Oggi, la maggior parte della popolazione mondiale vive nelle città, e una frazione significativa (quasi il 40%) vive entro circa 30 miglia da una costa. La previsione dei modelli meteorologici locali e dei microclimi in queste aree altamente popolate è la chiave per gestire efficacemente le risorse energetiche, monitoraggio della qualità dell'aria, sviluppare un'infrastruttura di trasporto resiliente, prepararsi ai disastri naturali e alle emergenze, e garantire la sicurezza nazionale.

Però, per le loro caratteristiche uniche, le località urbane e costiere sviluppate sono tra i luoghi più difficili da prevedere con precisione le condizioni atmosferiche. Le città sono spesso più calde dei loro dintorni suburbani o rurali perché sono fatte di materiali che assorbono il calore come cemento e acciaio, e generano una quantità significativa di calore di scarto come risultato dell'utilizzo di energia industriale. Gli edifici alti reindirizzano il flusso d'aria, alterare la velocità e la direzione del vento. Premendo caldo, aria di superficie umida nell'aria più fresca sopra, i grattacieli possono favorire la formazione di nuvole di pioggia. A causa di questi ed altri fattori, le aree urbane sono vulnerabili a forti temporali, ghiaccio e neve pesanti, ondate di caldo e freddo, e altri eventi meteorologici estremi che comportano rischi per la salute e la sicurezza umana. Per esempio, le inondazioni causate dalle tempeste esacerbate dall'innalzamento del livello del mare nelle città costiere potrebbero costringere alla chiusura delle stazioni della metropolitana, strade, e altri mezzi di trasporto.

"Nonostante la sua importanza nel 21° secolo, il sistema urbano uomo-ambiente è molto poco conosciuto, " disse Pavlos Kollias, uno scienziato atmosferico nel Dipartimento di Scienze Ambientali e Climatiche presso il Brookhaven National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE), un professore presso la School of Marine and Atmospheric Sciences (SoMAS) presso la Stony Brook University (SBU), e professore a contratto presso il Dipartimento di scienze atmosferiche e oceaniche della McGill University. "Gli attuali sistemi di monitoraggio e allerta atmosferici non sono sufficienti per prevedere il microclima urbano. I progressi nelle reti di telerilevamento distribuite, modelli meteorologici numerici, e il calcolo ad alte prestazioni sono necessari per migliorare le capacità di previsione meteorologica locale".

Nel 2017, Brookhaven Lab ha istituito il Center for Multiscale Applied Sensing (CMAS) per accelerare la ricerca basata sui dati per sviluppare sistemi di previsione meteorologica più affidabili per le città e altri hotspot energetici. Questo centro multidisciplinare riunisce le competenze leader a livello mondiale nelle tecnologie dei sensori atmosferici e nella modellazione meteorologica ad alta risoluzione del dipartimento di scienze ambientali e climatiche di Brookhaven Lab, dell'iniziativa di scienza computazionale e della SoMAS della SBU. Gli scienziati del CMAS stanno definendo i parametri atmosferici chiave da incorporare nei modelli del sistema urbano su varie scale, dal livello stradale al quartiere, città, e regionali e le misurazioni atmosferiche necessarie per inizializzare e convalidare questi modelli.

A settembre 2018, Brookhaven Lab ha implementato un nuovo laboratorio mobile basato su camion come parte delle capacità di osservazione di CMAS. Questo laboratorio mobile è dotato di diversi sensori all'avanguardia per misurare i venti, precipitazione, qualità dell'aria, e altre variabili atmosferiche. Negli anni successivi, il camion viaggerà in varie aree urbane e costiere lungo la megalopoli nord-orientale, l'area che si estende da Boston a Washington, DC—per raccogliere dati atmosferici a supporto della dispersione urbana e studi eolici offshore.

"I dati atmosferici raccolti dal camion di ricerca faranno progredire la nostra comprensione delle complesse interazioni tra gli esseri umani e gli ambienti urbani e di come tali interazioni influiscano sul microclima di quegli ambienti, " ha affermato Kollias. "Il laboratorio mobile porterà capacità di misurazione in aree con accessibilità limitata, e i dati ottenuti sui processi atmosferici urbani supporteranno lo sviluppo di modelli predittivi a tutte le scale".