Een door NASA gefinancierde veldcampagne die op 25 mei in Florida van start gaat, heeft een echte kans om het vermogen van meteorologen om enkele van de meest fundamentele vragen over het weer te beantwoorden, te verbeteren:waar gaat het regenen? Wanneer? Hoe veel?

Het Convectieve Processen Experiment (CPEX) genoemd, de campagne maakt gebruik van NASA's DC-8-luchtlaboratorium dat is uitgerust met vijf complementaire onderzoeksinstrumenten die zijn ontworpen en ontwikkeld door NASA. Het vliegtuig zal ook kleine sensoren dragen, dropsondes genaamd, die uit het vliegtuig vallen en metingen doen terwijl ze vallen. Samenwerken, de instrumenten verzamelen gedetailleerde gegevens over wind, temperatuur en vochtigheid in de lucht onder het vliegtuig tijdens de geboorte, groei en verval van convectieve wolken - wolken gevormd door warme, vochtige lucht die opstijgt uit de subtropische wateren rond Florida.

"Convectie is gewoon een kolom of bel van warme lucht die opstijgt, " zei CPEX hoofdonderzoeker Ed Zipser van de Universiteit van Utah in Salt Lake City. Die stijgende lucht kan het zaad van een regenbui worden; in de tropen en subtropen, inclusief het Zuiden van de V.S., convectie is de meest gebruikelijke manier om neerslag te vormen. Convectieve wolken kunnen samenkomen om een ​​grote regenbui te vormen of zelfs een orkaan worden.

Hoewel convectie zo'n fundamenteel atmosferisch proces is, het begin van convectie blijkt moeilijk te voorspellen. Bjorn Lambrigtsen van NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië, een lid van het wetenschappelijke team van CPEX, legde uit waarom:"Tropische convectie laait snel op. Er steekt een onweersbui op, doet zijn ding, en gaat over een uur of zo weg. En ze zijn niet erg groot.' Ze zijn meestal minder dan tien kilometer in doorsnede. Satellieten kunnen niet veel details waarnemen van zo'n klein kenmerk, zelfs als ze toevallig op het juiste moment op de juiste plaats kijken "Om te begrijpen wat een onweersbui doet ontstaan ​​en groeien, we hebben veldcampagnes nodig. We moeten vliegen naar waar de stormen zijn, hen en hun omgeving in detail bekijken, en meet tegelijkertijd alle belangrijke kenmerken, zei Lambrigtsen.

Zipser is vooral geïnteresseerd in gebieden met diepe convectie, met wolkentoppen hoger dan jets vliegen. "Als je naar een vakantieposter van Hawaï kijkt, je ziet een lucht vol kleine wattenbolletjes, ' zegt hij. 'Die wolken zijn maar een paar kilometer diep, en je zou er een lichte douche van kunnen krijgen. De troposfeer boven de tropen is 14 of 15 kilometer diep, en de bovenste helft van diepe convectieve wolken is vol ijsdeeltjes in plaats van vloeistofdruppels. Als deze diepe wolken beter georganiseerd worden, uitgroeien tot een groot systeem en over land bewegen, je kunt wijdverbreide, hevige regenval voor het grootste deel van de dag. We moeten uitzoeken wanneer diepe convectie zich gaat vormen en waarom."

Een maand, een vliegtuig, Vijf instrumenten

Het CPEX-team is van plan om in juni 10 tot 16 vluchten te registreren voor een totaal van ongeveer 100 vlieguren, als het weer het toelaat. Ze hopen de hele evolutie van convectieve stormen vast te leggen, van geboorte tot verval. Ze vliegen in welke richting het weer het meest veelbelovend lijkt, of het nu de Golf van Mexico is, het Caribisch gebied of de westelijke Atlantische Oceaan. De meest interessante gegevens zouden moeten komen wanneer het vliegtuig diepe maar matige convectie kan doordringen zonder de dreiging van bliksem, het verzamelen van gegevens vanuit een storm of stormsysteem.

De vijf NASA-instrumenten vliegen voor het eerst als groep samen:

1. OCHTENDGLOREN, de Doppler Aerosol Wind Lidar, is een relatief nieuwe toevoeging aan NASA's aardwetenschappelijke toolkit die het horizontale windprofiel onder het vliegtuig meet. Het werd ontwikkeld en wordt beheerd door NASA's Langley Research Center in Hampton, Virginia. Lambrigtsen merkte op dat in tegenstelling tot dropsondes, die alleen gegevens verzamelen van de plekken waar ze zijn gevallen, DAWN verzamelt een reeks continue gegevens langs de vliegroute. "Het is een van de belangrijkste metingen om tropische convectie te begrijpen, en het was niet beschikbaar tot DAWN en soortgelijke sensoren ter plaatse kwamen, ', aldus Lambrigtsen.
2. april-2, de Airborne Tweede Generatie Neerslagradar, meet neerslag en verticale beweging binnen stormen met behulp van dezelfde soort dual-polarisatie, dual-Doppler-technologie als grondradar van de National Weather Service. Ontwikkeld en beheerd door JPL, APR-2 meet de regen- of ijsdeeltjes in een wolk, die de structuur van de wolk onthullen.
3. Drie microgolfradiometers van JPL meten wat Lambrigtsen 'het brood en de boter van convectie' noemt:temperatuur, waterdamp, en de hoeveelheid vloeistof in wolken:

• HAMSR, de High Altitude MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) Sounding Radiometer;
• MTHP, de microgolftemperatuur- en vochtigheidsprofiler
• MASC, de Magnetron Atmosferische Sirene voor Cubesats. Dit experimentele instrument zal de mogelijkheid testen om een ​​geminiaturiseerde microgolfradiometer te laten vliegen op een kleine satelliet genaamd Cubesat. JPL-wetenschappers zullen de prestaties van MASC in CPEX beoordelen om het instrument verder te brengen op weg naar ruimtegereedheid.

Het DC-8-vliegtuig en de bemanning zijn gebaseerd op NASA's Armstrong Flight Research Center in Palmdale, Californië.

Beter begrip, Verbeterde modellen

Met een carrière die teruggaat tot de jaren 60, Ed Zipser weet als geen ander hoe een goede dataset uit veldonderzoek het begrip van de atmosfeer kan vergroten en de nauwkeurigheid van weer- en klimaatmodellen kan verbeteren. "We weten al sinds de jaren zeventig dat de sleutel tot een succesvolle voorspelling is dat we de rol van convectie kunnen begrijpen en behandelen, " zei hij. "We hebben veel vooruitgang geboekt, maar geen van de modelbehandelingen van convectie is iets dat je perfect zou kunnen noemen. We moeten beter observeren en meer begrijpen. CPEX is een behoorlijk opwindende kans om meer te leren over convectie en de evolutie ervan."