NASA กำลังเดินหน้าโครงการทดสอบ Aerosol Wind Profiler (AWP) ซึ่งเป็นเครื่องมือ LIDAR (Light Detection and Ranging) แบบ 3 มิติที่สามารถวัดทิศทางและความเร็วลมได้อย่างละเอียดในระดับความสูงต่าง ๆ ของชั้นบรรยากาศ บนเครื่องบิน Gulfstream III (G-III) โดยทำการทดสอบมาแล้วมากกว่า 100 ชั่วโมงและฝ่าเข้าไปทดสอบในพายุเฮอริเคนเฮเลน (Helene)

ปัญหาของการพยากรณ์อากาศที่สำคัญคือปริมาณข้อมูลต่าง ๆ ที่ใช้ในการพยากรณ์นั้นไม่เคยเพียงพอ ปัจจุบันข้อมูลลมที่ใช้ในการพยากรณ์มาจากสถานีตรวจวัดบนพื้นผิว บอลลูนตรวจอากาศที่ปล่อยวันละไม่กี่ครั้ง และข้อมูลบางส่วนจากเครื่องบินพาณิชย์ อย่างไรก็ตาม ข้อมูลเหล่านี้ครอบคลุมเพียง 1,300 จุดทั่วโลก และไม่เพียงพอสำหรับการติดตามปรากฏการณ์อากาศที่ซับซ้อน โดยเฉพาะในจุดที่ไม่มีเมฆหรือรูปแบบไอน้ำที่สามารถติดตามได้จากภาพถ่ายดาวเทียม

ภาพถ่ายเส้นทางการบินของเครื่อง Gulfstream III ที่บรรทุก AWP ไปทำการสำรวจ.webp

เพื่อแก้ปัญหานี้ NASA ได้ดำเนินโครงการวัดความเร็วลมด้วยละอองลอย (Aerosol Wind Profiler หรือ AWP) เพื่อเติมเต็มข้อมูลการไหลของอากาศแบบ 3 มิติด้วยเทคโนโลยีไลดาร์ (LIDAR หรือ Light Detection and Ranging) โดยใช้เลเซอร์ยิง 200 ครั้งต่อวินาทีลงสู่ชั้นบรรยากาศ เพื่อให้เลเซอร์สะท้อนกับอนุภาคละอองต่าง ๆ ในอากาศ เช่น ฝุ่น ควัน เกลือทะเล และเมฆ จากนั้นตรวจวัดการเปลี่ยนแปลงของความยาวคลื่นเลเซอร์อันเกิดจากปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ (Doppler Effect) เพื่อสร้างกระแสการไหลสามมิติของลม ที่ประกอบด้วยทิศทางและความเร็วในแต่ละระดับความสูง พร้อมครอบคลุมพื้นที่กว้างแบบเรียลไทม์ การทดสอบตัวอุปกรณ์จะมีการติดตั้งบนเครื่องบิน Gulfstream III (G-III) ของ NASA

จุดเด่นของ AWP คือความสามารถในการวัดลมในพื้นที่ที่ระบบดาวเทียมหรือการสังเกตการณ์จากบนพื้นดินทำไม่ได้ เพราะสถานีตรวจวัดอากาศส่วนใหญ่อยู่บนพื้นโลก ทำให้การวัดความเร็วที่ระดับชั้นความสูงเหนือพื้นผิวโดยตรงเป็นไปได้ยาก ต้องอาศัยการตรวจวัดทางอ้อมผ่านการเคลื่อนตัวของก้อนเมฆ

ภาพถ่ายภายในเครื่องบิน Gulfstream III ที่บรรทุกทั้ง AWP และ HALO

นอกจากนี้ ระหว่างการทดสอบ AWP ทีมนักวิจัยยังออกแบบให้ทำงานร่วมกับอุปกรณ์ไลดาร์ที่ติดตั้งบนเครื่องบินระดับสูง (High-Altitude Lidar Observatory หรือ HALO) ซึ่งใช้วัดคุณสมบัติของไอน้ำและละอองในอากาศ ตลอดจนใช้ดรอปซอนด์ (Dropsonde) ของสำนักงานบริหารมหาสมุทรและชั้นบรรยากาศแห่งชาติ (National Oceanic and Atmospheric Administration หรือ NOAA) ที่ถูกปล่อยลงจากเครื่องบินเพื่อเก็บข้อมูลอุณหภูมิและความชื้น ทั้งหมดนี้ช่วยสร้างภาพรวมที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นของบรรยากาศและเพิ่มความแม่นยำในการพยากรณ์พายุและสภาพอากาศรุนแรง ซึ่งได้บินทดสอบมาแล้วมากกว่า 100 ชั่วโมงบินและยังมีการนำเครื่องไปทดสอบในพายุเฮอริเคนเฮเลนที่รุนแรงอีกด้วย

ผลลัพธ์จากการทดสอบพิสูจน์ว่าอุปกรณ์ AWP สามารถใช้งานได้จริงและเติมเต็มข้อมูลการไหลของกระแสอากาศแบบสามมิติตามชั้นบรรยากาศต่าง ๆ ได้ และยังมีศักยภาพที่จะถูกพัฒนาต่อเป็นเครื่องมือที่ติดตั้งบนดาวเทียมเพื่อให้สามารถเก็บข้อมูลลมระดับโลกได้อย่างครอบคลุม ซึ่งถือเป็นก้าวสำคัญในการปรับปรุงแบบจำลองพยากรณ์อากาศ โดยเฉพาะในพื้นที่ที่เสี่ยงต่อภัยพิบัติและพายุ

awp-data-graphic-2-oct-15-2024

หลังเสร็จสิ้นภารกิจกับ NOAA ทีมงานยังส่ง AWP และ HALO ไปร่วมการทดลองอื่น เช่น การทดลองวัดบรรยากาศอย่างละเอียดด้วยเซนเซอร์ไมโครเวฟ บริเวณชายฝั่งตะวันตกและใจกลางประเทศ (Westcoast & Heartland Hyperspectral Microwave Sensor Intensive Experiment) และการทดลองวัดโครงสร้างชั้นบรรยากาศด้วยเครื่องมือยิงสัญญาณและรับสัญญาณ (Active Passive Profiling Experiment) เพื่อศึกษากระบวนการในชั้นบรรยากาศใกล้พื้นดิน (Planetary Boundary Layer) ซึ่งเป็นตัวแปรสำคัญที่กำหนดสภาพอากาศที่เราสัมผัสได้ในแต่ละวัน

หากเราสามารถติดตามกระแสการไหลของอากาศแบบสามมิติได้ มันจะส่งผลให้เราจะสามารถทำแบบจำลองการพยากรณ์อากาศที่ดีขึ้น ซึ่งจะช่วยให้มนุษยชาติสามารถรับมือกับการเปลี่ยนของภูมิอากาศจากสภาวะโลกร้อนได้ดีมากยิ่งขึ้นอีกด้วย

เรียบเรียงโดย จิรสิน อัศวกุล
พิสูจน์อักษร ศุภกิจ พัฒนพิฑูรย์

อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS

ที่มาข้อมูล : NASA

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech

สรุปประเด็นให้โดย Generative AI

NASA พัฒนาเทคโนโลยีวัดลมสามมิติ ด้วย LIDAR เพื่อปรับปรุงพยากรณ์พายุ