Efter att ha blivit försenad över ett år på grund av pandemin, en NASA-fältkampanj för att studera rollen som småskaliga bubbelpooler och havsströmmar i klimatförändringen flyger och tar till havet i maj 2021.

Med hjälp av vetenskapliga instrument ombord på ett självgående havsglidare och flera flygplan, denna första utplacering av uppdraget Sub-Mesoscale Ocean Dynamics Experiment (S-MODE) kommer att distribuera dess svit av vatten- och luftburna instrument för att säkerställa att de arbetar tillsammans för att visa vad som händer precis under havets yta. Den fullfjädrade fältkampanjen börjar i oktober 2021, med flygplanet baserat på NASA:s Ames Research Center i Mountain View, Kalifornien.

"Denna kampanj i maj är till stor del för att jämföra olika sätt att mäta havsytans strömmar så att vi kan lita på de mätningarna när vi kommer till piloten i oktober, sa Tom Farrar, biträdande forskare vid Woods Hole Oceanographic Institution i Massachusetts och huvudforskare för S-MODE.

S-MODE-teamet hoppas kunna lära sig mer om småskaliga rörelser av havsvatten som virvlar. Dessa bubbelpooler sträcker sig över cirka 6,2 miles eller tio kilometer, långsamt rörligt havsvatten i ett virvlande mönster. Forskare tror att dessa virvlar spelar en viktig roll för att flytta värme från ytan till havsskikten nedanför, och vice versa. Dessutom, virvlarna kan spela en roll i värmeutbytet, gaser och näringsämnen mellan havet och jordens atmosfär. Att förstå dessa småskaliga virvlar kommer att hjälpa forskare att bättre förstå hur jordens hav bromsar den globala klimatförändringen.

Teamet använder en självgående kommersiell vågglidare dekorerad med vetenskapliga instrument som kan studera havet från dess yta. De viktigaste prylarna ombord är de akustiska Doppler -aktuella profilerna, som använder ekolod för att mäta vattnets hastighet och samla in information om hur snabbt strömmarna och virvlarna rör sig, och åt vilket håll. Segelflygplanet har även instrument för att mäta vindhastighet, lufttemperatur och luftfuktighet, vattentemperatur och salthalt, och ljus och infraröd strålning från solen.

"Vågglidaren ser ut som en surfbräda med en stor persienn under sig, sa Farrar.

Den där "persiennen" är nedsänkt under vattnet, rör sig upp och ner med havets vågor för att driva segelflygplanet framåt med cirka en mil i timmen. På det här sättet, vågglidaren kommer att sättas in från La Jolla, Kalifornien, samlar in data när den färdas över 62 miles (100 kilometer) ut i havet utanför Santa Catalina Island.

De nya uppgifterna kommer att göra det möjligt för forskarna att uppskatta utbytet av värme och gaser mellan jordens atmosfär och havet, och följaktligen bättre förstå globala klimatförändringar.

"Vi vet att atmosfären värms upp. Vi vet att vindarna ökar. Men vi förstår inte riktigt vart all den energin tar vägen, sa Ernesto Rodriguez, forskare vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien, och biträdande huvudutredare för de luftburna delarna av S-MODE. Det är troligt att denna energi går ut i havet, men detaljerna om hur den processen fungerar är fortfarande okända. Teamet tror att småskaliga virvlar kan hjälpa till att flytta värme från atmosfären till de djupare lagren av havet.

Ögon och vetenskapliga instrument i himlen

Medan Wave Glider fortsätter sin långsamma vandring över havets yta, flera flygplan kommer att flyga över huvudet för att samla in data från en annan synvinkel.

"I ett flygplan, vi kan få en ögonblicksbild av ett stort område för att se sammanhanget för hur de större och mindre havsrörelserna samverkar, sa Rodriguez.

Till exempel, ett fartyg eller vågglidare färdas långsamt längs en rak linje, göra exakta mätningar av havsytans temperatur vid specifika tider och platser. Flygplan rör sig snabbare och kan täcka mer mark, mäter yttemperaturen på ett stort hav mycket snabbt.

"Det är som att ta en infraröd bild istället för att använda en termometer, " förklarade Farrar.

Två plan kommer att användas i testflygningarna i maj:ett B200-plan från NASA:s Armstrong Flight Center i Edwards, Kalifornien och ett kommersiellt plan från Twin Otter International. B200 bär ett instrument från NASA JPL som heter DopplerScatt för att mäta strömmar och vindar nära havsytan med radar. Multiscale Observing System of the Ocean Surface (MOSES) instrument från University of California, Los Angeles är också ombord för att samla in havstemperaturdata. På Twin Otter-planet finns Modular Aerial Sensing System (MASS) från Scripps Institution of Oceanography vid University of California, San Diego, som är ett instrument som kan mäta höjden av vågor på havets yta.

Flottan får en tredje medlem för experimenten i oktober:NASA:s Langley Research Center Gulfstream III -plan med JPL:s Portable Remote Imaging SpectroMeter (PRISM), ett instrument för att mäta växtplankton och annat biologiskt material i vattnet. Utplaceringarna i oktober kommer också att använda ett stort fartyg och några autonoma segelfartyg, kallas segeldroner, förutom flygplan och Wave Gliders.

Efter nästan ett och ett halvt år av förseningar på grund av pandemin, S-MODE-teamet är glada över att få sina plan på himlen och segelflygplanen i vattnet. "Det var frustrerande, "Rodriguez sa, "men vetenskapsteamet har inte saktat ner. Vetenskapen fortsätter att gå framåt."