Med fartyg och med flyg, Institutionen för atmosfärsvetenskap forskare vågade sig till den stormigaste platsen på jorden, södra oceanen, att samla moln, aerosol- och nederbördsdata för ett projekt kallat SOCRATES. Kunskap som erhållits under södra oceanens moln, Strålning, Aerosol Transport Experimental Study förväntas förbättra väder- och klimatmodellering och prognoser över hela världen.

Datainsamling

Doktorand Kathryn Moore, stationerad ombord på forskningsfartyget RV Investigator, samlade in data och prover för att dokumentera primär iskärnbildning och dess inverkan på molnfasen. Primär iskärnbildning är bildandet av de första iskristallerna i ett moln, vilket vanligtvis förekommer på atmosfäriska aerosolpartiklar som kallas iskärnbildande partiklar. Molnfasen är molnets tillstånd, vätska eller is.

"SOCRATES-projektet utformades för att samla in prover och observationer för att tillhandahålla nya datamängder och parametrar för att testa och förbättra väder- och klimatmodeller, " förklarade Moore.

Praktisk datainsamling var nödvändig för att öka förståelsen av molnbildningen över södra oceanen eftersom nuvarande bedömning är nästan helt baserad på satellitobservationer. Denna kunskapslucka leder till felaktiga klimatmodeller.

"Södra oceanen är en av de mest avlägsna regionerna på jorden, långt från antropogena och terrestra aerosolkällor, och så det är en idealisk plats att studera naturliga aerosoler och deras interaktioner med moln och strålning, " sa Moore.

En multinationell kampanj

CSU:s team av forskare hade instrument ombord på både RV Investigator, ett forskningsfartyg från Australian Marine National Facility, och HIAPER, eller den högpresterande instrumenterade luftburna plattformen för miljöforskning. HIAPER är en mycket modifierad Gulfstream V-jet som ägs av National Science Foundation och drivs av National Center for Atmospheric Research in Boulder (NCAR). Projektet är ett samarbete mellan amerikanska universitet och australiska forskare, med den amerikanska delen som finansieras av NSF och stöds av NCAR.

"Det var verkligen en multinationell kampanj, " säger seniorforskaren Paul DeMott, som ledde gruppen från CSU. "Vårt teams roll var att samla in data som i slutändan hjälper till att förklara fel i globala klimatmodellförutsägelser om solstrålning som når havsytan."

Fynd

Iskärnbildande partiklar är suspenderade i atmosfären och utgör grunden för den vanligaste metoden för isbildning i atmosfären. Även om iskärnbildande partiklar är mycket sällsynta, de har stark kontroll över vätske- eller isfaserna i ett moln. När ett moln har glacierat, eller förvandlats från övervägande flytande till is, dess reflekterande egenskaper och strålningseffekt förändras avsevärt, och det kan börja falla ut som snö eller is, snarare än bara regn.

DeMott delade flygforskaruppgifter med nyutexaminerade CSU Christina McCluskey, nu en NCAR Advanced Study Program postdoktor. DeMott och McCluskey använde två metoder för att bedöma iskärnbildande partikelkoncentrationer och en bioaerosoldetektor när de flög över södra oceanen, precis som Moore samlade in liknande prover med samma metoder vid havsnivån, tillsammans med vattenprover.

"Som förväntat, koncentrationerna av iskärnbildande partiklar över södra oceanen var några av de lägsta på jorden, både i det marina gränsskiktet vid ytan och högre upp i troposfären, " sa Moore.

Fortfarande, det utomordentligt låga antalet partiklar i luften var något överraskande för DeMott, liksom några andra upptäckter.

"Molnen var också mer flerskiktiga än vi förväntade oss, och detta har konsekvenser för strålningsöverföring och satellitdetektering, " sa DeMott.

Med tanke på expeditionens breda omfattning och den enorma mängd analys som ännu inte utförs, upptäckter och definitiva slutsatser är fortfarande vid horisonten. Dock, enligt DeMott, SOCRATES-projektet har redan varit en framgång.

"Vi utförde den mest omfattande karaktäriseringen av södra oceanens moln och aerosoler som hittills genomförts, våra datamängder är rika, och vi kommer att kunna svara på våra huvudsakliga hypoteser."