Il ciclo dell'acqua descrive come l'acqua evapora dalla superficie della terra, sale nell'atmosfera, si raffredda e si condensa in pioggia o neve in nuvole, e ricade in superficie come precipitazione. Credito:NASA
Il meteorologo del Laboratorio di ricerca navale statunitense Jeffrey Reid è in prima linea nella ricerca che studia il ruolo delle particelle di aerosol, e le relazioni tra le particelle con la meteorologia dei monsoni, nuvole e i raggi del sole.
Le particelle di aerosol che fluttuano nell'ambiente nascondono grandi misteri per gli scienziati di tutto il mondo. Le particelle variano in dimensioni da fasci di molecole (10 nm) a un granello di sabbia, e sono in grado di navigare in aria per migliaia di chilometri. Piccole e apparentemente insignificanti da sole, le particelle viaggiano come sciami inanimati, influenzando il tempo e il clima della terra in modi che gli scienziati non comprendono ancora appieno.
Reid è stato lo scienziato della missione per la campagna internazionale sul campo, La nuvola, Esperimento nelle Filippine sui processi di aerosol e monsoni (CAMP2Ex), la più grande campagna aerea sul campo fino ad oggi nel sud-est asiatico marittimo. La campagna avviata dalla NASA ha studiato il clima tropicale e gli aerosol nella regione del sud-est asiatico lo scorso anno da agosto a ottobre.
Come scienziato della missione, Reid era responsabile della gestione delle operazioni quotidiane delle squadre scientifiche e di volo. I suoi sforzi hanno assicurato al team di oltre 150 scienziati di raccogliere dati in modo efficiente e sicuro nonostante condizioni meteorologiche estreme e caratteristiche geofisiche difficili.
CAMP2Ex era una partnership con la NASA, NRL, l'Osservatorio di Manila, l'atmosfera filippina, Amministrazione dei servizi geofisici e astronomici (PAGASA), e varie organizzazioni accademiche. I ricercatori della campagna hanno cercato di raccogliere dati per rispondere a tre domande chiave:
Gli scienziati filippini erano particolarmente interessati alle ramificazioni della meteorologia monsonica sull'idrologia regionale, oceanografia e qualità dell'aria.
Con le sue caratteristiche geologiche uniche e gli estremi meteorologici annuali, l'arcipelago delle Filippine è un luogo ideale per gli scienziati per condurre questa ricerca. Seduto a cavalcioni della cintura dei tifoni del Pacifico, 20-21 tempeste cicloniche colpiscono le Filippine ogni anno, e da cinque a sei di queste tempeste colpiscono tipicamente la serie di isole. Queste tempeste hanno impatti locali devastanti, ma sono anche parte integrante della meteorologia dell'Oceano Indiano attraverso l'Oceano Pacifico.
"Essere in grado di prevedere [i principali eventi meteorologici] con maggiore precisione e tempi di consegna ha evidenti vantaggi, non ultimo dei quali è tenere le persone al sicuro, " ha detto Hal Maring, Scienziato del programma CAMP2Ex della NASA.
"Vogliamo comprendere meglio come le particelle di aerosol prodotte dalla biomassa influenzino direttamente e indirettamente il bilancio delle radiazioni della Terra, e come interagiscono con le nuvole rispetto alle precipitazioni, " ha detto. "Se abbiamo intenzione di fare previsioni climatiche con maggiore fedeltà, quei processi devono essere compresi”.
La loro ricerca ha implicazioni internazionali per le previsioni del tempo. Secondo Reid, le informazioni raccolte dalle Filippine potrebbero essere utilizzate per sviluppare modelli per prevedere i principali eventi meteorologici in tutto il mondo, compresi quelli negli Stati Uniti. Questa capacità si sarebbe rivelata preziosa per la Marina, che mantiene una presenza costante dislocata in avanti.
I cicli idrologici e aerosol:come un granello crea un temporale
Il ciclo idrologico, più comunemente noto come "ciclo dell'acqua" è un processo continuo di evaporazione e precipitazione. Secondo Reid, le particelle di aerosol sono una parte importante di questo ciclo, perché servono come nuclei per la formazione di goccioline di nuvole.
Gli aerosol vengono prodotti in vari modi. Alcuni sono inquinamento prodotto dall'uomo, come lo scarico dell'auto, combustione di biomasse ed emissioni industriali. Altri si verificano naturalmente, come quelli fatti di polvere del Sahara o di sale dell'oceano.
Ogni goccia di nuvola ha nel suo nucleo una particella aerotrasportata, secondo Reid. Ciò significa che al variare del numero di particelle inquinanti nell'atmosfera, così anche il numero di goccioline di nubi, così come le loro proprietà radiative, quanto durano, e, in definitiva, precipitazione.
"Le reazioni chimiche avvengono all'interno di quelle goccioline di nuvole, " ha detto. "Quindi il feedback tra le emissioni, fotochimica, [influenzare] come cambiano le nuvole e come le nuvole stanno cambiando queste particelle di aerosol è complesso. Conosciamo grosso modo tipi generali di relazioni, ma non conosciamo i dettagli".
"Alcune particelle vengono fatte piovere, e alcuni vengono scaricati al di fuori del cloud. Quindi sono ancora più grandi ed efficaci nel creare goccioline di nuvole più grandi e vengono riciclate nelle nuvole. In alcuni casi le particelle inibiscono la precipitazione. In altri possono intensificare i temporali"
Collaborazione internazionale per un passo avanti nella previsione di eventi meteorologici estremi
Una campagna di ricerca di questa portata ha richiesto un ampio coordinamento tra il governo degli Stati Uniti e delle Filippine e il suo pubblico, privato, e organizzazioni accademiche. Durante la campagna, uno degli obiettivi di Reid era costruire una collaborazione tra i ricercatori e le loro controparti filippine.
Nell'anno che precedette la campagna, Reid e il suo team di previsioni di meteorologia e oceanografia (METOC) hanno lavorato con i team di previsione e di volo per esercitarsi a creare previsioni per la pianificazione del volo. Al momento dell'inizio della campagna, i membri del team avevano esperienza nella produzione di previsioni e piani di volo utilizzando dati meteorologici reali provenienti dalle vicinanze delle Filippine.
"[Le previsioni] ci hanno fornito prototipi legittimi da condividere con le Filippine per facilitare l'ottenimento dell'autorizzazione diplomatica, nonché il permesso di base e di sorvolo, "Maring ha detto.
Durante la campagna, Reid, Maring, i membri del METOC e le squadre di volo si sono incontrati la mattina presto per determinare le posizioni migliori per far volare il P-3 Orion della NASA e lo SPEC Learjet per la raccolta dei dati. La preparazione per i voli scientifici ha richiesto ore.
"Il personale di terra ha preparato l'aereo, e controlleremo due e tre volte la meteorologia, e ricontrollare i piani di volo, " Maring ha detto. "Alcuni degli strumenti hanno impiegato ore per riscaldarsi".
Secondo Marring, i loro colleghi filippini hanno condotto la parte dello studio sulla qualità dell'aria, utilizzando gli strumenti sul P-3 per caratterizzare la qualità dell'aria, compreso il particolato sospeso.
"Siamo stati in grado di ottenere un volo dedicato esclusivamente alla raccolta di dati sulla qualità dell'aria all'interno e intorno al Manilla Megaplex che includeva la misurazione di bolina e sottovento, " Maring ha detto. "Siamo stati in grado di effettuare misurazioni da vicino alla superficie, (circa) da 350 piedi a oltre 20, 000 piedi."
Le condizioni della missione erano perfette per questo tipo di studio, secondo Reid, fornendo l'ampia varietà di ambienti che il team scientifico stava cercando. I ricercatori hanno osservato enormi pennacchi di fumo dal Borneo con l'inquinamento delle megalopoli insieme a masse d'aria incontaminate e lo sviluppo di cicloni tropicali.
Nel frattempo, i ricercatori dell'Office of Naval Research stavano anche raccogliendo dati climatici dalla loro nave da ricerca Sally Ride al largo delle coste delle Filippine. Negli ultimi cinque anni l'ONR e i suoi collaboratori hanno monitorato l'impatto del clima regionale sulle condizioni meteorologiche in tutto il mondo nell'ambito del programma PISTON (Propagation of Intra-Seasonal Tropical OscillatioNs).
"Il sud-est asiatico è una pentola bollente per evaporazione e convezione, " Reid ha detto. "Il vapore acqueo entra nell'atmosfera nel sud-est asiatico e alla fine può raggiungere gli Stati Uniti. Possiamo passare le informazioni raccolte qui a una missione come PISTON che prende i dati e osserva i trasporti a lungo raggio e le condizioni meteorologiche in tutto l'Oceano Pacifico. Allo stesso tempo, L'osservazione del PISTONE e gli sforzi di modellazione supportano l'analisi CAMP2Ex. In definitiva, la scienza di entrambe le missioni è strettamente connessa."
Ricercatori, però, bisognerà attendere i risultati.
"La regione è così complicata che analizzeremo i dati per almeno altri cinque anni, " Ha detto Reid. "Alla fine crediamo che questi dati resisteranno alla prova del tempo".
