La primavera pasada, Universidad de Colorado, La científica investigadora de Boulder Jessie Creamean pasó unas semanas en el helado y ventoso Oliktok Point, Alaska. A la vista de las refinerías y plataformas petrolíferas del mar de Beaufort y de la vertiente norte, rodeadas de hielo, creó un sistema de muestreo de aerosoles para un proyecto sobre partículas nucleantes de hielo (INP).

Los INP son un factor poco conocido en las nubes árticas de fase mixta, que juegan un papel importante en el control de la cantidad de energía que llega al vulnerable hielo marino de la región.

Creamean trabaja en el Instituto Cooperativo de Investigación en Ciencias Ambientales (CIRES) y es parte de un equipo ampliamente capacitado de investigadores de Boulder que trabajan en un proyecto de cuatro años diseñado para avanzar en la comprensión de la atmósfera ártica.

Está financiado por el programa de Investigación del Sistema Atmosférico (ASR) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) y dirigido por otro científico del CIRES, investigador principal Gijs de Boer.

El proyecto se centra en Oliktok Point, un observatorio atmosférico a corto plazo financiado por la Instalación de Investigación de Medición de Radiación Atmosférica (ARM) del DOE y hogar de la tercera Instalación Móvil ARM (AMF3). Se encuentra a unos 260 kilómetros (162 millas) al sureste de Utqiaġvik (antes conocido como Barrow), donde ARM mantiene su observatorio atmosférico fijo de North Slope of Alaska (NSA).

Las habilidades adecuadas

Todo el equipo de ASR está formado por científicos físicos, pero cada uno tiene un conjunto diverso de habilidades para impulsar el proyecto. Creamean, para uno, se especializa en aerosoles (diminutas partículas que forman nubes en el aire) y química de aerosoles. De Boer, el líder del equipo de ASR para los esfuerzos de ARM en Oliktok Point, es un experto en sensores remotos y sistemas aéreos no tripulados (UAS) —el vuelo bajo, Los aviones de vuelo lento están siendo probados prometedores como plataformas para observaciones atmosféricas.

A ellos se unen en el proyecto Oliktok otros expertos de CIRES, cada uno enumerado con una pista abreviada de la experiencia que aportan:Matthew Shupe (procesos en la nube); Amy Solomon (simulaciones de remolinos grandes y modelado regional); Christopher Cox (presupuestos de radiación de superficie y teledetección); Sergey Matrosov (escaneo de radares y propiedades de precipitación); Christopher Williams (teledetección, dinámica de la nube, y microfísica); Maximilian Maahn (teledetección, nubes polares); y el estudiante de doctorado Matthew Norgren (interacciones aerosol-nube).

Allison McComiskey (interacciones aerosol-nube) y Dave Turner (evolución de nubes y transferencia radiativa de onda larga) se unen al grupo de proyecto del Laboratorio de Investigación del Sistema Terrestre de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica en Boulder.

Misiones árticas

Cuando se lanzó el proyecto ASR en marzo de 2015, Abrazó un ambicioso conjunto de preguntas científicas relacionadas con las condiciones de rápida evolución en el Ártico, donde la capa de hielo marino se está reduciendo, el permafrost se está calentando, y los ecosistemas están cambiando.

Estos rápidos cambios están teniendo lugar dentro de un régimen atmosférico que tiene efectos cada vez más claros en el clima en las altitudes más bajas y en los sistemas terrestres en general.

De Boer y sus colaboradores han apuntado a las lagunas de conocimiento en algunos procesos atmosféricos árticos fundamentales, con miras a reducir las incertidumbres en los modelos diseñados para simular las condiciones presentes y predecir las futuras.

Juntos han participado en 13 artículos hasta ahora, ya sea publicado o aceptado.

"Hay mucho más por hacer, "dice de Boer, anotando una lista de tareas en la pizarra detrás de él. Espera que se aborden antes de que se cierre el proyecto en febrero de 2019.

Progreso, en unos pocos titulares

En general, el proyecto ya ha arrojado luz sobre la influencia atmosférica de la industria local cerca del sitio. También ha desplegado nuevas formas de medir la atmósfera, incluyendo UAS y globos atados. "Proporcionan perspectivas que no habíamos tenido en el pasado, "dice de Boer.

El proyecto también ha agregado información sobre lo que de Boer llama "variabilidad espacial". En lugar de que Utqiaġvik sea la única fuente de datos atmosféricos para esa parte del Ártico, ahora hay dos observatorios desde los que evaluar hipótesis.

Las misiones oficiales del proyecto comienzan con una investigación de las transiciones entre estados atmosféricos despejados y nublados en las latitudes altas. "Hemos capturado nueva información, ", dice De Boer. Se están realizando nuevas simulaciones.

Los investigadores del proyecto también están profundizando en las precipitaciones en latitudes elevadas. En el Ártico es muy difícil representar con precisión la forma y la masa de los copos de nieve, en parte porque es difícil distinguir la nieve que sopla de la nieve nueva. Para abordar esta dificultad, el equipo utiliza datos de instrumentación avanzada, incluido el escaneo de radares en la nube.

Gran parte del trabajo pesado aquí proviene del trabajo en microfísica de nubes de Matrosov, que utiliza radares de exploración y de longitud de onda más larga para desentrañar las propiedades de la precipitación, y por Salomón, un experto en el uso de simulaciones de remolinos grandes de muy alta resolución y modelado regional para comprender los procesos físicos clave.

Antes del proyecto Oliktok, se archivaron muy pocos datos sobre esa franja del Ártico, dice Shupe, un veterano de las campañas de clima frío. "Hemos pasado de casi nada a tener algunos productos de datos importantes, estudios, y papeles ".

Señaló los estudios de Maahn, Creamean, de Boer, Matrosov, y Williams (que trabajó en la ordenación matemática de las señales de radar en el sitio, donde el brillo de las tuberías de las refinerías es un factor de confusión).

Shupe también está trabajando con Turner para modificar su algoritmo Shupe-Turner para recuperar las propiedades de la nube ártica (basadas en datos microfísicos de Utqiaġvik) a las condiciones en Oliktok. Pronto se lanzará al Centro de datos de ARM.

El proyecto también tiene la misión de caracterizar los aerosoles y las interacciones entre dichas partículas y las nubes. Es aquí donde el trabajo de Creamean, apoyado por ARM, adquiere significado. Ella está midiendo las temperaturas de congelación y las concentraciones de INP en Oliktok Point, una investigación primero.

Durante marzo de 2017, y con la ayuda de los técnicos del sitio que supervisaron sus instrumentos hasta mayo, Creamean recogió muestras diarias (polvo, bacterias y otras partículas) para un proyecto que pronto dará lugar a un papel. Sus preguntas:¿De dónde provienen estas semillas de gotas de nubes y cristales de hielo? y ¿cómo afectan las propiedades de las nubes árticas?

El equipo también está explorando cómo los aerosoles se dispersan y absorben la radiación en la atmósfera a lo largo de la vertiente norte de Alaska; cómo se comportan estas partículas formadoras de nubes dentro de los ciclos estacionales; y cuán diferentes son esas partículas en Oliktok, a la vista de los campos petrolíferos, en comparación con el aire relativamente prístino de Utqiaġvik.

Un artículo de 2017, dirigido por Maahn, analizó cómo el tamaño de las gotas de las nubes se ve afectado por los insumos industriales locales en Oliktok.

La tarea más ambiciosa del equipo de investigación puede ser la investigación de las nubes árticas y su influencia climatológica. En esa región y en otros lugares, las nubes son una de las mayores fuentes de incertidumbre en los modelos.

Este verano ayudará en ese sentido, cuando de Boer lidere una campaña ARM, espera que haga de Oliktok Point un centro de actividad central durante el Año de la Predicción Polar (YOPP), un período intensivo de observaciones árticas internacionales coordinadas.

De Boer dice Perfiles en Oliktok Point para mejorar los experimentos de YOPP (POPEYE), programado del 1 de julio al 30 de septiembre, agregará UAS mejorado, globo atado, y mediciones de radiosonda (globo meteorológico) a las que ya están siendo recogidas por AMF3.