Les chercheurs de l'UC San Diego, Bewley et Meneghello, étudient la coordination énergétiquement efficace d'essaims de ballons chargés de capteurs pour la persistance, sur place, mesures en temps réel des ouragans en développement. Crédit :Université de Californie - San Diego
Les ingénieurs de contrôle de l'UC San Diego ont développé des stratégies pratiques pour construire et coordonner des dizaines de ballons chargés de capteurs dans les ouragans.
En utilisant le GPS embarqué et des capteurs de qualité téléphone portable, chaque ballon à la dérive fait partie d'un « essaim » de véhicules robotisés, qui peut rapporter périodiquement, par liaison montante satellite, leur position, la température locale, pression, l'humidité et la vitesse du vent.
Ce nouveau, une stratégie de détection relativement peu coûteuse promet de fournir un échantillonnage in situ indispensable des conditions environnementales sur une plus longue période de temps et à partir de nombreux points de vue au sein des ouragans en développement. Cela a le potentiel d'améliorer considérablement les efforts pour estimer et prévoir l'intensité et la trajectoire des futurs ouragans en temps réel.
Les prévisions actuelles de deux à cinq jours de nombreux ouragans s'écartent considérablement les unes des autres, et de la vérité. Par exemple, alors que l'ouragan Matthew se dirigeait vers la côte est au début d'octobre 2016, divers organes de presse ont rapporté des "prévisions" comme "L'ouragan Matthew va probablement toucher terre quelque part entre Charleston et Boston, alors tout le monde s'accroche."
« De telles orientations sont tout à fait inadéquates pour les préparatifs d'évacuation et d'intervention d'urgence, " a déclaré Thomas Bewley, professeur à la Jacobs School of Engineering de l'UC San Diego et auteur principal de l'article.
Des prévisions améliorées, être grandement facilitée par l'amélioration de l'échantillonnage environnemental in situ, sont essentiels pour protéger les biens et sauver des vies contre ces menaces environnementales extrêmes, il ajouta.
Propagation typique des prévisions de zéro à cinq jours de la trajectoire de l'ouragan Matthew, tel qu'il a été effectué par les principaux centres de prévision des ouragans le 3 oct (à gauche), (au milieu) 6 oct. et (à droite) le 7 octobre 2016. Crédit :Université de Californie - San Diego
Les principaux défis de cet effort comprennent la conception de petits robuste, ballons à flottabilité contrôlée qui n'accumulent pas de glace ; la coordination efficace du mouvement de ces ballons pour les maintenir en mouvement dans l'ouragan, entre une altitude de 0 et 8 kilomètres (environ 5 miles); et pour les garder bien répartis sur les régions dynamiquement importantes au sein de l'ouragan, jusqu'à une semaine à la fois.
Bewley et Gianluca Meneghello, chercheur postdoctoral à l'UC San Diego, détaillent divers aspects de leurs travaux sur ce problème dans le numéro d'octobre 2016 du Liquides d'examen physique , s'appuyant sur les travaux qu'ils ont publiés dans les actes du huitième Symposium international sur les flux stratifiés (ISSF) à San Diego, (1 septembre, 2016). Ils prévoient d'étendre leurs travaux à la prochaine conférence aérospatiale de l'IEEE à Big Sky, Mont. (6 mars, 2017).
Comment fonctionne le modèle
Le modèle de coordination à grande échelle des essaims de ballons au sein des ouragans, comme discuté dans le Liquides d'examen physique article, utilise une stratégie intelligente pour modéliser le contrôle prédictif en exploitant le code de pointe de recherche et de prévision météorologique développé par le National Center for Atmospheric Research, la National Oceanic and Atmospheric Administration et l'Air Force Weather Agency (AFWA). De multiples simulations indiquent l'efficacité remarquable de cette approche, y compris une simulation basée sur l'évolution de l'ouragan Katrina alors qu'il traversait le golfe du Mexique, comme résumé dans la vidéo disponible sur http://flowcontrol.ucsd.edu/katrina.mp4
« L'idée clé de notre stratégie de coordination de ballons à grande échelle, '' a déclaré Bewley, "est d'aller avec le courant, ' commandant de petits mouvements verticaux des ballons et tirant parti de la forte stratification verticale des vents horizontaux au sein de l'ouragan pour répartir les ballons de la manière souhaitée horizontalement."
Fluctuations à échelle intermédiaire et à petite échelle dans le flux turbulent violent d'un ouragan, qui ne sont pas résolus par des codes de prévision comme WRF, sont assez conséquents. La stratégie des chercheurs ? « Nous surmontons simplement les fluctuations à plus petite échelle du débit, " a déclaré Meneghello. " Les fluctuations du champ d'écoulement à plus petite échelle induisent une sorte de marche aléatoire dans le mouvement du ballon. Nous modélisons ces fluctuations statistiquement, et ne répondez par des corrections que si un ballon s'écarte trop de son emplacement souhaité dans la formation."
