NASAs CPEX tackler et fundamentalt vejr

En NASA-finansieret feltkampagne, der går i gang i Florida den 25. maj, har en reel chance for at forbedre meteorologernes evne til at besvare nogle af de mest fundamentale spørgsmål om vejret:Hvor vil det regne? Hvornår? Hvor meget?

Kaldet Convective Processes Experiment (CPEX), kampagnen bruger NASAs DC-8 luftbårne laboratorium udstyret med fem komplementære forskningsinstrumenter designet og udviklet hos NASA. Flyet vil også bære små sensorer kaldet dropsondes, der bliver tabt fra flyet og foretager målinger, når de falder. Arbejde sammen, instrumenterne vil indsamle detaljerede data om vind, temperatur og fugtighed i luften under flyet under fødslen, vækst og henfald af konvektive skyer - skyer dannet af varme, fugtig luft stiger op fra de subtropiske farvande omkring Florida.

"Konvektion er simpelthen en søjle eller boble af varm luft, der stiger op, " sagde CPEX hovedefterforsker Ed Zipser fra University of Utah i Salt Lake City. Den stigende luft kan blive frøet til en regnstorm; i troperne og subtroperne, inklusive det sydlige USA, konvektion er den mest almindelige måde at danne nedbør på. Konvektive skyer kan slutte sig sammen og danne en større regnbyge eller kan endda blive en orkan.

Selvom konvektion er en så fundamental atmosfærisk proces, starten af ​​konvektion har vist sig vanskelig at forudsige. Bjørn Lambrigtsen fra NASA's Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien, et medlem af CPEX videnskabsteam, forklaret hvorfor:"Tropisk konvektion blusser hurtigt op. Et tordenvejr dukker op, gør sin ting, og går væk om en time eller deromkring. Og de er ikke særlig store." De er typisk mindre end 10 kilometer i diameter. Satellitter kan ikke observere mange detaljer om en funktion, der er så lille, selvom de tilfældigvis kigger på det rigtige sted på det rigtige tidspunkt "For at forstå, hvad der får et tordenvejr til at danne og vokse, vi har brug for feltkampagner. Vi skal flyve til hvor stormene er, se på dem og deres omgivelser i detaljer, og mål alle vigtige funktioner på samme tid, sagde Lambrigtsen.

Zipser er især interesseret i områder med dyb konvektion, med skytoppe højere end jetfly flyver. "Hvis du ser på en ferieplakat fra Hawaii, du ser en himmel fuld af små vatkugler, " siger han. "De skyer er kun et par kilometer dybe, og du kan få et let brusebad ud af dem. Troposfæren over troperne er 14 eller 15 kilometer dyb, og den øverste halvdel af dybe konvektive skyer er fuld af ispartikler i stedet for væskedråber. Hvis disse dybe skyer bliver bedre organiseret, vokse til et stort system og bevæge sig over land, du kan have udbredt, kraftig nedbør det meste af dagen. Vi er nødt til at finde ud af, hvornår dyb konvektion vil dannes og hvorfor."

En måned, Et fly, Fem instrumenter

CPEX-teamet planlægger at logge 10 til 16 flyvninger i juni for i alt omkring 100 flyvetimer, vejret tillader det. De håber at kunne registrere hele udviklingen af ​​konvektive storme, fra fødsel til forfald. De vil flyve i hvilken retning vejret virker mest lovende, om det er den Mexicanske Golf, Caribien eller det vestlige Atlanterhav. De mest interessante data bør komme, når flyet er i stand til at trænge igennem dyb, men moderat konvektion uden trussel om lyn, indsamling af data inde fra et storm- eller stormsystem.

De fem NASA-instrumenter flyver sammen som en gruppe for første gang:

1. DAGGRY, Doppler Aerosol Wind Lidar, er en relativt ny tilføjelse til NASAs geovidenskabelige værktøjssæt, der måler den vandrette vindprofil under flyet. Det blev udviklet og drives af NASAs Langley Research Center i Hampton, Virginia. Lambrigtsen bemærkede, at i modsætning til dropsondes, som kun indsamler data fra de steder, hvor de er tabt, DAWN indsamler en række kontinuerlige data langs flyvevejen. "Det er en af ​​de vigtigste målinger for at forstå tropisk konvektion, og det var ikke tilgængeligt, før DAWN og lignende sensorer kom på banen, sagde Lambrigtsen.
2. APR-2, den luftbårne andengenerations nedbørsradar, måler nedbør og lodret bevægelse i storme ved hjælp af samme slags dobbeltpolarisering, dual-Doppler-teknologi som National Weather Service's jordbaserede radar. Udviklet og drevet af JPL, APR-2 måler regnen eller ispartiklerne i en sky, som afslører skyens struktur.
3. Tre mikrobølgeradiometre fra JPL måler, hvad Lambrigtsen kalder "konvektionens brød og smør" - temperatur, vanddamp, og mængden af ​​væske i skyer:

• HAMSR, højhøjde MMIC (monolitisk mikrobølge integreret kredsløb) lydende radiometer;
• MTHP, mikrobølgetemperatur- og fugtighedsprofilen
• MASC, mikrobølge-atmosfærisk ekkolod til Cubesats. Dette eksperimentelle instrument vil teste muligheden for at flyve et miniaturiseret mikrobølgeradiometer på en lille satellit kaldet en Cubesat. JPL-forskere vil vurdere MASC's præstation i CPEX for at fremme instrumentet langs vejen til pladsberedskab.

DC-8 flyet og besætningen er baseret på NASAs Armstrong Flight Research Center i Palmdale, Californien.

Bedre forståelse, Forbedrede modeller

Med en karriere, der strækker sig tilbage til 1960'erne, Ed Zipser ved lige så godt som enhver, hvordan et godt datasæt fra feltforskning kan fremme forståelsen af ​​atmosfæren og forbedre nøjagtigheden af ​​vejr- og klimamodeller. "Vi har vidst siden 1970'erne, at nøglen til en vellykket prognose er at kunne forstå og behandle konvektionens rolle, " sagde han. "Vi har gjort mange fremskridt, men ingen af ​​modelbehandlingerne af konvektion er noget, man kan kalde perfekt. Vi skal observere bedre og forstå mere. CPEX er en ret spændende mulighed for at lære mere om konvektion og dens udvikling."