En las tardes de verano muy por encima de la superficie del sur de las Grandes Llanuras, ocurre un fenómeno que contribuye significativamente a la dinámica climática de la región. Llamados chorros de bajo nivel, estos vientos pueden alcanzar velocidades superiores a 55 mph, y juegan un papel en el transporte de calor y humedad a la región y contribuyen al desarrollo de tornados y la generación de energía eólica.

Obteniendo perfiles continuos de viento, la temperatura y la humedad asociadas con estos chorros de bajo nivel es importante para mejorar la precisión de los modelos atmosféricos como el modelo de actualización rápida de alta resolución de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA), que proporciona pronósticos asociados con condiciones meteorológicas peligrosas.

La NOAA y organizaciones similares de todo el mundo confían en la instalación de usuario de medición de radiación atmosférica (ARM) para proporcionar este tipo de observaciones a largo plazo de la atmósfera, ya sea en Oklahoma o en Oliktok Point, Alaska. Patrocinado por la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), La misión de ARM es mejorar nuestra comprensión de la nube, aerosol, procesos de precipitación y radiación y proporcionar los datos para representar mejor estos fenómenos en modelos a escala global.

ARM sirve como una ilustración ejemplar de la colaboración del DOE. Nueve laboratorios nacionales DOE, incluido el Laboratorio Nacional de Argonne, están involucrados en la operación o gestión de tres observatorios atmosféricos fijos y tres móviles, así como la operación y mantenimiento de 400 instrumentos meteorológicos, y una instalación aérea que incluye un avión y sistemas aéreos no tripulados.

"Creo que los beneficios de una colaboración tan grande son la experiencia en el dominio de los distintos laboratorios, así como experiencia regional, "dijo James Mather, Director Técnico de ARM en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico. "Y con ARM, existe la oportunidad de aprovechar las capacidades de cada laboratorio. Estoy muy orgulloso de cómo todo se junta, ", agregó." La instalación ARM a menudo se presenta como la forma en que puede funcionar un programa de múltiples laboratorios ".

¿Dónde en el mundo están?

Las tres estaciones fijas de ARM están ubicadas en puntos alrededor del mundo que hablan de la diversidad del clima de la Tierra:el observatorio de North Slope of Alaska está cerca de la ciudad de Utqiagvik; el observatorio del Atlántico Norte Oriental se encuentra en la Isla Graciosa, en las Azores, Portugal; y las instalaciones de Southern Great Plains (SGP) están ubicadas en Oklahoma y Kansas.

Los observatorios móviles y sus usuarios pueden ver un poco más del mundo, pero consumen gran parte de las actividades internas de ARM. Como mover una mega banda de rock n 'roll por el país El personal de ARM despliega diez contenedores de envío de 20 pies de largo cargados con aproximadamente 50 instrumentos a áreas de interés climático, de la Antártida y el Océano Pacífico, A África, Europa y China.

Estas campañas de campo suelen durar un año, y el impacto científico varía según la ubicación y otros factores, como qué tan bien funciona el equipo desplegado, financiación y, bien, naturaleza.

"Cuando haces experimentos de laboratorio, puedes configurar las cosas como quieras, puedes hacer tantas iteraciones como quieras, "señaló Mather." Pero cuando haces un estudio atmosférico, confías en lo que trae la naturaleza ".

Las campañas más largas brindan a los investigadores la oportunidad de observar tipos similares de condiciones varias veces para determinar si un evento fue una anomalía o parte de un patrón más amplio y comprender mejor la variabilidad de ciertos fenómenos.

Argonne se dirige al oeste

Además de sus científicos que realizan investigaciones climáticas utilizando datos ARM, Argonne también gestiona el observatorio SGP. El más antiguo y más grande de los sitios ARM fijos, La instalación central de SGP está ubicada en Lamont, Oklahoma, donde, no tan irónicamente, el viento viene barriendo la llanura:sus 17 instalaciones extendidas se esparcen generosamente por el centro-norte de Oklahoma y el sur de Kansas.

La naturaleza expansiva del SGP y el trabajo que realiza está íntimamente ligado a su geografía. Ubicado cerca de otras instituciones de investigación, como el Centro de Predicción de Tormentas del Servicio Meteorológico Nacional y el Laboratorio Nacional de Tormentas Severas, Abarca una variedad de entornos rurales y, quizás lo más importante, está situado dentro de una zona de transición climática.

"Ahí es donde tienes cuatro temporadas, "explicó Mike Ritsche de Argonne, Gerente de sitio SGP. "Ser capaz de medir lo que sucede por encima de su cabeza todos los días durante estos períodos de transición es importante porque el clima siempre es diferente".

Para proporcionar un registro continuo de esta zona de transición, El personal del SGP realiza cuatro lanzamientos de globos meteorológicos al día, cada seis horas, 365 días al año. Los globos miden la temperatura, humedad relativa, velocidad y dirección del viento y presión atmosférica, proporcionando un perfil vertical exacto de la atmósfera, desde la superficie a través de la capa más baja de la atmósfera, donde ocurre la mayor parte del tiempo.

La más equipada de las instalaciones de ARM, SGP está equipado con casi 200 instrumentos, como los lidares Doppler y los radares en la nube que brindan a los usuarios formas adicionales de visualizar la atmósfera verticalmente y, más específicamente, la distribución vertical de las nubes.

Esta variabilidad en el clima y la geografía de la región, combinado con el vasto conjunto de herramientas de SGP, crea un laboratorio natural para medir la dinámica de las nubes y los aerosoles y cómo interactúan con la superficie de la tierra, que los investigadores del SGP también miden y caracterizan.

"El perfil de humedad proveniente de un campo de trigo versus un pastizal versus un área boscosa son todos diferentes, "dijo Nicki Hickmon, Director asociado de operaciones de ARM. "Esa diferencia, junto con otras variables, determina si vamos a tener nubes o solo algo de neblina. ¿Cómo va a afectar eso a la radiación solar que entra y sale? Eso es lo que estamos midiendo esa es una de las cosas a las que estamos tratando de llegar ".

Los entregables, ella dijo, ¿Son los datos y las observaciones de calidad (las incertidumbres y los problemas de calidad debidamente señalados) accesibles a los investigadores del clima de todo el mundo para ayudar a desarrollar y validar los modelos climáticos y meteorológicos globales?

La perspectiva de un usuario

En 2018, 1, 173 usuarios accedieron a datos de ARM, adquirió acceso remoto a recursos informáticos de alto rendimiento desde su centro de datos en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge o realizó algún nivel de trabajo de campo en uno de los observatorios ARM.

Uno de ellos es el autoproclamado usuario avanzado Dave Turner, gerente del programa de Ciencias Atmosféricas para Energías Renovables (ASRE) de la NOAA en su Laboratorio de Investigación del Sistema Terrestre, y líder de la Sección de Evaluación de Modelos de la Rama de Desarrollo de la Asimilación en la división de Sistemas Globales del laboratorio.

Asociado con ARM en alguna capacidad desde 1994, su trabajo gira, en parte, en torno a la mejora de los modelos de pronóstico, como el modelo de actualización rápida de alta resolución (HRRR) de la NOAA, para ayudar a las empresas de energía a calcular la producción diaria de energía a partir de fuentes de energía renovables.

"El desafío es, si anticipan producir 10 megavatios a partir de energía solar para mañana, pero mañana está nublado y solo obtienen un megavatio, todavía tienen que averiguar cómo van a suministrar los otros nueve, "señaló Turner.

Turner está tratando de utilizar observaciones ARM, en particular los del sitio SGP, para ayudar a las empresas de energía a crear predicciones más precisas:comprender cómo las propiedades potenciales de la nube afectan los pronósticos de energía solar, mientras verifica si el HRRR predice con precisión esos chorros de bajo nivel en las llanuras centrales, lo cual es importante desde la perspectiva de la energía eólica.

"El SGP es quizás el mejor observatorio atmosférico del mundo, y he estado en muchos de ellos ", dijo Turner." Miden más variables con diferentes instrumentos y brindan una imagen más completa de lo que está sucediendo en la atmósfera que la que podría encontrar en cualquier otro lugar ".