I luften og på jorden, en Azorerne søger efter bedre data

Lave skyer befolker de første to kilometer i atmosfæren. Kumuliforme skyer hopper højt og er lavet af søjler med hurtigt stigende luft. Stratiform er arklignende og viser lidt lodret luftbevægelse.

Da lave skyer er rigelige globalt, de påvirker i høj grad planetens strålingsenergibudget og dets klima. En del af denne indvirkning er fra den indflydelse lave skyer har på Jordens albedo, et mål for, hvor meget solenergi der udstråles tilbage i rummet.

Alligevel er lave skyer dårligt repræsenteret i jordsystemmodeller, en stor kilde til usikkerhed i klimasimuleringer. Huller i observationsdata er stort set skylden. I fjerntliggende havområder, for eksempel, lave skyer - kaldet Marine Boundary Layer (MBL) skyer - er svære at måle for deres kondensatbelastning, for deres strålende egenskaber, og for hvordan de er organiseret på skalaer på op til 100 kilometer.

En anden kilde til usikkerhed er, hvordan lave skyer reagerer på ændringer i aerosolerne - de suspenderede faste eller flydende partikler - i dem. I aerosoler, både naturlige og menneskeskabte (menneskelige) forstyrrelser kan påvirke, hvordan skyer spreder eller absorberer stråling, hvordan de skaber nedbør, og hvor længe de lever.

Fra og med juni, en ny forskningskampagne sponsoreret af det amerikanske energiministerium (DOE) vil løse sådanne modelleringsusikkerheder. Aerosol- og skyeksperimenterne i det østlige nordatlantiske (ACE-ENA) kampagne, et forsøg på at udfylde nogle observationsdatahulrum, er beregnet til at køre i to faser på 40 dage-en i juni og juli i år, og en i januar og februar 2018.

Kampagnens operationelle center er Eastern North Atlantic (ENA), et fast atmosfærisk observatorium på øen Graciosa på Azorerne vest for Portugal. Det administreres af Atmospheric Radiation Measurement (ARM) Climate Research Facility, en DOE-videnskabsbrugerfacilitet med tre faste observatorier i klimafølsomme områder på kloden.

Mens vi undersøger centrale sky- og aerosolprocesser i en fjern marinemiljø, ACE-ENA-forskere vil også behandle en række videnskabelige mål. De vil undersøge budgettering og sæsonmæssige variationer i cloud -kondensationskerner; de mikrofysiske og makrofysiske strukturer inden for MBL -skyer; hvordan miljøluften blander sig - indblandet - i strømme og skyer; og hvor godt nutidens algoritmer håndterer nye luftbårne målinger af turbulens, flydende vandindhold, og størrelsen på dråber fra både støvregn og skyer.

Ovenfra og nedenunder, synergi

Kombination af observationer fra jorden og flyet skaber en frugtbar synergi i hjertet af ACE-ENA-målinger, siger efterforskeren af ​​kampagnens hovedforsker Jian Wang, en atmosfærisk videnskabsmand ved Brookhaven National Laboratory (BNL) i New York. "Du får et mere komplet billede af aerosoler og skyer."

Jordbaserede faste instrumenter kører kontinuerligt over lang tid, han siger. Fly dækker kortere tidsrammer, men indhente mere detaljerede oplysninger om sammenkoblede aerosol- og skyprocesser relateret til sporgasser, støvregn, og atmosfærisk termodynamik. Luftmålinger, siger Wang, også hjælpe med at validere dem fra jorden.

Lignende kampagner for at forfølge data om lave havskyer er blevet udført ud for Chiles og Californiens kyst, han siger, men ACE-ENA vil være den første til betydeligt at koordinere luft- og jordobservationer i det østlige Nordatlanten.

Et mål for kampagnens nyhed og løfte er antallet af forskere, der ikke kun loggede på som medforskere og samarbejdspartnere, men som vil blive vist på stedet under kampagnen, endda bare for at hjælpe med vejrudsigter. "Der vil dukke et godt antal mennesker op, "siger Wang. Han har længe været bruger af ARM-data og er aktiv i udvalg og arbejdsgrupper for DOE's Atmospheric System Research, som koordinerer med ARM Facility om indsamling og analyse af sky- og aerosoldata.

Under ACE-ENA, mange af de data, forskere har brug for, indsamles bedst fra luftplatforme. Det tunge løft vil være ARMs Gulfstream-159 (G-1) forskningsfly, midtpunktet i ARM Aerial Facility (AAF) forvaltet af Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) i Richland, Washington. Det vil bære 55 instrumentsystemer under indviklede programmerede flyvninger af spiraler og ben.

I spiraler, flyet flyver op og ned gennem en række højder for at samle lodrette profiler af aerosoler og skyer. Ben flyves i flere højder for at optage data nedenunder, inden for, og over skydække. Benflyvningsmønstre giver detaljerede databilleder af de lodrette fordelinger og vandrette variationer af lave skyer og aerosoler.

Ben flyves også nogle gange i den frie troposfære, højt over grænselagets skyer. Data fra denne atmosfæriske region vil hjælpe forskere med at forstå, om de observerede aerosolpartikler kommer fra lokale kilder, eller transporteres over lange afstande.

Eksperimentets 60 × 60 kilometer flygitter vil fokusere på ENAs grundsted på Graciosa Island. De fleste af de luftbårne spor vil være inden for området for ENA -scanningsradarer, gør det muligt for forskere at få den slags detaljerede mikrofysiske oplysninger, der er nødvendige for at evaluere de algoritmer, der bruges til at hente skyinformation fra radarobservationerne.

For gode data, masser af flyvetid

G-1, et luftbårent forskningslaboratorium med to turboprop, flyver to 40-dages missioner under tofasekampagnen-cirka 20 flyvninger hver gang, i op til fire timer ad gangen. "Vi flyver så meget vi kan, "siger AAF -manager Beat Schmid, en atmosfærisk videnskabsmand ved PNNL.

Under ACE-ENA, G-1 vil være baseret 90 kilometer fra Graciosa, på en fælles USA-Portugal flybase kaldet Lajes, på øen Terceira.

I mellemtiden, den 20. april vil G-1-instrumentpakken være fuldt integreret og testet i en lufthavn ikke langt fra PNNL, en proces, der startede 10. februar. Så skulle omkring halvdelen af ​​det udstyr pakkes og afsendes separat, siger Schmid, "så vi har nok brændstof" til at krydse Atlanterhavet fra et mellemlanding i St. John's, Newfoundland. En gang på Lajes, den 15. juni, både fly og instrumenter bliver reintegreret.

Ombord, i første omgang for et DOE -fly, vil være en holografisk detektor for skyer (HOLODEC), en vingemonteret enhed, der tager "utroligt detaljerede" multidimensionale billeder af skydråber, siger Schmid. "Det er ikke et billede i konventionel forstand." Processen er så datakrævende, tilføjer han, at de resulterende enorme filer - for store til Internettet - skal sendes tilbage til ARM på diske.

HOLODEC giver oplysninger om, hvordan skydråber interagerer på mikrofysiske skalaer. Det vil også hjælpe ACE-ENA-forskere med at undersøge, hvordan størrelsesfordelingen af ​​skydråber påvirkes ved at blande uklar luft med tørre, ikke-overskyet luft.

G-1 flyet flyver også med det hurtige integrerede mobilitetsspektrometer (FIMS), et unikt instrument udviklet på BNL, der bruges til at måle både aerosolkoncentrationer og aerosolpartikelstørrelsesfordeling.

Instrumenterne i ACE-ENA, på jorden og i luften, alle deler en samarbejdsmission-at få de bedste data nogensinde om de klimaforandrede lave skyer i fjerntliggende marine omgivelser.

"Hvis du tager dem forkert i modellerne, "siger Schmid, "det har en enorm indflydelse."