Afmystificering af den komplekse natur af arktiske skyer

Med dansende lysbånd synligt på himlen fløj et team af forskere på en række naturskønne og til tider stormfulde flyvninger ind i den kolde ukendte for at prøve at lære mere om, hvorfor et af de mest kolde steder på Jorden opvarmes i febrilsk tempo.

Forskerne - en atmosfæreforsker fra University of Miami og hendes to ph.d. studerende – tog flyvningerne som en del af en næsten to måneder lang feltkampagne, der havde til formål at undersøge, i hvilket omfang skyer genereret af marine koldluftsudbrud (MCAO'er) afspejler og potentielt bidrager til den hurtige opvarmning af Arktis og samtidig opretholder ekstreme vejrbegivenheder i det polare område.

"Arktis ændrer sig hurtigt og opvarmes med en hastighed to til fire gange hurtigere end det globale gennemsnit," sagde Paquita Zuidema, professor og formand for atmosfæriske videnskaber ved Rosenstiel School of Marine, Atmospheric and Earth Science og hovedforsker af CAESAR , eller koldluftsudbrudseksperiment i den subarktiske region.

"En konsensus om, hvorfor og hvordan dette sker, mangler stadig, og der er stadig spørgsmål om, hvordan skyer bidrager eller blot reagerer på disse ændringer. Jo mere vi kan lære om arktisk skyadfærd nu, jo bedre kan vi forudsige fremtidens Arktis. Uanset hvad, når Arktis bliver mere tilgængeligt, bliver vi nødt til at forbedre arktisk vejrudsigt i en af ​​de dårligst observerede områder på planeten."

MCAO'er, som kan påvirke vejrmønstre rundt om i verden, opstår, når kold, tør luft bevæger sig over varmt havvand, hvor forskellen i luft- og havtemperaturer får havet til at frigive store mængder varme og fugt til luften. Som en del af den ekstreme luft-hav-energiudveksling dannes et omfattende grænselag af konvektive skyer, der til tider producerer intense orkanlignende polare lavpunkter.

Disse skyer er af kompleks karakter, bestående af både is og væske. Men lidt er kendt om, hvordan de dannes og udvikler sig. "At forstå, hvordan disse skyer deler deres fugt mellem væske og is, er stadig ikke så godt repræsenteret i modeller," sagde Zuidema.

"Og det begynder at være en stor sag, fordi flydende skyer reflekterer meget sollys. Isskyer har en tendens til bare at sne ude på jorden eller havet. Så vi vil gerne vide, i meget kolde skyer, hvor meget af den fugt der er flydende og hvor meget er is, og hvorfor og hvordan sker den ændring?"

Og det er her, CAESAR kommer ind i billedet. Under den nylige feltlejr, arrangeret af National Science Foundations National Center for Atmospheric Research, fløj afgangsstuderende Sam Ephraim og Tyler Tatro fra Zuidema og Rosenstiel School ud af Kiruna, Sverige, ombord på et C-130 Hercules-fly , rejser til den arktiske havisen ud for Grønland og bruger en række instrumenter, der indsamlede et væld af data.

Dropsondes frigivet fra C-130 registrerede in-situ data om vind, temperatur og fugtighed, mens de rejste lodret gennem atmosfæren. Lidarer, radarer og radiometre på flyet bestemte andelen af ​​is og vand i skyer. Instrumenter monteret på flyets vinger prøvede skyegenskaber, mens luftindtag opsamlede aerosoler til analyse.

Forskere fra otte andre universiteter i USA samt fra Stockholm Universitet i Sverige, Universitetet i Oslo i Norge og U.S. Naval Research Laboratory deltog også i feltkampagnen. De undersøger, hvordan aerosoler, luft fra stratosfæren og dynamik i små skalaer påvirker skyudviklingen. Modelbyggere blev også hentet ind for at hjælpe med at lette en hurtigere overførsel af viden.

For Ephraim, der fløj på fire af de otte CAESAR-flyvninger, var kampagnen mere end en mulighed for at observere seniorforskere på arbejde. Han spillede en afgørende rolle i missionens succes, idet han betjener radiometeret, der målte mængden af ​​stråling udsendt fra vanddamp og flydende vand i luften. Derudover hjalp han med at gennemføre vejrudsigtsbriefinger for holdet af videnskabsmænd, der afgjorde, om flyvninger på hver dag af kampagnen ville lette eller have grund.

"En ting er at sidde i et klasseværelse eller ved en computer og se på data om koldluftsudbrud, som andre mennesker har indsamlet i andre feltkampagner, men det er noget helt andet at kunne se det med egne øjne og spille en aktiv rolle i forskningen," sagde Ephraim, der som lille dreng besluttede, at han ville have en karriere inden for meteorologi efter at have set flere timers dækning fra Weather Channel.

"Hele vores indsættelse var fantastisk," fortsatte han. "Vi så en del nordlys. De var ekstremt aktive i den periode, vi var der. Og på flyvningerne var det bare bemærkelsesværdigt at se overgangen fra klar, solrig himmel over havisen til stormfulde forhold."

Tatro, der studerer biomasseafbrænding og aerosolsky-interaktioner over Afrika, hjalp også med at betjene radiometeret og hjalp med at planlægge nogle af flyvningerne. For ham var kampagnen "videnskab fra lærebøger bragt til live."

"Jeg fik en fornemmelse af, hvor meget fællesskab der er i atmosfærisk videnskab," sagde han. "Jeg har set navnene på kendte videnskabsmænd i bøger og forskningsartikler. At se dem i aktion og samarbejde med dem gav mig en følelse af, hvor passionerede de er omkring deres arbejde."

Foreløbig analyse af CAESAR-data er nu i gang med en dedikeret session om kampagnen foreslået til et kommende møde i American Meteorological Society, ifølge Zuidema.

Leveret af University of Miami