AMSR2 z japonské družice GCOM-W (Global Change Observation Mission–Water) pokročilý mikrovlnný sondážní přístroj AMSU z družice Aqua, mikrovlnného sondážního přístroje ATMS z družic Suomi NPP, NOAA-20 a NOAA-21, snímkovacího spektroradiometru MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) na družicích Terra a Aqua, snímkovací radiometr ve viditelné a infračervené části spektra VIIRS (Visible Infrared Imaging Radiometer Suite) na Suomi NPP, ale i na prvních dvou misích JPSS (Joint Polar Satellite System), tedy NOAA-20 a NOAA-21.

Ačkoliv vědci mají k dispozici data z desítek let, postrádají údaje z přístrojů na drahách s nízkým sklonem vůči rovníku, který by poskytoval častější pohledy na tropické oblasti. Tato limitace je obzvláště výrazná v tropických a subtropických zemských šířkách, což je oblast, kde se tropické bouře vyvíjejí a sílí. Projekt TROPICS (Time-Resolved Observations of Precipitation structure and storm Intensity with a Constellation of Smallsats) od agentury NASA se vyvinul z programu PATH (Precipitation and All-weather Temperature and Humidity), aby naplnil poptávku po trojrozměrných měřeních teploty a vlhkosti, ale i dešťových srážek s frekvencí návštěv lepší než 1 hodina. Projekt TROPICS využívá několika malých družic, které letí v přesně stanovené formací a poskytují tak měření s častými aktualizacemi o bouřích, ale i teplotní a vlhkostní profily jak v bouři, tak i mimo ni včetně intenzity teplého jádra ve vyšších vrstvách. Kromě toho jejich přístroje poskytují opětovnou návštěvu s mediánem zhruba jedné hodiny. Nasbíraná data také informují o změnách ve směřování bouří, či jejich intenzitě a poskytují data pro zlepšování předpovědních modelů počasí.

Snímkování se zaměřuje na vnitřní struktury (blízko 91 a 205 GHz), teplotní sondování (blízko 118 GHz) a vlhkostní sondování (blízko 183 GHz). Prostorové rozlišení v nadirovém směru je pro teplotu zhruba 24 kilometrů a pro vlhkost a srážky pak 17 kilometrů, přičemž družice pokryje pruh široký zhruba 2 000 kilometrů. Výzkumníci mohou používat data z mise TROPICS k vytvoření stovek snímků bouří s vysokým rozlišením napříč jejich celým životním cyklem. Tento článek nabízí shrnutí dvou let úspěšného vědeckého provozu mise TROPICS se zaměřením na soubor geofyzikálních produktů druhé úrovně (L2) (např. vertikální profily teploty a vlhkosti atmosféry, okamžitý přízemní déšť a intenzitu tropických cyklón) a vědecké výzkumy vyplývající z těchto měření. Kompletní článek, který je k dispozici ve sborníku Proceedings Of The IEEE: Special Issue On Satellite Remote Sensing Of The Earth, který poskytuje podrobnější informace o výsledcích.

Jedna družice TROPICS byla vynesena 30. června 2021 jako testovací a průkopnický exemplář, který má vyšlapat cestu dalším. K vynesení na sun-synchronní polární oběžnou dráhu byl využit sdílený let rakety Falcon 9. Systém TROPICS byl původně zamýšlen jako šestidružicová konstelace, ve které by byly dvojice družic dopraveny na tři dráhy s nízkým sklonem vůči rovníku. Ovšem první dvojice družic TROPICS, která odstartovala 22. června 2022 na raketa Rocket 3.3 od firmy Astra Space, nedosáhla oběžné dráhy vinou selhání rakety. To sice nebylo příjemné, ale systém mohl plnit své úkoly ohledně frekvence návštěv (byť bez rezervy) i se čtyřmi družicemi. Bonusem pak bylo o rok delší poskytování dat z družice TROPICS Pathfinder, což umožnilo komunitě vědců, kteří studují tropické bouře, připravit se a otestovat komunikační systémy i algoritmy pro zpracování dat ještě před vynesením čtyř zbývajících družic TROPICS. Ty byly vyneseny v rámci dvou samostatných startů raket Electron od firmy Rocket Lab z 8. května a 26. května 2023. Včasné testování urychlilo kalibraci a validaci celé konstelace.

Výzkumníci tropických bouří vyžadují rychlá kvantitativní pozorování k vytvoření 2D informací o struktuře bouře. Čtyři datové produkty ze sítě TROPICS (teplota antény (L1a), teplota jasu (L1b), sjednocená teplota jasu a regulovaný skenovací vzor a teplota jasu upravená podle výstupků (L1c)) pronikají pod vrcholy mraků, aby sbíraly data s vyšší frekvencí za cenu nižší než jiné operační systémy. Data z této sítě byla využívána k vyhodnocení vývoje teplého jádra i vodního letu v bouří. to jsou dva indikátory vzniku bouře a následných změn v její intenzitě. Zmíněné teplé jádro ve vyšších vrstvách je klíčem k vývoji a zesilování tropického cyklónu. Srážky mohou podnítit rychlé zesílení vlivem konvektivních rozpínání, které se vyznačují rozšiřováním vrcholků studených mraků, rostoucím rozptylem ledu, blesky a intenzivním deštěm i ledovou vodou, které svědčí o silných vzestupných proudech.

Frekvence, které používá mise TROPICS poskytují dostatek informací o rozptylu ledových částic o velikosti srážek a dešťových pásmech, což umožňuje výzkumníkům sledovat makrostrukturu konvektivního rozpínání v tropických cyklonách po celém světě. Data TROPICS navíc pomáhají objasnit, jak změny vlhkosti prostředí v okolí tropických cyklón ovlivňují strukturu a zesilování bouří.

Analýza teplého jádra ve vyšších vrstvách tropického cyklónu odhaluje cenné informace o vývoji bouře. Komunita výzkumníků tropických cyklónů využívá data z mise TROPICS k pochopení procesů, které vedou ke srážkám ledových struktur a role, kterou to hraje v procesu zesilování bouře. Ačkoliv už se teplá jádra studují desítky let, TROPICS přináší novou možnost, jak získat často aktualizovaná data o teplotních výškových vertikálních profilech atmosféry. Spojením teplotního profilu s atmosférickým vertikálním vlhkostním profilem atmosfér, mohou výzkumníci definovat relativní vlhkost v nízké až střední troposféře, což je kriticky důležité pro pochopení vlivu suchého okolního vzduchu na evoluci a strukturu bouře.

Další proměnnou, která pomáhá pochopit vývoj tropických cyklónů, je dráha vodního ledu, která upřesňuje celkovou hmotnost ledu přítomného ve vertikálním sloupci atmosféry, a je proto užitečná pro charakterizaci struktury a intenzity těchto bouří. Zvyšující se dráha vodního ledu může odrážet sílící konvekci v bouři a může být indikátorem jejího pravděpodobného zesilování. TROPICS je první kosmický senzor vybavený 205 GHz kanálem, který je spolu s tradičními 89, 118 a 183 GHz kanály citlivější na detekci ledových částic o velikosti srážek. Kromě toho PRPS (Precipitation Retrieval and Profiling Scheme) mise TROPICS poskytuje odhady srážek. Toto schéma je založeno čistě na družicovém vyzařování spojeném s úhrny srážek, které lze použít k vytváření produktů v různých časových měřítcích, od téměř reálného času až po klimatologická měřítka.

Pro vyhodnocení a vylepšení dat nasbíraných misí TROPICS se tým pro aplikace mise TROPICS rozhodl požádat operativní meteorology, kteří vytvořili program TROPICS Early Adopters. V roce 2018 program propojil aplikační tým se zainteresovanými stranami, které měly zájem o používání dat z mise TROPICS pro výzkum, předpověď počasí a rozhodování. Tato spolupráce zlepšila přístupy k diagnostice a předpovídání tropických cyklonů. Kupříkladu Národní hurikánové centrum NHC (National Hurricane Center) zjistilo, že nové kanál TROPICS na 204,8 GHz nabízí nejlepší přístup k zachycení konvektivní struktury bouře a až za ním je tradičně používaný 91 GHz kanál. Kromě toho americké Společné centrum výstrahy před tajfuny JTWC (Joint Typhoon Warning Center) využívalo data z mise TROPICS k určení středu tropických cyklón a identifikaci oblačných útvarů. Tým JTWC zjistil, že pro identifikaci struktury oblačnosti je nejužitečnější zejména kanál 91 GHz. Jak NHC, tak i JTWC shledaly vysokou rychlost opakovaných měření od sítě TROPICS jako přínosnou.

V roce 2024 tým aplikací mise TROPICS vytvořil TROPICS Satellite Validation Module jakožto součást každoročního experimentu APHEX (Advancing the Prediction of Hurricanes Experiment) divize agentury NOAA pro výzkum hurikánů. Modul koordinoval sběr dat z letadel NOAA Hurricane Hunter pod přelety družic TROPICS, aby poskytl data pro kalibraci a ověření měření teploty, vlhkosti a srážek z TROPICS. Pomocí tohoto přístupu sledoval tým Hurricane Hunter hurikán Ernesto nad centrálním severním Atlantikem ve dnech 15. a 16. srpna 2024 a použil data k charakterizaci prostředí dešťových pásem Ernesta.

Aby toho nebylo málo, tak tým využil pozorování z mise TROPICS v kombinaci z údaji z projektu GPM o odhadech srážek k charakterizaci životního cyklu hurikánu Franklin, který se zformoval 19. srpna 2023 a o osm dní později prošel fází rychlého zesílení. Intensifikace bouře ,zejména pak fáze rychlé intensifikace (zvýšení maximální rychlosti větru o 83 km/h za 24 hodin) proběhlo ve spojení s poklesem okolního vertikálního střihu větru, kontrakcí poloměru maximálních srážek a zvýšením množství srážek. Intensifikace skončila vytvořením sekundárního pásma srážek a posunem poloměru maxima srážek směrem ven.

Závěr

Data z mise TROPICS ukrývají potenciál ke zlepšení předpovědí z numerických meteorologických modelů a operačních předpovědí s využitím vysokého prostorového rozlišení a častých návštěv, což umožňuje zlepšenou charakterizaci globálních tropických bouří. Mise TROPICS doposud vytvořila vysoce kvalitní souhrnný datový záznam zahrnující 10 miliard pozorování a 10 družicových let s využitím relativně levných mikrovlnných sond. Všechny datové produkty L1 (tj. radiance) a L2 (tj. geofyzikální produkty) a dokumenty teoretických základů algoritmů jsou k dispozici široké veřejnosti prostřednictvím Goddard Earth Sciences Data and Information Services Center (GES DISC). Data GES DISC, o nichž pojednává tento článek, zahrnují produkty L1 a L2 pro TROPICS-1, TROPICS-3, TROPICS-5 a TROPICS-6.

Data z mise TROPICS pomohla při předpovědích drah hurikánů u mnoha bouří, protože je pracovníci zodpovědní za tyto předpovědi využívali ve více operačních centrech pro předpověď tropických cyklón. Data shromážděná systémem TROPICS budou brzy doplněna několika komerčními konstelacemi, které budou uvedeny do provozu, aby se zlepšila četnost a výkonnost revizí.

Přeloženo z:
https://science.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5a/TROPICS_Mission_Overview.png
https://assets.science.nasa.gov/dynamicimage/assets/science/esd/earth-observer/2025/2025-spring/tropics/TROPICS_figure-1.png
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/tropics_pathfinder.jpg
https://assets.science.nasa.gov/dynamicimage/assets/science/esd/earth-observer/2025/2025-spring/tropics/TROPICS_figure-3.png
https://assets.science.nasa.gov/dynamicimage/assets/science/esd/earth-observer/2025/2025-spring/tropics/TROPICS_figure-4.png
https://assets.science.nasa.gov/dynamicimage/assets/science/esd/earth-observer/2025/2025-spring/tropics/TROPICS_figure-5.png