Förra våren, University of Colorado, Boulderforskaren Jessie Creamean tillbringade några veckor i isiga och blåsiga Oliktok Point, Alaska. Inom synhållet för de isbundna oljeplattformarna och raffinaderierna i Beaufort Sea och North Slope, hon inrättade ett aerosolprovtagningssystem för ett projekt om iskärnbildande partiklar (INP).

INP är en dåligt förstådd faktor i arktiska blandfasmoln, som spelar en betydande roll för att kontrollera hur mycket energi som når regionens sårbara havsis.

Creamean arbetar vid Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences (CIRES) och ingår i ett brett skickligt team av Boulder-baserade forskare som arbetar med ett fyraårigt projekt som syftar till att främja förståelsen av den arktiska atmosfären.

Det finansieras av US Department of Energy's (DOE's) Atmospheric System Research (ASR) -program och leds av en annan forskare vid CIRES, huvudutredare Gijs de Boer.

Projektet fokuserar på Oliktok Point, ett kortsiktigt atmosfäriskt observatorium som finansieras av DOE:s Atmospheric Radiation Measurement (ARM) Research Facility och hem till den tredje ARM Mobile Facility (AMF3). Det är cirka 260 kilometer (162 miles) sydost om Utqiaġvik (tidigare känt som Barrow), där ARM upprätthåller sin fasta norra sluttning i Alaska (NSA) atmosfäriskt observatorium.

Rätt kompetens

Hela ASR -teamet består av fysiska forskare, men var och en har en mängd olika färdigheter som driver projektet framåt. Krämig, för en, specialiserat sig på aerosoler (små molnbildande partiklar i luften) och aerosolkemi. De Boer, ASR -teamets ledare för ARM -insatser på Oliktok Point, är expert på fjärranalys och obemannade luftsystem (UAS)-de lågflygande, långsamma flygplan som lovande testas som plattformar för atmosfäriska observationer.

Andra experter från CIRES är med i Oliktok -projektet var och en med en förkortad antydan till den expertis de tar med:Matthew Shupe (molnprocesser); Amy Solomon (stora virvel-simuleringar och regional modellering); Christopher Cox (fjärranalys- och ytstrålningsbudgetar); Sergey Matrosov (skanning av radarer och nederbördseffekter); Christopher Williams (fjärranalys, molndynamik, och mikrofysik); Maximilian Maahn (fjärranalys, polära moln); och doktorand Matthew Norgren (aerosol-molninteraktioner).

I projektgruppen från National Oceanic and Atmospheric Administration Earth System Research Laboratory i Boulder går Allison McComiskey (aerosol-molninteraktioner) och Dave Turner (molnutveckling och långvågsstrålningsöverföring).

Arktiska uppdrag

När ASR -projektet lanserades i mars 2015, den omfamnade en ambitiös uppsättning vetenskapliga frågor relaterade till snabbt utvecklande förhållanden i Arktis, där havsisskyddet krymper, permafrosten värmer, och ekosystemen förändras.

Dessa snabba förändringar sker inom en atmosfärisk regim som har allt tydligare effekter på vädret på de lägre höjderna och på jordens system i stort.

De Boer och hans medarbetare har tagit sikte på kunskapsluckor i några grundläggande arktiska atmosfäriska processer, med sikte på att minska osäkerheterna i modellerna som är utformade för att simulera nuvarande förhållanden och att förutsäga framtida.

Tillsammans har de haft en hand i 13 papper hittills, antingen publicerad eller accepterad.

"Det finns mycket mer att göra, "säger de Boer, noterar en lista över uppgifter på whiteboardtavlan bakom honom. Han hoppas att de kommer att tas upp innan projektet avslutas i februari 2019.

Framsteg, i några rubriker

Brett, projektet har redan belyst det atmosfäriska inflytandet från lokal industri nära platsen. Det har också infört nya sätt att mäta atmosfären, inklusive UAS och bundna ballonger. "De ger perspektiv vi inte haft tidigare, "säger de Boer.

Projektet har också lagt till information om vad de Boer kallar "spatial variabilitet". Istället för att Utqiaġvik är den enda källan till atmosfäriska data för den delen av Arktis, nu finns det två observatorier för att utvärdera hypoteser.

Projektets officiella uppdrag börjar med en undersökning av övergångarna mellan klara och grumliga atmosfäriska stater på de höga breddgraderna. "Vi har fått ny information, "säger de Boer. Nya simuleringar pågår.

Projektutredare fördjupar sig också i nederbörd på hög latitud. I Arktis, det är mycket svårt att exakt representera snöflingans form och massa, delvis för att det är svårt att skilja snö från nysnö. För att hantera denna svårighet, teamet använder data från avancerad instrumentering, inklusive skanning av molnradarer.

Mycket av de tunga lyften här kommer från arbete med molnmikrofysik av Matrosov, som använder skanning och radar med längre våglängd för att upptäcka nederbördsegenskaper, och av Salomo, en expert på att använda mycket högupplösta simuleringar med stor virvel och regional modellering för att förstå viktiga fysiska processer.

Före Oliktok -projektet arkiverades väldigt få data om den där delen av Arktis, säger Shupe, en veteran inom kallt väderkampanjer. "Vi har gått från att nästan ingenting kommer ut därifrån till att ha några viktiga dataprodukter, studier, och papper. "

Han pekade på studier av Maahn, Krämig, de Boer, Matrosov, och Williams (som arbetade med att matematiskt rensa radarsignaler på platsen, där ljusstyrkan på raffinaderierörledningarna är en förvirrare).

Shupe arbetar också med Turner för att ändra deras Shupe-Turner-algoritm för att hämta arktiska molnegenskaper (baserat på mikrofysisk data från Utqiaġvik) till förhållanden på Oliktok. Det kommer snart att släppas till ARM Data Center.

Projektet har också ett uppdrag att karakterisera aerosoler och samspelet mellan sådana partiklar och moln. Det är här som Creameans arbete, stöds av ARM, får mening. Hon mäter INP -frysningstemperaturer och -koncentrationer vid Oliktok Point, en forskning först.

Under mars 2017, och med hjälp av tekniker som bevakade hennes instrument under maj, Kräminsamlade dagliga prover (damm, bakterie, och andra partiklar) för ett projekt som snart ger ett papper. Hennes frågor:Var kommer dessa frön till molndroppar och iskristaller ifrån, och hur påverkar de egenskaperna hos arktiska moln?

Teamet undersöker också hur aerosoler sprider och absorberar strålning i atmosfären längs Alaskas norra sluttning; hur sådana molnbildande partiklar beter sig inom säsongscykler; och hur olika partiklarna är på Oliktok, inom synhåll för oljefält, jämfört med den relativt orörda luften i Utqiaġvik.

Ett papper från 2017, ledd av Maahn, tittat på hur molndroppstorlekar påverkas av lokala industriella insatser på Oliktok.

Forskargruppens mest ambitiösa uppgift kan vara att undersöka arktiska moln och deras klimatologiska inflytande. I den regionen och på andra håll, moln är en av de största källorna till osäkerhet i modeller.

Den här sommaren kommer att hjälpa till med den poängen, när de Boer leder en ARM -kampanj hoppas han kommer att göra Oliktok Point till ett centralt nav för aktiviteten under Year of Polar Prediction (YOPP), en intensiv period av samordnade internationella arktiska observationer.

De Boer säger att Profiler på Oliktok Point för att förbättra YOPP -experiment (POPEYE), planerad från 1 juli till 30 september, kommer att lägga till förbättrat UAS, bunden ballong, och radiosonde (väderballong) mätningar till de som redan samlas in av AMF3.