Låga moln fyller de första två kilometerna i atmosfären. Kumuliforma moln hamnar högt och är gjorda av kolonner med snabbt stigande luft. Stratiform är arkliknande och visar liten vertikal luftrörelse.

Eftersom låga moln är rikliga globalt, de påverkar planetens strålningsenergibudget och dess klimat i stor utsträckning. En del av den påverkan är från det inflytande låga moln har på jordens albedo, ett mått på hur mycket solenergi som strålar tillbaka ut i rymden.

Ändå är låga moln dåligt representerade i jordsystemmodeller, en stor källa till osäkerhet i klimatsimuleringar. Klyftor i observationsdata är till stor del skyldiga. I avlägsna marina regioner, till exempel, låga moln - kallade Marine Boundary Layer (MBL) moln - är svåra att mäta för sin kondensatbelastning, för deras strålningsegenskaper, och för hur de är organiserade på skalor på upp till 100 kilometer.

En annan osäkerhetskälla är hur låga moln reagerar på förändringar i aerosolerna - de suspenderade fasta eller flytande partiklarna - inom dem. I aerosoler, både naturliga och antropogena (mänskliga) störningar kan påverka hur moln sprider eller absorberar strålning, hur de skapar nederbörd, och hur länge de lever.

Från och med juni, en ny forskningskampanj sponsrad av US Department of Energy (DOE) kommer att ta itu med sådana modelleringsusäkerheter. Kampanjen Aerosol och moln i östra Nordatlanten (ACE-ENA), ett försök att fylla i några observationsdata luckor, är planerad att köras i två 40-dagars faser-en i juni och juli i år, och en i januari och februari 2018.

Kampanjens operativa centrum är Eastern North Atlantic (ENA), ett fast atmosfäriskt observatorium på ön Graciosa på Azorerna väster om Portugal. Det hanteras av Atmospheric Radiation Measurement (ARM) Climate Research Facility, en användaranläggning för DOE-vetenskap med tre fasta observatorier i klimatkänsliga regioner i världen.

När du undersöker viktiga moln- och aerosolprocesser i en avlägsen marin miljö, ACE-ENA-forskare kommer också att ta upp en rad vetenskapliga mål. De kommer att undersöka budgettering och säsongsvariationer i molnkondensationskärnor; de mikrofysiska och makrofysiska strukturerna inom MBL -moln; hur miljöluften blandar sig - inblandningar - i strömmar och moln; och hur väl dagens algoritmer hanterar nya luftburna mätningar av turbulens, flytande vattenhalt, och storleken på droppar från både duggregn och moln.

Ovanifrån och under, synergi

Genom att kombinera observationer från mark och flygplan skapas en fruktbar synergi i hjärtat av ACE-ENA-mätningar, säger kampanjens utredare Jian Wang, en atmosfärisk forskare vid Brookhaven National Laboratory (BNL) i New York. "Du får en mer fullständig bild av aerosoler och moln."

Markbaserade fasta instrument körs kontinuerligt under lång tid, han säger. Flygplan täcker kortare tidsramar, men dra in mer detaljerad information om sammankopplade aerosol- och molnprocesser relaterade till spårgaser, dugga, och atmosfärisk termodynamik. Antennmätningar, säger Wang, hjälper också till att validera dem från marken.

Liknande kampanjer i jakten på data om låga marina moln har genomförts utanför Chiles och Kaliforniens kust, han säger, men ACE-ENA kommer att vara den första som avsevärt samordnar luft- och markobservationer i östra Nordatlanten.

Ett mått på kampanjens nyhet och löfte är antalet forskare som inte bara skrev på som medforskare och samarbetspartners utan som kommer att dyka upp på plats under kampanjen, även bara för att hjälpa till med väderprognoser. "Ganska många människor kommer att dyka upp, "säger Wang. Han har länge använt ARM-dataanvändare och är aktiv i kommittéer och arbetsgrupper för DOE:s Atmospheric System Research, som samordnar med ARM Facility för att samla in och analysera moln- och aerosoldata.

Under ACE-ENA, mycket data som forskare behöver samlas bäst in från flygplattformar. Tunga lyft kommer att vara ARM:s Gulfstream-159 (G-1) forskningsflygplan, mittpunkten i ARM Aerial Facility (AAF) som hanteras av Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) i Richland, Washington. Den kommer att bära 55 instrumentsystem under intrikat programmerade flygningar av spiraler och ben.

I spiraler, flygplanet flyger upp och ner genom en rad höjder för att samla vertikala profiler av aerosoler och moln. Benen flygs på flera höjder för att ta in data underifrån, inom, och över molntäcket. Benflygmönster ger detaljerade databilder över de vertikala fördelningarna och horisontella variationer av låga moln och aerosoler.

Ben flyger också ibland i den fria troposfären, högt över gränslagermoln. Data från denna atmosfäriska region hjälper forskare att förstå om de observerade aerosolpartiklarna kommer från lokala källor, eller transporteras över långa sträckor.

Experimentets 60 × 60 kilometer flygnät kommer att fokusera på ENA:s markplats på Graciosa Island. De flesta av de luftburna spåren kommer att ligga inom ramen för ENA -skanningsradarer, gör det möjligt för forskare att få den typ av detaljerad mikrofysisk information som behövs för att utvärdera algoritmerna som används för att hämta molninformation från radarobservationerna.

För bra data, mycket flygtid

G-1, ett luftburet forskningslaboratorium med två turboprop, kommer att flyga två 40-dagars uppdrag under tvåfasskampanjen-cirka 20 flygningar varje gång, så mycket som fyra timmar i taget. "Vi kommer att flyga så mycket vi kan, "säger AAF -chefen Beat Schmid, en atmosfärisk forskare vid PNNL.

Under ACE-ENA, G-1 kommer att baseras 90 kilometer från Graciosa, på en gemensam USA-Portugal flygbas som heter Lajes, på ön Terceira.

Under tiden, senast den 20 april kommer G-1-instrumentpaketet att vara fullt integrerat och testat på en flygplats inte långt från PNNL, en process som startade den 10 februari. Då måste ungefär hälften av den utrustningen packas och skickas separat, säger Schmid, "så vi har tillräckligt med bränsle" för att korsa Atlanten från en mellanlandning i St. John's, Newfoundland. Väl på Lajes, den 15 juni, både plan och instrument kommer att återintegreras.

Ombord, i ett första för ett DOE -flygplan, kommer att vara en holografisk detektor för moln (HOLODEC), en vingmonterad enhet som tar "otroligt detaljerade" flerdimensionella bilder av molndroppar, säger Schmid. "Det är inte en bild i konventionell mening." Processen är så datakrävande, han lägger till, att de resulterande enorma filerna - för stora för Internet - måste skickas tillbaka till ARM på skivor.

HOLODEC ger information om hur molndroppar interagerar på mikrofysiska skalor. Det kommer också att hjälpa ACE-ENA-forskare att studera hur storleksfördelningen av molndroppar påverkas genom att blanda grumlig luft med torrare, icke-grumlig luft.

G-1-flygplanet kommer också att flyga med den snabba integrerade mobilitetsspektrometern (FIMS), ett unikt instrument utvecklat på BNL som används för att mäta både aerosolkoncentrationer och aerosolpartikelstorleksfördelning.

Instrumenten för ACE-ENA, på marken och i luften, alla delar ett gemensamt uppdrag-att få den bästa informationen någonsin om de klimatpåverkade låga molnen i en avlägsen marin miljö.

"Om du får dem fel i modellerna, "säger Schmid, "det har en enorm inverkan."