L'ultima primavera, Università del Colorado, La ricercatrice di Boulder Jessie Creamean ha trascorso alcune settimane nel gelido e ventoso Oliktok Point, dell'Alaska. In vista delle piattaforme petrolifere e delle raffinerie del Beaufort Sea e del North Slope, ha realizzato un sistema di campionamento dell'aerosol per un progetto sulle particelle nucleanti di ghiaccio (INP).

Gli INP sono un fattore poco compreso nelle nuvole artiche a fase mista, che svolgono un ruolo significativo nel controllo della quantità di energia che raggiunge il vulnerabile ghiaccio marino della regione.

Creamean lavora presso l'Istituto cooperativo per la ricerca nelle scienze ambientali (CIRES) e fa parte di un team ampiamente qualificato di ricercatori con sede a Boulder al lavoro su un progetto quadriennale progettato per far progredire la comprensione dell'atmosfera artica.

È finanziato dal programma Atmospheric System Research (ASR) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) e guidato da un altro scienziato del CIRES, investigatore principale Gijs de Boer.

Il progetto è incentrato su Oliktok Point, un osservatorio atmosferico a breve termine finanziato dalla struttura di ricerca per la misurazione delle radiazioni atmosferiche (ARM) del DOE e sede della terza struttura mobile ARM (AMF3). Si trova a circa 260 chilometri (162 miglia) a sud-est di Utqiaġvik (precedentemente noto come Barrow), dove ARM mantiene il suo osservatorio atmosferico fisso del North Slope of Alaska (NSA).

Le giuste competenze

L'intero team ASR è composto da scienziati fisici, ma ognuno ha una serie diversificata di competenze che portano avanti il ​​progetto. cremoso, per uno, è specializzata in aerosol (minuscole particelle che formano nuvole nell'aria) e chimica degli aerosol. De Boer, il team ASR capo per gli sforzi ARM a Oliktok Point, è un esperto in telerilevamento e sistemi aerei senza equipaggio (UAS)—il low-flying, velivoli a volo lento che vengono testati in modo promettente come piattaforme per le osservazioni atmosferiche.

A loro si uniscono nel progetto Oliktok altri esperti del CIRES, ciascuno elencato con un accenno abbreviato delle competenze che apportano:Matthew Shupe (processi cloud); Amy Solomon (simulazioni di grandi vortici e modellazione regionale); Christopher Cox (bilanci di telerilevamento e radiazioni di superficie); Sergey Matrosov (radar di scansione e proprietà delle precipitazioni); Christopher Williams (telerilevamento, dinamica delle nuvole, e microfisica); Maximilian Maahn (telerilevamento, nuvole polari); e il dottorando Matthew Norgren (interazioni aerosol-nube).

A far parte del gruppo di progetto del National Oceanic and Atmospheric Administration Earth System Research Laboratory di Boulder ci sono Allison McComiskey (interazioni aerosol-nube) e Dave Turner (evoluzione delle nuvole e trasferimento radiativo a onde lunghe).

Missioni artiche

Quando il progetto ASR è stato lanciato nel marzo 2015, ha abbracciato una serie ambiziosa di questioni scientifiche relative alle condizioni in rapida evoluzione nell'Artico, dove la copertura di ghiaccio marino si sta restringendo, il permafrost si sta riscaldando, e gli ecosistemi stanno cambiando.

Questi rapidi cambiamenti stanno avvenendo all'interno di un regime atmosferico che ha effetti sempre più evidenti sul tempo alle quote più basse e sui sistemi terrestri in generale.

De Boer e i suoi collaboratori hanno preso di mira le lacune di conoscenza in alcuni fondamentali processi atmosferici artici, con un occhio alla riduzione delle incertezze nei modelli progettati per simulare le condizioni presenti e per prevedere quelle future.

Insieme hanno avuto una mano in 13 giornali finora, pubblicato o accettato.

"C'è ancora molto da fare, "dice de Boer, annotando un elenco di attività sulla lavagna dietro di lui. Spera che verranno affrontati prima che il progetto si chiuda nel febbraio 2019.

Progresso, in pochi titoli

A grandi linee, il progetto ha già fatto luce sull'influenza atmosferica dell'industria locale vicino al sito. Ha anche implementato nuovi modi di misurare l'atmosfera, compresi UAS e palloncini legati. "Offrono prospettive che non abbiamo avuto in passato, "dice de Boer.

Il progetto ha anche aggiunto informazioni su ciò che de Boer chiama "variabilità spaziale". Invece di Utqiaġvik essere l'unica fonte di dati atmosferici per quella parte dell'Artico, ora ci sono due osservatori da cui valutare ipotesi.

Le missioni ufficiali del progetto iniziano con un'indagine sulle transizioni tra stati atmosferici limpidi e nuvolosi alle alte latitudini. "Abbiamo acquisito nuove informazioni, " dice de Boer. Sono in corso nuove simulazioni.

Gli investigatori del progetto stanno anche approfondendo le precipitazioni ad alta latitudine. Nell'Artico, è molto difficile rappresentare con precisione la forma e la massa dei fiocchi di neve, in parte perché è difficile distinguere la neve fresca dalla neve fresca. Per affrontare questa difficoltà, il team utilizza i dati della strumentazione avanzata, compresa la scansione di radar cloud.

Gran parte del lavoro pesante qui viene dal lavoro sulla microfisica delle nuvole di Matrosov, che utilizza la scansione e i radar a lunghezza d'onda più lunga per svelare le proprietà delle precipitazioni, e da Salomone, un esperto nell'uso di simulazioni di grandi vortici ad altissima risoluzione e modellazione regionale per comprendere i processi fisici chiave.

Prima del progetto Oliktok erano archiviati pochissimi dati su quella scheggia di artico, dice Shupe, un veterano delle campagne contro il freddo. "Siamo passati da quasi nulla che usciva da lì ad avere alcuni importanti prodotti di dati, studi, e documenti."

Indicò gli studi di Maahn, cremoso, de Boer, Matrosov, e Williams (che ha lavorato sul decluttering matematico dei segnali radar nel sito, dove la luminosità delle condutture di raffineria è un fattore di confusione).

Shupe sta anche lavorando con Turner per modificare il loro algoritmo Shupe-Turner per il recupero delle proprietà delle nuvole artiche (basate sui dati microfisici di Utqiaġvik) alle condizioni di Oliktok. Sarà presto rilasciato al Data Center ARM.

Il progetto ha anche la missione di caratterizzare gli aerosol e le interazioni tra tali particelle e le nuvole. È qui che il lavoro di Creamean, supportato da ARM, assume significato. Sta misurando le temperature e le concentrazioni di congelamento dell'INP a Oliktok Point, una ricerca prima.

Nel mese di marzo 2017, e con l'aiuto dei tecnici del sito che hanno sorvegliato i suoi strumenti fino a maggio, Campioni giornalieri raccolti da Creamean (polvere, batteri, e altre particelle) per un progetto che presto produrrà un documento. Le sue domande:da dove vengono questi semi per le goccioline di nuvole e i cristalli di ghiaccio? e come influiscono sulle proprietà delle nuvole artiche?

Il team sta anche esplorando come gli aerosol disperdono e assorbono le radiazioni nell'atmosfera lungo il North Slope dell'Alaska; come si comportano tali particelle che formano nuvole all'interno dei cicli stagionali; e quanto sono diverse quelle particelle a Oliktok, in vista dei giacimenti petroliferi, rispetto all'aria relativamente incontaminata di Utqiaġvik.

Un documento del 2017, guidato da Maahn, ha osservato in che modo le dimensioni delle gocce di nuvola sono influenzate dagli input industriali locali presso Oliktok.

Il compito più ambizioso del gruppo di ricerca potrebbe essere lo studio delle nubi artiche e della loro influenza climatologica. In quella regione e altrove, le nuvole sono una delle maggiori fonti di incertezza nei modelli.

Questa estate aiuterà su questo punto, quando de Boer conduce una campagna ARM spera che faccia di Oliktok Point un fulcro centrale di attività durante l'Anno della previsione polare (YOPP), un intenso periodo di osservazioni internazionali coordinate dell'Artico.

De Boer afferma che i profili di Oliktok Point per migliorare gli esperimenti YOPP (POPEYE), in programma dal 1 luglio al 30 settembre, aggiungerà UAS potenziato, palloncino legato, e radiosonde (aerostato meteorologico) a quelle già raccolte da AMF3.