通过从太空精确定位地球上的位置，GPS系统长期以来一直向驾驶者显示最短路线回家并引导航空公司飞行员跨越海洋。现在，通过弄清楚GPS卫星信号在暴风雨中如何变得混乱，研究人员已经找到了一种与GPS完全不同的方法：测量和绘制飓风的风速。
改进风速测量可以帮助气象学家更好地预测风暴的严重程度以及风向可能的位置，弗吉尼亚州汉普顿NASA兰利研究中心的杰出研究员斯蒂芬卡茨伯格说，他是新GPS发展的领导者。技术。在全球范围内，专家们希望使用新的测量方法来更好地了解风暴的形成方式以及指导其行为的方式。
开发商表示，这项新技术可以比现在更便宜地提供风暴风速的更广泛视图。根据Katzberg及其同事的说法，在国家海洋和大气管理局(NOAA)的狩猎飞机上试飞 - 绰号为飓风猎人 - 证明该系统提供有价值的信息，而且费用很少。
一篇描述科学家方法和研究结果的文章已被地球物理联盟杂志“无线电科学”杂志公布。
GPS弹跳
GPS卫星徘徊在地球上方数千英里的地方，不断向地面发射无线电波，携带有关卫星位置和信息发送时间的信息。这些无线电波可以反射出类似于可见光从镜子反射的方式的表面。
卡兹伯格说，当来自GPS卫星的无线电波撞击水体(如海洋)的表面时，大约60%的信号反射回天空。然而，与镜子不同，海洋表面很少平静和平坦。吹过水体的风会产生波浪。
“想象一下，你吹上一碗热腾腾的汤，”他解释道。“你越吹越大，'波浪'在碗里就越大。” 当GPS信号撞击波时，粗糙表面通过在各个方向上散射信号来扭曲反射。
“无线电波从波浪中反弹，”卡茨伯格说。“随着表面越来越粗糙，反射越来越受到干扰，这就是我们测量的结果。”
Katzberg补充说，计算风速的新方法是NASA和NOAA科学家多年微调的成果。在操作中，测量由GPS接收器芯片进行，类似于位于飞机内部的智能手机中的那些。计算机将来自上方卫星的信号与来自下方海洋的反射进行比较，并计算出大约每秒5米(约11英里每小时)精度的近似风速。相比之下，中等范围3级飓风的风速约为每秒55米(每小时123英里)。
落在海洋中
为了使用标准方法测量飓风风速，科学家们放下了一个16英寸长的管子，里面装满了称为探空仪的科学仪器。这些下落式飞机连接在小型降落伞上并从飞机上抛弃，在下降过程中收集信息。除风速外，每台设备还测量压力，湿度和温度。一个典型的飓风猎人任务使用大约20个一次性使用的下水道，每个售价约750美元。
到目前为止，Dropsondes提供的风速测量精度是新GPS方法的10倍。它们的准确度约为每秒0.5米(每小时1.1英里)。
但是，由于落水管非常昂贵，它们的释放会在风暴中散布。这个距离意味着气象学家需要用一些猜测来填补空白。根据Katzberg的说法，反射的GPS信号系统基本上可以不停地运行，不断收集有关下面风的信息。最终目标不是取代下投式探空仪，而是为落水管提供的数据添加更广泛的风速视图。
“你已经在船上安装了这些GPS系统，所以为什么不能获得有关你周围环境的更多信息，”Katzberg说。
由于该方法需要大量的水来工作，因此该系统不能在陆地上使用。此外，在海洋表面没有任何风的情况下，例如风暴的眼睛，Katzberg说需要使用其他工具来获得准确的测量。
卫星广播
根据Katzberg的说法，虽然新的测量技术正在飞机上进行测试，但它可能会在卫星上实施。2016年，NASA计划推出一种称为Cyclone全球导航卫星系统(CYGNSS)的小型卫星系统，用于测量低轨道反射的GPS卫星信号，以监测来自太空的风暴风速。
而且，展望未来，除了GPS之外，还可以使用来自DirecTV和Sirius XM Radio的强大卫星广播的反射。
“这些信号极其强大且易于检测，”Katzberg说。“这些卫星耗资数亿甚至数十亿美元，但我们的系统只需几百美元。我们正在利用已有的昂贵基础设施。