Na een vertraging van meer dan een jaar als gevolg van de pandemie, een NASA-veldcampagne om de rol van kleinschalige draaikolken en oceaanstromingen bij klimaatverandering te bestuderen, neemt een vlucht en gaat in mei 2021 naar de zeeën.

Met behulp van wetenschappelijke instrumenten aan boord van een gemotoriseerd oceaanzweefvliegtuig en verschillende vliegtuigen, deze eerste inzet van de missie Sub-Mesoscale Ocean Dynamics Experiment (S-MODE) zal zijn reeks water- en luchtgedragen instrumenten inzetten om ervoor te zorgen dat ze samenwerken om te laten zien wat er net onder het oppervlak van de oceaan gebeurt. De volwaardige veldcampagne begint in oktober 2021, met het vliegtuig vanuit het Ames Research Center van NASA in Mountain View, Californië.

"Deze campagne in mei is grotendeels bedoeld om verschillende manieren om oceaanstromingen te meten te vergelijken, zodat we vertrouwen kunnen hebben in die metingen wanneer we in oktober bij de pilot aankomen, " zei Tom Farrar, associate scientist bij de Woods Hole Oceanographic Institution in Massachusetts en hoofdonderzoeker voor S-MODE.

Het S-MODE-team hoopt meer te weten te komen over kleinschalige bewegingen van oceaanwater zoals eddies. Deze draaikolken overspannen ongeveer 10 kilometer, langzaam bewegend oceaanwater in een wervelend patroon. Wetenschappers denken dat deze wervelingen een belangrijke rol spelen bij het verplaatsen van warmte van het oppervlak naar de oceaanlagen eronder, en vice versa. In aanvulling, de wervelingen kunnen een rol spelen bij de uitwisseling van warmte, gassen en voedingsstoffen tussen de oceaan en de atmosfeer van de aarde. Door deze kleinschalige wervelingen te begrijpen, kunnen wetenschappers beter begrijpen hoe de oceanen van de aarde de wereldwijde klimaatverandering vertragen.

Het team gebruikt een zelfrijdend commercieel golfzweefvliegtuig dat is uitgerust met wetenschappelijke instrumenten die de oceaan vanaf het oppervlak kunnen bestuderen. De belangrijkste snufjes aan boord zijn de akoestische Doppler current profilers, die sonar gebruiken om de watersnelheid te meten en informatie te verzamelen over hoe snel de stromingen en wervelingen bewegen, en in welke richting. Het zweefvliegtuig heeft ook instrumenten om de windsnelheid te meten, luchttemperatuur en vochtigheid, watertemperatuur en zoutgehalte, en licht en infraroodstraling van de zon.

"De golfglijder ziet eruit als een surfplank met een grote jaloezie eronder, ' zei Farar.

Die "jaloezieën" is ondergedompeld in het water, op en neer bewegen met de golven van de oceaan om het zweefvliegtuig voort te stuwen met ongeveer een mijl per uur. Op deze manier, het golfzweefvliegtuig wordt ingezet vanuit La Jolla, Californië, gegevens verzamelen terwijl het meer dan 100 kilometer de oceaan in reist voor de kust van Santa Catalina Island.

Met de nieuwe gegevens kunnen de wetenschappers de uitwisseling van warmte en gassen tussen de atmosfeer van de aarde en de oceaan schatten, en daardoor de wereldwijde klimaatverandering beter te begrijpen.

"We weten dat de atmosfeer aan het opwarmen is. We weten dat de wind aan het versnellen is. Maar we begrijpen niet echt waar al die energie naartoe gaat, " zei Ernesto Rodriguez, research fellow bij NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië, en plaatsvervangend hoofdonderzoeker voor de luchtdelen van S-MODE. Het is waarschijnlijk dat deze energie de oceaan in gaat, maar de details van hoe dat proces werkt zijn nog onbekend. Het team denkt dat kleinschalige draaikolken kunnen helpen om warmte van de atmosfeer naar de diepere lagen van de oceaan te verplaatsen.

Ogen en wetenschappelijke instrumenten in de lucht

Terwijl de Wave Glider zijn langzame tocht over het oceaanoppervlak voortzet, verschillende vliegtuigen zullen overvliegen om gegevens vanuit een ander gezichtspunt te verzamelen.

"In een vliegtuig, we kunnen een momentopname van een groot gebied krijgen om de context te zien van hoe de oceaanbewegingen op grotere en kleinere schaal op elkaar inwerken, ' zei Rodríguez.

Bijvoorbeeld, een schip of golfzweefvliegtuig reist langzaam langs een rechte lijn, het uitvoeren van nauwkeurige metingen van de temperatuur van het zeeoppervlak op specifieke tijden en plaatsen. Vliegtuigen bewegen sneller en kunnen meer grond bestrijken, het zeer snel meten van de temperatuur van het zeeoppervlak van een grote strook oceaan.

"Het is alsof je een infraroodbeeld maakt in plaats van een thermometer te gebruiken, ’ legde Farrar uit.

Bij de testvluchten van mei zullen twee vliegtuigen worden gebruikt:een B200-vliegtuig van NASA's Armstrong Flight Center in Edwards, Californië en een commercieel vliegtuig van Twin Otter International. De B200 draagt ​​een instrument van NASA JPL genaamd DopplerScatt om stromingen en winden nabij het oceaanoppervlak te meten met radar. Het Multiscale Observing System of the Ocean Surface (MOSES)-instrument van de Universiteit van Californië, Los Angeles is ook aan boord om gegevens over de temperatuur van het zeeoppervlak te verzamelen. Op het Twin Otter-vliegtuig bevindt zich het Modular Aerial Sensing System (MASS) van de Scripps Institution of Oceanography aan de Universiteit van Californië, San Diego, dat is een instrument dat in staat is om de hoogte van golven op het oppervlak van de oceaan te meten.

De vloot krijgt een derde lid voor de experimenten in oktober:NASA's Langley Research Center Gulfstream III-vliegtuig met JPL's Portable Remote Imaging SpectroMeter (PRISM), een instrument om fytoplankton en ander biologisch materiaal in het water te meten. De implementaties in oktober zullen ook gebruikmaken van een groot schip en enkele autonome zeilschepen, genaamd Saildrones, naast vliegtuigen en Wave Gliders.

Na bijna anderhalf jaar vertraging door de pandemie, het S-MODE-team is verheugd om hun vliegtuigen in de lucht en de zweefvliegtuigen in het water te krijgen. "Het was frustrerend, "Rodriguez zei, "maar het wetenschappelijke team is niet vertraagd. De wetenschap gaat door."