Afrikansk røg-sky forbindelsesmål for NASA luftbårne flyvninger

Over det sydøstlige Atlanterhav, en 2, 000 kilometer lang røgfane fra afrikanske landbrugsbrande møder en næsten permanent skybank offshore. Deres møde gør et naturligt laboratorium til at studere interaktionerne mellem skydråber og de små luftbårne røgpartikler. Denne måned, NASAs P-3 forskningsfly og et team af forskere vender tilbage på deres tredje udsendelse til denne region som en del af Observations of Aerosols Above Clouds og deres Interactions-mission, eller ORAKLER, indsamling af data om, hvordan aerosoler som røg påvirker skyer og igen Jordens klima.

"Skydækket i det sydøstlige Atlanterhav er et af de største på kloden, " sagde atmosfærisk videnskabsmand Paquita Zuidema fra University of Miami, Florida, og co-princip investigator for ORACLES-deployeringen. "På samme tid, røglaget strækker sig helt til Sydamerika. Kombinationen af ​​røg og skyer genererer nok atmosfærisk opvarmning til at påvirke nedbørsmønstre over Afrika i klimamodeller, hvilket gør det bydende nødvendigt at udvikle bedre tillid til modelforudsigelserne."

Aerosoler inkluderer havsalt, støv, pollen og eventuelle partikler, som røg og aske, frigivet under afbrænding fra industri- eller skovbrande. Lille nok til at rejse på fremherskende vind, de er en vigtig del af atmosfæren. Mørke aerosoler kan absorbere sollys, forårsager en opvarmende effekt, og lyse kan reflektere sollys, forårsager en kølende effekt. Røg kan begge dele, afhængigt af om partiklerne i den forekommer over det mørke hav og ser hvidere ud i sammenligning, eller over skyer og ser mørkere ud.

At forstå, hvordan skyer og aerosoler samarbejder om at bestemme balancen mellem klimaopvarmning og afkøling, er kernen i ORACLES-missionen, samt de mikrofysiske effekter røgpartikler kan have på skydråber, når de mødes.

"Vi har store spørgsmål om, hvordan aerosolpartikler påvirker skyer og klima, og disse interaktioner varierer afhængigt af hvor du er på Jorden, " sagde atmosfærisk videnskabsmand Rob Wood fra University of Washington i Seattle og co-principal investigator for ORACLES-deployeringen. Erfaringer fra det sydøstlige Atlanterhav kan muligvis anvendes til andre regioner, hvor røg fra skovbrande eller industri interagerer med skyer. Ved at forstå de småskala processer, der opstår, når de mødes i skyer, forskere er bedre i stand til at forfine, hvordan de beskriver aerosol-sky-interaktioner inden for globale klimamodeller, hvilket igen vil hjælpe os med at forstå aerosolers langsigtede virkninger på globale og regionale temperaturer.

Denne oktober, ORACLES-teamet er baseret i São Tomé og Principé, en ækvatorial ø-nation ud for Afrikas vestkyst, hvorfra ORACLES også gennemførte deres undersøgelse af den nordlige del af røgfanen i august, 2017. ORACLES undersøgte den sydlige udstrækning af fanen fra Walvis Bay, Namibia, i september, 2016. Hvert års observationer supplerer observationerne fra de andre indsættelser, indfanger hele rækkevidden af ​​forbrændingscyklussen i sensommeren og efteråret. Afrikanske landmænd brænder deres marker efter høst for at returnere næringsstoffer til jorden, før regnen kommer, og afbrændingen bevæger sig sydpå, efterhånden som regntiden skrider frem. Den tykkeste del af røgfanen bevæger sig sydpå med dem. Wood og holdet er ivrige efter at kontrastere, hvad der sker i oktober, når regntiden har skubbet bæltet af landbrugsbrande længere mod syd, og de forventer mindre røg i undersøgelsesområdet.

NASAs P-3 forskningsfly, administreret af Wallops Flight Facility i Virginia, bærer en suite af 11 instrumenter, både fjernmålingsinstrumenter såvel som instrumenter, der direkte prøver skyerne og røgfanen gennem luftindtag på vinger og vinduer. Disse direkte målinger er som at sætte et mikroskop på, hvad der sker inde i skyerne.

"Sidste år i august vi så en masse fysisk kontakt mellem røgen og skyerne, " sagde Wood. "Der dannedes faktisk skydråber på disse røgpartikler, og der var en stor stigning i antallet af dråber sammenlignet med, hvordan det ville være uden røgen."

Ud over at udvikle en bedre forståelse af sky-aerosol-adfærd, de højopløselige luftbårne data vil også blive brugt til at forbedre genfinding af røg- og skyegenskaber fra satellitter. Fra rummet, aerosol-detekterende satellitter fanger det globale billede, men afvejningen i afstand med den nuværende teknologi betyder en grovere opløsning, der kan gå glip af de mikrofysiske interaktioner i skyen og aerosollagene.

Den igangværende implementering i oktober 2018 producerer allerede et datasæt med et par overraskelser. "Vi ser mere aerosol end forventet baseret på aerosolmodelprognoser og tidligere satellitvurderinger for denne måned, " sagde Zuidema. "Videnskabeligt, vi ser uventede nye funktioner såsom meget store røgpartikler, der ser ud til at falde ud af deres røglag ned i skyerne nedenfor. Vi ser skyer, der går fra rene til forurenede over store områder på kun to dage."

ORACLES-teamet vil dokumentere disse og andre observationer frem til slutningen af ​​måneden.