Wereldwijde monitoring van gevaren in de lucht met GEO-constellatie

2023-2024
Geostationaire sensoren bieden waarnemingen van hoge temporele en ruimtelijke resolutie van de atmosfeer van de aarde in het thermische infrarood. Met behulp van discriminatietechnieken ontwikkelt het BIRA een systeem om natuurlijke gevaren (vulkanische pluimen en zandstormen) op wereldschaal op te volgen vanuit een geostationaire baan.

Deze mogelijkheid zal helpen bij het leveren van tijdige waarschuwingen in het geval van fenomenen die de veiligheid van de bevolking en de luchtvaart in gevaar kunnen brengen.

Body text

Verbetering van de bijna realtime luchtvaartveiligheid met geostationaire satellietwaarnemingen

Natuurlijke gebeurtenissen zoals vulkaanuitbarstingen, woestijnstormen of branden kunnen het luchtvaartverkeer en de lokale bevolking beïnvloeden en bedreigen. Om de gerelateerde risico's te beperken, is het van het grootste belang om in bijna realtime toegang te hebben tot satellietwaarnemingen met de beste temporele resolutie om de potentieel gevaarlijke pluimen te volgen.

Het BIRA heeft jarenlange ervaring met het verspreiden van bijna realtime satellietgegevensproducten die relevant zijn voor de luchtvaart, met zijn Support to Aviation Control Service (SACS).

SACS levert echter alleen gegevens van satellieten in een baan om de aarde met een beperkte temporele resolutie. Daarom werkt het BIRA samen met het Koninklijk Meteorologisch Instituut van België (KMI) om de mogelijkheid te ontwikkelen om informatie te verstrekken via geostationaire (GEO) platforms, met een bijna wereldwijde dekking en een tijdsbemonstering van ongeveer 15 minuten.

Het BIRA ontwikkelt aerosol- en SO2-indexproducten uit een reeks GEO-instrumenten. De GEO-opvullingen gebruiken een discriminatietechniek die bekend staat als het Covariance-Based Retrieval Algorithm (COBRA). Door gegevens te combineren van vijf geostationaire sensoren (bekend als de Georing) — FCI, SEVIRI-IO, AHI, ABI-East en ABI-West — biedt dit systeem bijna wereldwijde atmosferische waarnemingen.

Wereldwijde waarschuwingen voor bedreigende gebeurtenissen: focus op Sheveluch-uitbarsting en Gobi Desert-zandstorm gecontroleerd door HIMAWARI-9

Het doel is om tijdig waarschuwingen te geven op wereldschaal in het geval van een gebeurtenis die de veiligheid van populaties of vliegtuigen mogelijk zou kunnen bedreigen.

De intense vulkaanuitbarsting van Sheveluch 2023 (Rusland) en de zandstorm uit de Gobi-woestijn (Zuid-Mongolië - Noord-China) op 11 april 2023 dienen als representatieve voorbeelden, geïllustreerd met beelden die zijn vastgelegd door de Advanced Himawari Imager (AHI) -sensor aan boord van de HIMAWARI- 9 platform.

Sheveluch eruption
Figuur 1: Observatie van de vulkanische pluim van Sheveluch-uitbarsting op 11 april 2023 om 18:00 UTC met behulp van de standaard RGB-ascomposiet (links) en de nieuw ontwikkelde RGB-composiet (rechts) van AHI-imager.

Om de prestaties van de nieuwe detectieschema's te illustreren, vergelijken we de ultramoderne RGB-ascomposiet (links) met een nieuw ontwikkelde RGB-composiet die de nieuwe indices voor aerosolen (as / stof), SO ₂ integreert en als achtergrond het 10 µm thermische infraroodkanaal (rechts). De twee RGB-afbeeldingen zijn complementair.

De standaard RGB-ascomposiet benadrukt weersomstandigheden en gevaarlijke wolken, maar mist de SO ₂ -wolk ten noorden van Sheveluch. Onze nieuwe RGB-composiet daarentegen toont ook het noordwaarts dispersende SO ₂ -signaal.

Hoewel de RGB-ascomposiet een waardevol hulpmiddel blijft voor monitoring, is de toepassing ervan in systemen voor vroegtijdige waarschuwing een uitdaging. Onze nieuwe RGB-composiet is conservatiever — bijna alle groene en rode pixels geven waarschuwingen aan, die overeenkomen met respectievelijk SO ₂ en as / stofdeeltjes.

We implementeren meldingen voor belangrijke belanghebbenden, waaronder vulkaanobservatoria (voor bewustmaking en veiligheid van de bevolking) en vulkanische asadviescentra (VAAC's) om de luchtvaartveiligheid te verbeteren.

Figure 2 body text

Figure 2 caption (legend)

Figuur 1: In deze waarneming van AHI imager aan boord van HIMAWARI-9 gebruikt onze nieuwe RGB-composiet aerosols-index (rood), SO ₂ -index (groen) en kanaal op 10 µm als achtergrond (blauw). De vulkanische pluim (SO ₂, as en gemengde wolk, weergegeven in gele tinten) van de Sheveluch-uitbarsting op 12 april 2023 om 09:00 UTC wordt waargenomen ten oosten van Kamtsjatka. Ondertussen beweegt een stofwolk uit de Gobi-woestijn van het Aziatische continent over Hokkaido, Japan.