Virtual Integration of Satellite and In-Situ Observation Networks (VISION)

卫星和原位观测网络的虚拟集成(VISION)

基本信息

  • 批准号:
    NE/Z503393/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 65.29万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2024
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2024 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

The recent expansion in satellite Earth observations is providing an ever growing set of data that can help us understand the Earth System. This is mirrored by the increase in in-situ observational data from aircrafts, ships and other platforms. These data are ripe for exploitation by various modelling systems, such as in the creation of digital twins of the environment to improve our understanding and decision making processes.The BAe-146 aircraft of the FAAM Airborne Laboratory is a key part of NERCs observational portfolio, which has recently received £49M of funding to extend its lifetime out to 2040. Following these upgrades, FAAM will undertake around 70 flights per year from 2026 onwards. However, these flights are costly, with each flying hour having a full economic cost of £20,000 (£4000-5000 for the flight time itself) and emitting 6.5 tonnes of CO2. Currently, FAAM accounts for 3.8% of NERCs CO2 emissions, and while other mitigation strategies are already taking place, these do not consider the flights themselves.It is estimated that 20-40% of all FAAM flights may be suboptimal, where the data produced from the flights has a reduced scientific benefit. In this project we will develop a digital twin to improve campaign planning operations for the FAAM aircraft, both to improve the flight plans to better match the scientific aims, and also to reduce the number of flights necessary to achieve those aims. This will therefore both reduce FAAMs CO2 emissions and improve the quality of its scientific output.We will develop this digital twin by developing a standalone open-source toolkit, built within an already-used Python package that complies with international data standards, improving its interoperability between models. The VISION toolkit will allow for a variety of observations, and in this project we will focus on satellite observations and flight data collected by FAAM. We will demonstrate this toolkit within two different modelling systems; the Forecasting Operations for Research Campaigns and Experiments (FORCE) modelling infrastructure, a forecast system designed for flight planning operations, and within the UK Earth System Model (UKESM) to highlight its use to the international climate modelling community to better inform governments and policymakers.While we focus on these two applications of the VISION toolkit, it could be applied to a large number of international modelling systems and incorporate observations from a wide variety of platforms. At the completion of this project, alongside a detailed project report, we will also run a training event for the international community to learn how to implement this toolkit within their own model infrastructure.Our team brings together atmospheric modellers, observational scientists, software engineers from the National Centre for Atmospheric Science (NCAS), and satellite experts from the National Centre for Earth Observation (NCEO) and the UK Earth Observation Climate Information Service (UK EOCIS) to deliver a novel framework to reduce the carbon footprint of the UK research aircraft and to provide a toolkit that will allow for better integration of models and observations.
最近卫星地球观测的扩展提供了越来越多的数据,可以帮助我们了解地球系统,这反映在来自飞机、船舶和其他平台的现场观测数据的增加这些数据已经成熟。通过各种建模系统,例如创建环境的数字孪生,以改善我们的理解和决策过程。FAAM 机载实验室的 BAe-146 飞机是 NERC 观测产品组合的关键部分,该项目最近获得了 4900 万英镑的资助的资金将其使用寿命延长至 2040 年。从 2026 年起,FAAM 每年将承担约 70 次航班。然而,这些航班成本高昂,每个飞行小时的全部经济成本为 20,000 英镑(4000-5000 英镑)。目前,FAAM 占 NERC 二氧化碳排放量的 3.8%,而其他缓解策略则排放了 6.5 吨二氧化碳。这些都没有考虑飞行本身。据估计,所有 FAAM 飞行中的 20-40% 可能不是最理想的,其中飞行产生的数据的科学效益会降低。在这个项目中,我们将开发一个数字化模型。双胞胎旨在改善 FAAM 飞机的活动规划操作,既改进飞行计划以更好地符合科学目标,又减少实现这些目标所需的飞行数量,因此这将减少 FAAM 的二氧化碳排放并提高质量。其科学性我们将通过开发一个独立的开源工具包来开发这个数字孪生,该工具包构建在符合国际数据标准的已使用的Python包中,提高其模型之间的互操作性,并且VISION工具包将允许进行各种观察。在这个项目中,我们将重点关注 FAAM 收集的卫星观测和飞行数据,我们将在两个不同的建模系统中演示该工具包:研究活动和实验预测操作 (FORCE) 建模基础设施,这是一个专为研究活动和实验而设计的预测系统。飞行计划操作,以及英国地球系统模型 (UKESM) 中,以强调其在国际气候建模界的用途,以便更好地为政府和政策制定者提供信息。虽然我们重点关注 VISION 工具包的这两个应用,但它可以应用于大型该项目完成后,除了详细的项目报告外,我们还将为国际社会举办一次培训活动,以学习如何在他们自己的模型中实施该工具包。基础设施。我们的团队汇聚了大气来自国家大气科学中心 (NCAS) 的建模师、观测科学家、软件工程师以及国家地球观测中心 (NCEO) 和英国地球观测气候信息服务 (UK EOCIS) 的卫星专家共同提供了一个新颖的框架,以减少英国研究飞机的碳足迹,并提供一个工具包,可以更好地整合模型和观测结果。

项目成果

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