Certaines grandes idées sont nées d'années de recherche minutieuse. D'autres sont tirés de l'intrigue du film "Twister".

C'est ainsi que Paul Markowski, professeur de météorologie, et Yvette Richardson, professeur de météorologie et doyen associé aux études de premier cycle, Penn State College of Earth and Mineral Sciences, établir un cap pour créer et lancer des sondes dans les tempêtes pour, comme ils le disent, "révolutionner notre compréhension de la formation des tornades."

Dans "Twister, " Des sondes sont lancées dans une tempête en utilisant le régulateur de vitesse pour conduire un camion rempli de capteurs dans une tornade. Chercheurs de Penn State, cherchant à combler un vide dans les données thermodynamiques capturées dans et autour des tempêtes, a commencé à chercher des moyens de concevoir quelque chose de similaire.

À l'aide d'une paire de ballons à hélium, Scott Richardson, associé de recherche principal en météorologie et sciences de l'atmosphère, conçu un système de livraison à faible coût pour les sondes disponibles dans le commerce. La sonde de 13 grammes utilise deux ballons pour atteindre l'altitude avant qu'un ballon ne soit largué à distance, permettant à la sonde, porté par le ballon restant, dériver avec les vents.

Chaque appareil est capable de mesurer la température, humidité, pression et localisation GPS en temps réel. Les chercheurs sont capables de suivre jusqu'à 34 sondes, bien que ce nombre augmente à des centaines dans le prototype de sonde le plus récent.

"Dans 'Twister, ' les sondes ont été soulevées par une tornade, " a déclaré Markowski. " Nous faisons simplement flotter les sondes au-dessus du sol et le champ de vent interne de la tempête les attire. Si vous avez le bon type de tempête et que vous vous lancez depuis une zone sensible, c'est difficile à manquer."

En mai, Markowski et Yvette Richardson, armé de dizaines de sondes et de trois réservoirs d'hélium de 175 livres attachés au plancher d'un fourgon de passagers, passé une semaine à voyager 2, 200 milles, chasser les tempêtes dans les Grandes Plaines pour tester les appareils. Là, ils ont réussi plusieurs lancements dans des tempêtes supercellulaires - le précurseur le plus probable d'une tornade - y compris des lancements près de Mannsville, Oklahoma, et Gove City, Kansas, , où plus de 20 sondes ont dérivé à travers chacune des tempêtes pendant environ 90 minutes, recueillir des données qui n'étaient auparavant estimées qu'à l'aide d'une modélisation informatique.

"Nous aurions aimé voler plus mais c'est le nombre que nous avons pu gonfler au cours de cette période, " a déclaré Markowski. "Nous avons eu de la chance que la tempête se déplace lentement."

Alors que Markowski et Yvette Richardson remplissaient et attachaient à la hâte des ballons aux sondes à environ trois minutes par clip, au milieu de la pluie et des vents forts dans un champ, ils ont eu une pensée récurrente alors que les appareils s'élevaient vers le ciel :est-ce que cela fonctionnera même ?

"Bien que nous ayons planifié à l'avance autant que possible, il y avait un risque que ça ne marche pas, ", a déclaré Yvette Richardson.

Mais cela a fonctionné. Des calculs pour déterminer les meilleurs points de lancement, fait à Penn State par Shawn Murdzek, un chercheur de premier cycle, avéré efficace et les sondes efficacement et uniformément dispersées.

Avec radar, les météorologues ont une vue d'ensemble du champ de vent d'une tempête, mais savent peu de choses sur la façon dont les forces associées à la température et à la pression peuvent modifier ce vent. Cette recherche vise à expliquer pourquoi les vents évoluent et ce qui provoque la formation des tornades.

"Les radars nous donnent ce que font les vents et ces sondes nous disent à quoi ressemble le modèle de température par rapport au vent, ", a déclaré Yvette Richardson.

La prochaine étape consistera à lier les nouvelles données de température aux données de vent radar pour commencer à rechercher des modèles. Connaître cette relation pourrait aider les prévisionnistes à mieux prédire si une tempête supercellulaire se transformera en tornade.

"Connaître la thermodynamique au sein d'une tempête nous aide à évaluer nos théories sur la formation des tornades, " a déclaré Yvette Richardson. " En ce moment, ils sont tous basés sur nos hypothèses sur ce à quoi ils ressemblent à partir de modèles numériques ou d'observations que nous avons à partir de voitures qui roulent sous une tempête. Nous savons comment la température varie le long du sol mais pas au-dessus. Cette recherche ajoute ce chaînon manquant."

Maintenant qu'ils savent que ça marche, la prochaine étape consiste à monter la barre.

Les chercheurs travaillent avec une entreprise qui développe un prototype beaucoup plus léger, qui réduira la taille des ballons, réduisant les temps de remplissage et augmentant la probabilité qu'ils soient aspirés par une tempête. Autres options, tels que des ballons qui peuvent être gonflés à l'avance, sont également poursuivis.

Bientôt, Markowski et Yvette Richardson retourneront dans les Grandes Plaines avec plus de mains et les sondes mises à jour.

« Nous voulons vraiment amener nos étudiants là-bas. Ce serait formidable pour eux et nous donnerait également plus de mains, " Markowski a déclaré. "Je pense que vous allez en entendre beaucoup parler au cours des cinq prochaines années. On aime les tendances. Briquet, plus petite, plus de sondes pouvant être suivies. Vraiment, toutes les étoiles s'alignent pour améliorer notre compréhension des tempêtes et des tornades."

Tôt, Markowski et Yvette Richardson rêvaient d'efforts pour livrer des sondes aux tempêtes. Aux premiers stades de l'effort, ils ont fait équipe avec Jack Langelaan, professeur agrégé de génie aérospatial, et doctorant en génie aérospatial John Bird, d'utiliser des fusées pour libérer des sondes parachutées qui pourraient être entraînées dans les tempêtes. L'équipe comprenait également Mike Hickner, qui avait pour mission d'améliorer la biodégradabilité des sondes, en diminuant l'impact environnemental.

Dans leur quête de ce système de livraison de haute technologie, Markowski et Yvette Richardson ont commencé à chercher des options qui pourraient faire démarrer leurs recherches. Après des années de réflexion, l'approche à deux ballons est apparue comme la solution la plus prête pour le terrain. Cependant, bon nombre des objectifs de la collaboration initiale, comme la création de dispositifs biodégradables à faible coût, rester.

"Finalement, la compréhension est nécessaire pour mieux alerter le public, " a déclaré Markowski. " Pour améliorer les avertissements, vous avez besoin soit d'une amélioration de la technologie, une amélioration de la compréhension de base, ou les deux. Les scientifiques ont généralement pour mission d'améliorer la compréhension plutôt que d'améliorer la technologie, mais ce projet impliquant à la fois des scientifiques et des ingénieurs nous a donné une chance de faire les deux."