Team af atmosfæriske forskere går på arbejde i en arktisk udvikling

Sidste forår, University of Colorado, Boulder -forsker Jessie Creamean tilbragte et par uger i kølig og blæsende Oliktok Point, Alaska. Inden for synet af de isbundne olierigge og raffinaderier i Beaufort Sea og North Slope, hun oprettede et aerosolprøveudtagningssystem til et projekt om iskernende partikler (INP'er).

INP'er er en dårligt forstået faktor i arktiske blandede faseskyer, som spiller en væsentlig rolle i styringen af, hvor meget energi der når regionens sårbare havis.

Creamean arbejder på Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences (CIRES) og er en del af et bredt dygtigt team af Boulder-baserede forskere, der arbejder på et fireårigt projekt, der skal fremme forståelsen af ​​den arktiske atmosfære.

Det er finansieret af US Department of Energy's (DOE's) Atmospheric System Research (ASR) program og ledet af en anden videnskabsmand ved CIRES, hovedforsker Gijs de Boer.

Projektet er centreret om Oliktok Point, et kortsigtet atmosfærisk observatorium finansieret af DOE's Atmospheric Radiation Measurement (ARM) Research Facility og hjemsted for den tredje ARM Mobile Facility (AMF3). Det er omkring 260 kilometer (162 miles) sydøst for Utqiaġvik (tidligere kendt som Barrow), hvor ARM opretholder sit faste nordlige skråning i Alaska (NSA) atmosfærisk observatorium.

De rigtige færdigheder

Hele ASR -teamet består af fysiske forskere, men hver har et mangfoldigt sæt færdigheder, der skubber projektet fremad. Cremeansk, For en, har specialiseret sig i aerosoler (bittesmå skydannende partikler i luften) og aerosolkemi. De Boer, ASR -teamets leder for ARM -indsats på Oliktok Point, er ekspert i fjernmåling og ubemandede luftsystemer (UAS)-de lavtflyvende, langsomtflyvende fly bliver lovende testet som platforme for atmosfæriske observationer.

Sammen med dem i Oliktok -projektet er andre eksperter fra CIRES, hver med en forkortet antydning af den ekspertise, de bringer:Matthew Shupe (cloud -processer); Amy Solomon (store virvel-simuleringer og regional modellering); Christopher Cox (budgetter til fjernmåling og overfladestråling); Sergey Matrosov (scanning af radarer og nedbørsejendomme); Christopher Williams (fjernmåling, sky dynamik, og mikrofysik); Maximilian Maahn (fjernbetjening, polarskyer); og doktorand Matthew Norgren (aerosol-cloud-interaktioner).

Tilslutter sig projektgruppen fra National Oceanic and Atmospheric Administration Earth System Research Laboratory i Boulder er Allison McComiskey (aerosol-cloud-interaktioner) og Dave Turner (cloud-evolution og langbølget strålingsoverførsel).

Arktiske missioner

Da ASR -projektet blev lanceret i marts 2015, den omfattede et ambitiøst sæt videnskabelige spørgsmål relateret til hurtigt udviklede forhold i Arktis, hvor havisdækket krymper, permafrosten varmes op, og økosystemer ændrer sig.

Disse hurtige ændringer finder sted inden for et atmosfærisk regime, der har stadig mere klare virkninger på vejret i de lavere højder og på jordsystemer som helhed.

De Boer og hans samarbejdspartnere har taget sigte på vidensgab i nogle grundlæggende arktiske atmosfæriske processer, med henblik på at reducere usikkerheder i modellerne designet til at simulere nuværende forhold og forudsige fremtidige.

Sammen har de haft en hånd med i 13 papirer indtil nu, enten offentliggjort eller accepteret.

"Der er meget mere at gøre, "siger de Boer, noterer en liste over opgaver på whiteboardet bag ham. Han håber, at de vil blive behandlet, inden projektet lukker i februar 2019.

Fremskridt, i et par overskrifter

Bredt, projektet har allerede belyst den atmosfæriske indflydelse fra lokal industri nær stedet. Det har også implementeret nye måder at måle atmosfæren på, herunder UAS og bundne balloner. "De giver perspektiver, vi ikke tidligere har haft, «siger de Boer.

Projektet har også tilføjet oplysninger om, hvad de Boer kalder "rumlig variation". I stedet for at Utqiaġvik er den eneste kilde til atmosfæriske data for den del af Arktis, nu er der to observatorier, hvorfra man kan evaluere hypoteser.

Projektets officielle missioner starter med en undersøgelse af overgangene mellem klare og uklare atmosfæriske tilstande på de høje breddegrader. "Vi har fanget nye oplysninger, "siger de Boer. Nye simuleringer er i gang.

Projektforskere dykker også ned i nedbør på høj breddegrad. I Arktis, det er meget svært at præcist repræsentere form og masse af snefnug, dels fordi det er svært at skelne blæsende sne fra ny sne. For at løse denne vanskelighed, teamet bruger data fra avanceret instrumentering, herunder scanning af skyradarer.

Meget af de tunge løft her kommer fra arbejde med cloudmikrofysik af Matrosov, hvem bruger scanning og radarer med længere bølgelængde til at opklare nedbørsegenskaber, og af Salomon, en ekspert i at bruge simuleringer med stor virvel i meget høj opløsning og regional modellering til at forstå vigtige fysiske processer.

Inden Oliktok -projektet blev der kun meget få data arkiveret om den del af Arktis, siger Shupe, en veteran inden for kampagner med koldt vejr. "Vi er gået fra næsten ingenting, der kommer ud derfra til at have nogle vigtige dataprodukter, undersøgelser, og papirer. "

Han pegede på undersøgelser af Maahn, Cremeansk, de Boer, Matrosov, og Williams (der arbejdede med matematisk decluttering af radarsignaler på stedet, hvor lysstyrken på raffinaderierørledninger er en forvirrer).

Shupe arbejder også sammen med Turner for at ændre deres Shupe-Turner-algoritme til at hente arktiske skyegenskaber (baseret på mikrofysiske data fra Utqiaġvik) til forhold på Oliktok. Det vil snart blive frigivet til ARM Data Center.

Projektet har også en mission om at karakterisere aerosoler og interaktionen mellem sådanne partikler og skyer. Det er her, Creameans arbejde, understøttet af ARM, får betydning. Hun måler INP -frysetemperaturer og -koncentrationer ved Oliktok Point, en forskning først.

I løbet af marts 2017, og med hjælp fra teknikere, der overvågede hendes instrumenter gennem maj, Cremeiske indsamlede daglige prøver (støv, bakterie, og andre partikler) til et projekt, der snart vil give et papir. Hendes spørgsmål:Hvor kommer disse frø til skydråber og iskrystaller fra, og hvordan påvirker de egenskaberne af arktiske skyer?

Teamet undersøger også, hvordan aerosoler spreder og absorberer stråling i atmosfæren langs Alaskas nordlige skråning; hvordan sådanne skydannende partikler opfører sig inden for sæsonbestemte cyklusser; og hvor forskellige disse partikler er på Oliktok, inden for syne af oliefelter, sammenlignet med den relativt uberørte luft i Utqiaġvik.

Et papir fra 2017, ledet af Maahn, kiggede på, hvordan cloud dråbestørrelser påvirkes af lokale industrielle input i Oliktok.

Forskerteamets mest ambitiøse opgave kan være dens undersøgelse af arktiske skyer og deres klimatologiske indflydelse. I denne region og andre steder, skyer er en af ​​de største kilder til usikkerhed i modeller.

Denne sommer vil hjælpe på denne score, når de Boer leder en ARM -kampagne, håber han at gøre Oliktok Point til et centralt knudepunkt for aktivitet i løbet af Year of Polar Prediction (YOPP), en intensiv periode med koordinerede internationale arktiske observationer.

De Boer siger, at Profiler hos Oliktok Point for at forbedre YOPP -eksperimenter (POPEYE), planlagt 1. juli til 30. september, tilføjer forbedret UAS, bundet ballon, og radiosonde (vejrballon) målinger til dem, der allerede indsamles af AMF3.