Las nubes bajas pueblan los dos primeros kilómetros de la atmósfera. Las nubes cumuliformes se amontonan alto y están formadas por columnas de aire que asciende rápidamente. Los estratiformes tienen forma de hoja y muestran poco movimiento de aire vertical.

Dado que las nubes bajas son abundantes en todo el mundo, impactan en gran medida el balance energético de radiación del planeta y su clima. Parte de ese impacto se debe a la influencia que tienen las nubes bajas en el albedo de la Tierra, una medida de la cantidad de energía solar que se irradia al espacio.

Sin embargo, las nubes bajas están mal representadas en los modelos del sistema terrestre, una gran fuente de incertidumbre en las simulaciones climáticas. Las lagunas en los datos de observación son en gran parte las culpables. En regiones marinas remotas, por ejemplo, Las nubes bajas, llamadas nubes de la capa límite marina (MBL), son difíciles de medir por su carga de condensado, por sus propiedades radiantes, y por cómo se organizan en escalas de hasta 100 kilómetros.

Otra fuente de incertidumbre es cómo responden las nubes bajas a los cambios en los aerosoles, las partículas sólidas o líquidas en suspensión, dentro de ellas. En aerosoles, Las perturbaciones tanto naturales como antropogénicas (humanas) pueden afectar la forma en que las nubes se dispersan o absorben la radiación. cómo crean precipitación, y cuanto tiempo viven.

A partir de este junio, una nueva campaña de investigación patrocinada por el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) abordará dichas incertidumbres en los modelos. La campaña Aerosol and Cloud Experiments in Eastern North Atlantic (ACE-ENA), un intento de llenar algunas lagunas de datos de observación, está programado para ejecutarse en dos fases de 40 días, una en junio y julio de este año, y uno en enero y febrero de 2018.

El centro operativo de la campaña es el Atlántico Norte Este (ENA), un observatorio atmosférico fijo en la isla Graciosa en las Azores al oeste de Portugal. Está gestionado por la Instalación de Investigación del Clima de Medición de Radiación Atmosférica (ARM), una instalación para usuarios científicos del DOE con tres observatorios fijos en regiones del mundo sensibles al clima.

Al examinar los procesos clave de aerosoles y nubes en un entorno marino remoto, Los científicos de ACE-ENA también abordarán una variedad de objetivos científicos. Investigarán la presupuestación y las variaciones estacionales en los núcleos de condensación de nubes; las estructuras microfísicas y macrofísicas dentro de las nubes MBL; cómo el aire ambiental se mezcla —entraña— en las corrientes y las nubes; y qué tan bien los algoritmos actuales se ocupan de las nuevas mediciones de turbulencia en el aire, contenido de agua líquida, y el tamaño de las gotas tanto de la llovizna como de las nubes.

Desde arriba y desde abajo, sinergia

La combinación de observaciones terrestres y aéreas crea una sinergia fructífera en el corazón de las mediciones ACE-ENA, dice el investigador principal de la campaña, Jian Wang, un científico atmosférico en el Laboratorio Nacional Brookhaven (BNL) en Nueva York. "Obtienes una imagen más completa de aerosoles y nubes".

Los instrumentos fijos terrestres funcionan de forma continua durante un tiempo prolongado, él dice. Las aeronaves cubren períodos de tiempo más cortos, pero obtenga información más detallada sobre los procesos interconectados de aerosoles y nubes relacionados con los gases traza, llovizna, y termodinámica atmosférica. Medidas aéreas, dice Wang, también ayudan a validar aquellos desde el suelo.

Se han ejecutado campañas similares en busca de datos sobre nubes marinas bajas frente a las costas de Chile y California. él dice, pero ACE-ENA será el primero en coordinar significativamente las observaciones aéreas y terrestres en el este del Atlántico Norte.

Una medida de la novedad y la promesa de la campaña es la cantidad de científicos que no solo se inscribieron como coinvestigadores y colaboradores, sino que aparecerán en el sitio durante la campaña. incluso solo para ayudar con el pronóstico del tiempo. "Aparecerá un buen número de personas, "dice Wang. Él es un usuario de datos ARM desde hace mucho tiempo y participa activamente en comités y grupos de trabajo para la Investigación del Sistema Atmosférico del DOE, que coordina con ARM Facility en la recopilación y análisis de datos de nubes y aerosoles.

Durante ACE-ENA, Muchos de los datos que necesitan los científicos se recopilan mejor en plataformas aéreas. Haciendo el trabajo pesado estará el avión de investigación Gulfstream-159 (G-1) de ARM, la pieza central de ARM Aerial Facility (AAF) administrada por el Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) en Richland, Washington. Llevará 55 sistemas de instrumentos durante vuelos intrincadamente programados de espirales y patas.

En espirales la aeronave vuela hacia arriba y hacia abajo a través de un rango de altitudes para reunir perfiles verticales de aerosoles y nubes. Las piernas se vuelan a múltiples altitudes para recibir datos desde abajo, dentro de, y por encima de la capa de nubes. Los patrones de vuelo de las piernas proporcionan imágenes de datos detalladas de las distribuciones verticales y variaciones horizontales de nubes bajas y aerosoles.

A veces, las piernas también vuelan en la troposfera libre, muy por encima de las nubes de la capa límite. Los datos de esta región atmosférica ayudarán a los científicos a comprender si las partículas de aerosol observadas provienen de fuentes locales, o se transportan a largas distancias.

Las cuadrículas de vuelo de 60 × 60 kilómetros del experimento se centrarán en el sitio terrestre de la isla Graciosa de ENA. La mayoría de las pistas aerotransportadas estarán dentro del rango de los radares de escaneo ENA, permitiendo a los científicos obtener el tipo de información microfísica detallada necesaria para evaluar los algoritmos utilizados para recuperar la información de las nubes a partir de las observaciones de radar.

Para obtener buenos datos, mucho tiempo de vuelo

El G-1, un laboratorio de investigación aerotransportado de dos turbohélice, Volará dos misiones de 40 días durante la campaña de dos fases:unos 20 vuelos cada vez, hasta cuatro horas seguidas. "Volaremos tanto como podamos, "dice el gerente de AAF Beat Schmid, un científico atmosférico en PNNL.

Durante ACE-ENA, el G-1 tendrá su base a 90 kilómetros de Graciosa, en una base aérea conjunta de Estados Unidos y Portugal llamada Lajes, en la isla de Terceira.

Mientras tanto, para el 20 de abril, el paquete de instrumentos G-1 habrá sido completamente integrado y probado en un aeropuerto no lejos de PNNL, un proceso que comenzó el 10 de febrero. Luego, aproximadamente la mitad de ese equipo tuvo que empaquetarse y enviarse por separado, dice Schmid, "para que tengamos suficiente combustible" para cruzar el Atlántico desde una escala en St. John's, Terranova. Una vez en Lajes, el 15 de junio tanto el avión como los instrumentos serán reintegrados.

A bordo, por primera vez para un avión DOE, será un Detector Holográfico de Nubes (HOLODEC), un dispositivo montado en un ala que toma imágenes multidimensionales "increíblemente detalladas" de las gotas de nubes, dice Schmid. "No es una imagen en un sentido convencional". El proceso es tan intensivo en datos, él añade, que los enormes archivos resultantes, demasiado grandes para Internet, deben enviarse de regreso a ARM en discos.

El HOLODEC proporciona información sobre cómo interactúan las gotas de nubes en escalas microfísicas. También ayudará a los científicos de ACE-ENA a estudiar cómo se ve afectada la distribución del tamaño de las gotas de las nubes al mezclar aire turbio con aire más seco. aire no turbio.

El avión G-1 también volará el espectrómetro de movilidad integrado rápido (FIMS), un instrumento único desarrollado en BNL que se utiliza para medir tanto las concentraciones de aerosoles como la distribución del tamaño de partículas de los aerosoles.

Los instrumentos de ACE-ENA, en el suelo y en el aire, todos comparten una misión colaborativa:obtener los mejores datos sobre las nubes bajas que influyen en el clima en un entorno marino remoto.

"Si se equivocan en los modelos, "dice Schmid, "tiene un gran impacto".