NASAs S-MODE tager til luften og havet for at studere havhvirvler

Efter at være blevet forsinket over et år på grund af pandemien, en NASA-feltkampagne for at studere den rolle, små-skala hvirvler og havstrømme spiller i klimaændringer, flyver og tager til havet i maj 2021.

Ved at bruge videnskabelige instrumenter ombord på et selvkørende havsvævefly og adskillige fly, denne første deployering af Sub-Mesoscale Ocean Dynamics Experiment (S-MODE) missionen vil implementere dens suite af vand- og luftbårne instrumenter for at sikre, at de arbejder sammen for at vise, hvad der sker lige under havets overflade. Den fuldgyldige feltkampagne begynder i oktober 2021, med flyet baseret på NASAs Ames Research Center i Mountain View, Californien.

"Denne kampagne i maj er i vid udstrækning at sammenligne forskellige måder at måle havoverfladestrømme på, så vi kan have tillid til disse målinger, når vi kommer til piloten i oktober, " sagde Tom Farrar, associeret videnskabsmand ved Woods Hole Oceanographic Institution i Massachusetts og hovedforsker for S-MODE.

S-MODE-teamet håber at lære mere om små bevægelser af havvand såsom hvirvler. Disse boblebade strækker sig over omkring 6,2 miles eller ti kilometer, langsomt bevægeligt havvand i et hvirvlende mønster. Forskere mener, at disse hvirvler spiller en vigtig rolle i at flytte varme fra overfladen til havlagene nedenfor, og omvendt. Ud over, hvirvlerne kan spille en rolle i varmeudvekslingen, gasser og næringsstoffer mellem havet og jordens atmosfære. At forstå disse små hvirvler vil hjælpe forskerne med bedre at forstå, hvordan jordens oceaner bremser de globale klimaændringer.

Holdet bruger et selvkørende kommercielt bølgesvævefly pyntet med videnskabelige instrumenter, der kan studere havet fra dets overflade. De vigtigste gadgets ombord er de akustiske Doppler-strømprofiler, som bruger ekkolod til at måle vandhastighed og indsamle information om, hvor hurtigt strømmene og hvirvlerne bevæger sig, og i hvilken retning. Svæveflyet har også instrumenter til at måle vindhastighed, lufttemperatur og fugtighed, vandtemperatur og saltholdighed, og lys og infrarød stråling fra Solen.

"Wave-svæveflyet ligner et surfbræt med en stor persienne under, " sagde Farrar.

Den "persienne" er nedsænket under vandet, bevæger sig op og ned med havets bølger for at drive svæveflyet frem med cirka en kilometer i timen. På denne måde bølgesvæveflyet vil blive indsat fra La Jolla, Californien, indsamling af data, når den rejser over 100 miles (100 kilometer) ud i havet ud for øen Santa Catalina.

De nye data vil gøre det muligt for forskerne at estimere udvekslingen af ​​varme og gasser mellem Jordens atmosfære og havet, og dermed bedre forstå de globale klimaændringer.

"Vi ved, at atmosfæren varmes op. Vi ved, at vinden tager fart. Men vi forstår ikke rigtig, hvor al den energi bliver af, " sagde Ernesto Rodriguez, forsker ved NASAs Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien, og stedfortrædende hovedefterforsker for de luftbårne dele af S-MODE. Det er sandsynligt, at denne energi går ud i havet, men detaljerne om, hvordan den proces fungerer, er stadig ukendte. Holdet mener, at små hvirvler kan hjælpe med at flytte varme fra atmosfæren til de dybere lag af havet.

Øjne og videnskabelige instrumenter i himlen

Mens Wave Glider fortsætter sin langsomme vandring hen over havets overflade, flere fly vil flyve over hovedet for at indsamle data fra en anden vinkel.

"I et fly, vi kan få et øjebliksbillede af et stort område for at se konteksten for, hvordan de større og mindre havbevægelser interagerer, " sagde Rodriguez.

For eksempel, et skib eller en svævefly svæver langsomt langs en lige linje, tage præcise målinger af havoverfladetemperaturen på bestemte tidspunkter og steder. Flyvemaskiner bevæger sig hurtigere og kan dække mere jord, måling af havoverfladetemperaturen på et stort havområde meget hurtigt.

"Det er som at tage et infrarødt billede i stedet for at bruge et termometer, " forklarede Farrar.

To fly vil blive brugt i testflyvningerne i maj:et B200-fly fra NASAs Armstrong Flight Center i Edwards, Californien og et kommercielt fly fra Twin Otter International. B200 bærer et instrument fra NASA JPL kaldet DopplerScatt til at måle strømme og vinde nær havoverfladen med radar. Multiscale Observing System of the Ocean Surface (MOSES) instrument fra University of California, Los Angeles er også ombord for at indsamle havoverfladetemperaturdata. På Twin Otter-flyet er Modular Aerial Sensing System (MASS) fra Scripps Institution of Oceanography ved University of California, San Diego, som er et instrument, der er i stand til at måle højden af ​​bølger på havets overflade.

Flåden får et tredje medlem til oktoberforsøgene:NASAs Langley Research Center Gulfstream III -fly med JPL's Portable Remote Imaging SpectroMeter (PRISM), et instrument til at måle fytoplankton og andet biologisk materiale i vandet. Implementeringerne i oktober vil også bruge et stort skib og nogle autonome sejlskibe, kaldet sejldroner, foruden fly og Wave Gliders.

Efter næsten halvandet års forsinkelser på grund af pandemien, S-MODE-holdet er spændte på at få deres fly op i himlen og svæveflyene i vandet. "Det var frustrerende, " sagde Rodriguez, "men videnskabsholdet har ikke sat farten ned. Videnskaben fortsætter med fremskridt."