Los datos de Aeolus ya se usan a nivel operativo

Aeolus, el miembro más joven de la familia Earth Explorer de la ESA, se lanzó en agosto de 2018 y es la primera misión satelital que proporciona perfiles del viento de la Tierra en aire libre de nubes a nivel mundial. El novedoso instrumento lidar de viento Doppler del satélite mide la retrodispersión de la luz láser de las moléculas de aire a través de su canal Rayleigh y de las nubes y aerosoles a través de su canal Mie.

Aeolus fue diseñado para llenar el vacío en las mediciones del perfil del viento en la red de observación meteorológica y mejorar la precisión de los modelos de predicción numérica del tiempo (NWP). También juega un papel importante en el avance de nuestra comprensión de la dinámica y los procesos tropicales relevantes para la variabilidad climática.

En enero de 2020, el Centro Europeo de Pronósticos Meteorológicos a Mediano Plazo (ECMWF) fue la primera agencia meteorológica en comenzar a asimilar los datos del viento de Aeolus operativamente después de que pruebas exhaustivas mostraron que los datos mejoraron significativamente los pronósticos meteorológicos, especialmente en el hemisferio sur y los trópicos. Los datos de Aeolus estaban listos para su uso operativo tan pronto como dieciséis meses después del lanzamiento, lo que es un logro extraordinario para los nuevos tipos de datos satelitales.

Una asociación duradera

El DWD, el servicio meteorológico de Alemania, fue el primer servicio meteorológico global después de ECMWF en asimilar los datos de Aeolus en sus modelos de PNT en mayo de 2020, solo una semana después de que los datos de Aeolus se hicieran públicos. Sin embargo, DWD no es ajeno a Aeolus. Ha sido parte del desarrollo del lidar de viento del satélite, ya que era solo un concepto en papel a mediados de los años 90.

"La razón por la que estuvimos involucrados durante tantos años en el desarrollo del sistema Aeolus fue porque investigamos el papel de las mediciones de viento y temperatura en nuestro sistema de asimilación de datos y llegamos a la conclusión, como muchos otros, de que necesitamos más datos de vientos obtenidos por perfiladores sobre áreas sin datos, como los océanos, los trópicos y las regiones polares ”, explica Alexander Cress, científico senior de DWD.

DWD asimiló los datos de viento de la línea de visión horizontal (HLOS) de Aeolus, derivados por ECMWF y transferidos a centros meteorológicos a nivel mundial por EUMETSAT y DWD. El sistema de asimilación y pronóstico de datos de DWD consiste en un sistema de asimilación de datos híbrido compuesto por un Filtro de Kalman de Transformación de Conjunto Local (LETKF) con 40 miembros y un variacional tridimensional (3DVar) utilizando los errores de base o fondo y las correlaciones calculadas por el LETKF y los valores climatológicos . El modelo de pronóstico es el modelo icosaédrico no hidrostático (ICON) desarrollado por DWD y el Instituto Max Planck en Hamburgo.

DWD utiliza el mismo operador de observación que ECWMF, y el error de observación se deriva utilizando los errores estimados dentro del producto de datos, separados para los vientos de Mie y Rayleigh. También desarrollaron una corrección de sesgo en función de la velocidad del viento y la altura separada para los dos canales. DWD encontró un fuerte impacto positivo en su sistema utilizando los vientos Aeolus HLOS, especialmente en los Trópicos y las áreas polares, pero también en los hemisferios norte y sur.

Una mano amiga durante los tiempos de COVID

En 2020, con la pandemia de COVID-19 reduciendo la cantidad de datos meteorológicos de aviones comerciales y la disponibilidad de vientos HLOS corregidos por sesgo en tiempo real, junto con puntajes de pronóstico muy positivos en los trópicos y en el hemisferio sur, Météo-France decidió asimilar operativamente los datos eólicos de Aeolus en su modelo global el 30 de junio de 2020.

El servicio meteorológico francés, Météo-France, se ha interesado activamente en la asimilación de las observaciones de satélites atmosféricos durante más de 25 años. Participaron en el desarrollo de nuevas técnicas e instrumentos que podrían mejorar las observaciones de satélites atmosféricos y su asimilación en modelos de los NWP/PNT , predicción numérica del tiempo.

Los primeros experimentos de asimilación de datos de Aeolus en Météo-France comenzaron en 2019, con impactos positivos en los puntajes de habilidad pronosticados. Los datos del procesador de nivel 2B ejecutado en ECMWF se proporcionaron con un error instrumental que se escaló antes de la asimilación en el modelo NWP Action de Recherche Petite Echelle Grande Echelle (ARPEGE) de Météo-France, para tener en cuenta también los errores adicionales. Los aspectos más difíciles provienen de errores sistemáticos y controles de calidad. Si no se contabilizan adecuadamente, pueden poner en peligro el comportamiento del sistema de asimilación y dar lugar a pronósticos numéricos degradados.

“Un aspecto importante en la asimilación de datos tiene que ver con el control de calidad de las observaciones y la especificación de errores de observación”, dice Jean-François Mahfouf, científico senior de Météo-France. "Aquí, las funciones de ECMWF y ESA fueron fundamentales para proporcionar técnicas para corregir los sesgos de datos y eliminar cualquier dato dañado por errores sistemáticos".

Un claro beneficio para las previsiones

La Oficina Meteorológica del Reino Unido (Met Office) comenzó a asimilar los datos de Aeolus operativamente en diciembre de 2020. La asimilación se produjo después de seis meses de pruebas exhaustivas, durante las cuales los sistemas con datos de Aeolus asimilados se ejecutaron en paralelo con el sistema operativo, de modo que los pronosticadores pudieran evaluar qué cambios la asimilación traería al sistema.

"Hay una mejora definitiva en muchas variables de pronóstico cuando se usa Aeolus", dice Gemma Halloran, científica investigadora de Met Office. “A menudo, cuando introduce algo nuevo en el modelo, puede mejorar algunas cosas, pero también puede empeorar las cosas en otros lugares, porque está cambiando todo el equilibrio del sistema. Pero con Aeolus, es solo un beneficio claro, no he visto ningún efecto negativo del uso de los datos, que son realmente buenos para agregar un nuevo tipo de observación ".

Por el momento, solo los datos del canal Mie se han asimilado en el modelo operativo de PNT de la Met Office. Las pruebas del canal Mie comenzaron temprano, porque mostraron errores insignificantes en comparación con los datos del canal Rayleigh, que sufrieron errores significativos debido a un sesgo basado en la temperatura del espejo.

Una vez que la ESA aplicó la corrección por el sesgo, antes de la publicación pública de los datos de Aeolus en mayo de 2020, la Oficina Meteorológica podría continuar con la ejecución de experimentos de asimilación para garantizar que los datos del canal de Rayleigh fueran seguros y mejorar sus pronósticos. Los experimentos de asimilación con los vientos de Rayleigh han mostrado un impacto positivo y se ha propuesto el cambio para la próxima actualización operativa, que se espera que entre en funcionamiento a principios de 2022.
15 abril 2021.

ESA