La NASA sta inviando cinque campagne aeree negli Stati Uniti nel 2020 per indagare sui processi fondamentali che in ultima analisi hanno un impatto sulla vita umana e sull'ambiente, dalle tempeste di neve lungo la costa orientale ai vortici oceanici al largo della costa di San Francisco.

I team scientifici si imbarcheranno via terra, mare e aria come parte di campagne pluriennali finanziate dal programma di classe Earth Venture della NASA. Questa è la terza serie di indagini suborbitali di Earth Venture selezionate in modo competitivo dalla NASA.

La NASA utilizza il punto di osservazione dello spazio per aumentare la nostra comprensione del nostro pianeta natale, migliorare la vita e salvaguardare il nostro futuro. Per avere un quadro più completo di come e perché il nostro pianeta sta cambiando, l'agenzia sponsorizza anche intense campagne sul campo mirate a questioni scientifiche critiche che possono beneficiare di uno sguardo più approfondito sfruttando le capacità della NASA nella scienza aerotrasportata.

Le campagne condurranno la scienza su una varietà di piattaforme. Gli aerei ad alta quota osserveranno la chimica nella stratosfera, ben oltre la portata degli aerei commerciali, studiare l'impatto di intense tempeste che infrangono la troposfera, dove si verifica la maggior parte del tempo. Una flottiglia di alianti e galleggianti autonomi porterà nell'Oceano Pacifico per misurare la temperatura e la salinità a e sotto la superficie dell'acqua per comprendere meglio lo scambio di calore tra oceano e atmosfera. I ricercatori scenderanno nelle zone umide a piedi e in barca per studiare come l'innalzamento del livello del mare sta influenzando gli ecosistemi del delta.

Le cinque nuove campagne integrate di volo e di superficie Earth Venture iniziano il loro primo anno di lavoro sul campo nel 2020, che va da gennaio a ottobre.

Eventi di nevicate intense

Sulla densamente popolata costa orientale degli Stati Uniti, le tempeste di neve invernali sono sia frequenti che dirompenti. Le tempeste di neve possono chiudere le strade e chiudere le attività commerciali e sono pericolose per chiunque vi sia coinvolto. I processi di tempesta e nube responsabili delle tempeste di neve sono spesso riprodotti in modo impreciso dai modelli di previsione e sono difficili da misurare dallo spazio, con conseguenti scarse previsioni di nevicate.

L'indagine sulla microfisica e sulle precipitazioni per le tempeste di neve che minacciano la costa atlantica, o IMPATTI, studio aereo di queste tempeste di neve, che scenderà in campo a gennaio, mira a capire meglio come la neve è distribuita tra le nuvole.

"La gente vede le immagini di queste grandi strisce di nuvole e pensa che stiano nevicando ovunque, ma non lo sono, ", ha affermato il ricercatore principale di IMPACTS Lynn McMurdie presso l'Università di Washington a Seattle. "All'interno delle nuvole ci sono queste regioni lunghe e strette di bande di neve più intense. Stiamo cercando di capire perché si formano e come si evolvono con lo sviluppo della tempesta. Se riusciamo a capire i processi nelle nuvole, possiamo prevedere meglio come ci distribuiscono le nevicate sul terreno".

IMPACTS è la prima grande campagna sul campo per studiare le tempeste di neve della costa orientale in 30 anni. La strumentazione che volerà sui velivoli ad alta quota ER-2 della NASA e sui velivoli per il campionamento delle nuvole P-3 è un progresso significativo da allora, rendendo ora un momento opportuno per colmare il divario di conoscenze sulle tempeste di neve e aiutare gli scienziati a migliorare il modo in cui interpretano i dati satellitari e li incorporano nei modelli di previsione meteorologica. L'ER-2 volerà fuori dall'Hunter Army Airfield a Savanna, Georgia, e il P-3 volerà fuori dalla Wallops Flight Facility della NASA in Virginia.

Riscaldamento dell'atmosfera dell'oceano

Le correnti circolari d'acqua chiamate vortici svolgono un ruolo importante nel clima e nell'ecologia degli oceani, poiché facilitano lo scambio di calore tra l'oceano e l'atmosfera e il trasporto verticale dei nutrienti, ossigeno, e gas disciolti nell'oceano superiore. Alcuni vortici hanno un diametro di centinaia di chilometri, mentre altri, chiamati vortici sub-mesoscala, gamma di dimensioni da 1 a 10 chilometri, troppo piccolo per essere osservato in dettaglio dagli attuali satelliti di monitoraggio dell'oceano.

In Aprile, ricercatori con il Sub-Mesoscale Ocean Dynamics Experiment, o MODALITÀ S, si avventurerà a 200 miglia al largo della costa di San Francisco per fare quelle osservazioni critiche. Tre velivoli scientifici:King Air e Gulfstream V della NASA, oltre a una Twin Otter in leasing, la nave da ricerca oceanica Oceanus e una serie di piattaforme autonome saranno dotate di strumentazione per la misurazione della temperatura, salinità, e la velocità dell'oceano su varie scale temporali e spaziali. I voli partiranno dal Moffett Federal Airfield presso l'Ames Research Center della NASA nella Silicon Valley in California.

Le simulazioni al computer indicano che questi vortici hanno importanti effetti a lungo termine sull'oceano superiore, ma le loro previsioni sono sensibili a dettagli relativamente piccoli su come vengono implementate le simulazioni. La risoluzione e il dettaglio di queste simulazioni hanno superato la nostra capacità di osservarle con sensori spaziali o in situ.

"Questi fattori apparentemente piccoli contano quando simuliamo il sistema climatico su lunghe scale temporali, " ha detto il ricercatore principale Thomas Farrar, un oceanografo fisico presso la Woods Hole Oceanographic Institution. "Le misurazioni di S-MODE possono aiutarci a capire come questi processi sono rappresentati nei modelli e come migliorarne la rappresentazione".

Delta dei fiumi e innalzamento del livello del mare

Milioni di persone si affidano ai servizi forniti dai delta costieri come il delta del fiume Mississippi. Tali servizi includono l'attività di vivaio per i pesci, crostacei e altri animali, oltre a proteggere la nostra infrastruttura da uragani e tsunami. Però, la maggior parte dei principali delta del mondo sta sprofondando sotto l'innalzamento del livello del mare e scomparendo, portando con sé i mezzi di sussistenza e i servizi ecologici che forniscono.

La missione Delta-X studierà il delta del fiume Mississippi per capire quali parti della regione rischiano di scomparire e quali sopravviveranno. I delta potrebbero essere in grado di tenere il passo con l'innalzamento del livello del mare se si deposita abbastanza sedimento e se le piante sono abbastanza sane da far crescere le radici. Gli scienziati di Delta-X utilizzeranno strumenti di telerilevamento a bordo degli aerei King Air e Gulfstream della NASA, con voli provenienti dal Lakefront Airport di New Orleans e dal Johnson Space Center della NASA, e misurazioni sul campo del flusso d'acqua per determinare dove si depositeranno i sedimenti trasportati da quell'acqua. Gli scienziati quantificheranno anche la quantità di suolo organico creato dalla decomposizione delle piante.

"Questi nuovi dati ci aiuteranno a comprendere e mitigare l'impatto dell'innalzamento del livello del mare sulle importantissime risorse costiere che si trovano nei delta, " ha dichiarato il ricercatore principale di Delta-X Marc Simard del Jet Propulsion Laboratory di Pasadena, California.

Gli aerosol cambiano le nuvole

Le interazioni meteorologiche della nuvola di aerosol sull'esperimento sull'Atlantico occidentale, o ATTIVA, esaminerà il ruolo fondamentale che le nuvole dello strato limite marino giocano nel bilancio energetico della Terra e nel ciclo dell'acqua. Questo tipo di nube copre ampi tratti degli oceani del pianeta. Il modo in cui i sistemi cloud cambiano continua a essere una delle maggiori incertezze rimanenti nei modelli che guardano al riscaldamento globale.

La campagna, che inizia a febbraio, si concentrerà sull'Oceano Atlantico settentrionale occidentale, dove i ricercatori misureranno un'ampia gamma di aerosol, nubi e condizioni meteorologiche. I ricercatori condurranno voli scientifici su due velivoli, un Falcon della NASA e un King Air, che voleranno in modo coordinato mentre saranno dotati di una serie di strumenti di telerilevamento e in situ. I voli partiranno dal Langley Research Center della NASA a Hampton, Virginia.

"Nonostante molte precedenti campagne sul campo, non abbiamo misurazioni complete in una varietà di condizioni per trarre conclusioni definitive sugli effetti di queste interazioni tra aerosol, nuvole e meteorologia sul clima, " disse Armin Sorooshian, ACTIVATE ricercatore principale dell'Università dell'Arizona. "Con questo studio, intendiamo affrontare questo problema e fornire dati che la comunità scientifica internazionale potrà utilizzare per gli anni e i decenni a venire".

Quando forti tempeste colpiscono la stratosfera

Nel mese di giugno, Dinamica e chimica della stratosfera estiva, o DCOTSS, indagherà sulle tempeste intense che si formano negli Stati Uniti centrali durante i mesi estivi. Quando queste tempeste diventano abbastanza alte, superano la troposfera, lo strato più basso dell'atmosfera terrestre, e può iniettare vapore acqueo e sostanze inquinanti nella stratosfera sovrastante, alterando notevolmente la sua composizione chimica. Possono persino influenzare negativamente l'ozono stratosferico, che assorbe la dannosa luce ultravioletta del sole.

Gli scienziati prenderanno di mira queste tempeste in eccesso utilizzando i dati dei satelliti meteorologici e dei radar terrestri e raccoglieranno misurazioni con l'aereo ad alta quota ER-2 della NASA, che volerà fino a 70, 000 piedi, significativamente più alto di quanto possa andare la maggior parte degli aerei di ricerca. I voli partiranno da Salina, Kansas.

"DCOTSS è la prima missione scientifica specificamente progettata per osservare il materiale sollevato nella stratosfera da intensi temporali, "ha detto Ken Bowman, Investigatore principale DCOTSS della Texas A&M University. "Misurando direttamente il deflusso della tempesta con l'aereo ER-2, possiamo imparare come queste tempeste influenzano la stratosfera di oggi, e come il loro impatto potrebbe cambiare al variare dell'atmosfera nei prossimi decenni".