En NASA-finansierad fältkampanj som påbörjas i Florida den 25 maj har en riktig chans att förbättra meteorologernas förmåga att svara på några av de mest grundläggande frågorna om väder:Var kommer det att regna? När? Hur mycket?

Kallade experimentet med konvektiva processer (CPEX), kampanjen använder NASA:s DC-8 luftburna laboratorium utrustat med fem kompletterande forskningsinstrument som designats och utvecklats vid NASA. Planet kommer också att bära små sensorer som kallas dropsondes som tappas från planet och gör mätningar när de faller. Arbetar tillsammans, instrumenten samlar in detaljerad information om vind, temperatur och luftfuktighet i luften under planet under förlossningen, tillväxt och förfall av konvektiva moln - moln bildade av varma, fuktig luft stiger upp ur det subtropiska vattnet runt Florida.

"Konvektion är helt enkelt en kolumn eller bubbla av varm luft som stiger, "sade CPEX -huvudutredaren Ed Zipser från University of Utah i Salt Lake City. Den stigande luften kan bli fröet till en regnskur; i tropikerna och subtropen, inklusive USA i söder, konvektion är det vanligaste sättet att nederbörd bildas. Konvektiva moln kan gå samman för att bilda en stor regnskur eller kan till och med bli en orkan.

Även om konvektion är en så grundläggande atmosfärisk process, början av konvektion har visat sig vara svårt att förutsäga. Björn Lambrigtsen från NASAs Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien, medlem i CPEX -vetenskapsteamet, förklarade varför:"Tropisk konvektion blossar upp snabbt. Ett åskväder dyker upp, gör sitt, och försvinner om en timme eller så. Och de är inte särskilt stora. "De är vanligtvis mindre än 10 mil över. Satelliter kan inte observera mycket detaljer om en funktion som är liten även om de råkar titta på rätt plats vid rätt tidpunkt . "För att förstå vad som får ett åskväder att bildas och växa, vi behöver fältkampanjer. Vi måste flyga dit stormarna är, titta på dem och deras miljö i detalj, och mäta alla viktiga funktioner samtidigt, "sa Lambrigtsen.

Zipser är särskilt intresserad av områden med djup konvektion, med molntoppar högre än jets flyger. "Om du tittar på en semesteraffisch på Hawaii, du ser en himmel full av små bomullstussar, "säger han." Dessa moln är bara några kilometer djupa, och du kan få en lätt dusch av dem. Troposfären över tropikerna är 14 eller 15 kilometer djup, och den övre halvan av djupa konvektiva moln är full av ispartiklar istället för flytande droppar. Om dessa djupa moln blir bättre organiserade, växa till ett stort system och flytta över land, du kan ha utbredd, kraftig nederbörd större delen av dagen. Vi måste ta reda på när djup konvektion kommer att bildas och varför. "

En månad, Ett plan, Fem instrument

CPEX -teamet planerar att logga 10 till 16 flygningar i juni under totalt cirka 100 flygtimmar, vädret tillåter. De hoppas kunna spela in hela utvecklingen av konvektiva stormar, från födsel till förfall. De flyger åt vilket håll vädret verkar mest lovande, oavsett om det är Mexikanska golfen, Karibien eller västra Atlanten. De mest intressanta uppgifterna bör komma när planet kan tränga igenom djup men måttlig konvektion utan hot om blixtnedslag, samla in data från ett storm- eller stormsystem.

De fem NASA -instrumenten flyger tillsammans som en grupp för första gången:

1. GRYNING, Doppler Aerosol Wind Lidar, är ett relativt nytt tillskott till NASAs verktyg för jordvetenskap som mäter den horisontella vindprofilen under planet. Det utvecklades och drivs av NASA:s Langley Research Center i Hampton, Virginia. Lambrigtsen noterade att i motsats till dropsondes, som endast samlar in data från de platser där de släpps, DAWN samlar in en sträng av kontinuerlig data längs flygvägen. "Det är en av de viktigaste mätningarna för att förstå tropisk konvektion, och det var inte tillgängligt förrän DAWN och liknande sensorer kom på plats, "Sa Lambrigtsen.
2. APR-2, den luftburna andra generationens utfällningsradar, mäter nederbörd och vertikal rörelse inom stormar med samma typ av dubbelpolarisering, dual-Doppler-teknik som National Weather Services markbaserade radar. Utvecklad och drivs av JPL, APR-2 mäter regn eller ispartiklar i ett moln, som avslöjar molnets struktur.
3. Tre mikrovågsradiometrar från JPL mäter vad Lambrigtsen kallar "konvektionens bröd och smör" - temperatur, vattenånga, och mängden vätska i moln:

• HAMSR, den höga höjden MMIC (monolitisk mikrovågsugn integrerad krets) klingande radiometer;
• MTHP, mikrovågsugnens temperatur- och luftfuktighetsprofiler
• MASC, Mikrovågsatmosfäriskt ekolod för Cubesats. Detta experimentella instrument kommer att testa möjligheten att flyga en miniatyriserad mikrovågsradiometer på en liten satellit som kallas en Cubesat. JPL -forskare kommer att utvärdera MASCs prestanda i CPEX för att avancera instrumentet längs vägen till rymdberedskap.

DC-8-flygplanet och besättningen är baserade vid NASA:s Armstrong Flight Research Center i Palmdale, Kalifornien.

Bättre förståelse, Förbättrade modeller

Med en karriär som sträcker sig tillbaka till 1960 -talet, Ed Zipser vet lika bra som vem som helst hur en bra datauppsättning från fältforskning kan främja förståelse av atmosfären och förbättra noggrannheten i väder- och klimatmodeller. "Vi har vetat sedan 1970 -talet att nyckeln till en lyckad prognos är att kunna förstå och behandla konvektionens roll, "sa han." Vi har gjort stora framsteg, men ingen av modellbehandlingarna för konvektion är något du kan kalla perfekt. Vi måste observera bättre och förstå mer. CPEX är ett ganska spännande tillfälle att lära sig mer om konvektion och dess utveckling. "