Över sydöstra Atlanten, en 2, 000 mil lång rökplym från afrikanska jordbruksbränder möter en nästan permanent molnbank offshore. Deras möte gör ett naturligt laboratorium för att studera interaktionerna mellan molndroppar och de små luftburna rökpartiklarna. Den här månaden, NASA:s P-3 forskningsflygplan och ett team av forskare återvänder på sin tredje utplacering till denna region som en del av Observations of Aerosols Above Clouds och deras Interactions-uppdrag, eller ORAKLER, samla in data om hur aerosoler som rök påverkar molnen och i sin tur jordens klimat.

"Molndäcket i sydöstra Atlanten är ett av de största på jorden, " sa atmosfärsforskaren Paquita Zuidema vid University of Miami, Florida, och medprinciputredare för ORACLES-utbyggnaden. "På samma gång, röklagret sträcker sig ända till Sydamerika. Kombinationen av rök och moln genererar tillräckligt med atmosfärisk uppvärmning för att påverka nederbördsmönster över Afrika i klimatmodeller, vilket gör det absolut nödvändigt att utveckla bättre förtroende för modellens förutsägelser."

Aerosoler inkluderar havssalt, damm, pollen och eventuella partiklar, som rök och aska, frigörs vid eldning från industri- eller skogsbränder. Tillräckligt liten för att resa på rådande vindar, de är en viktig del av atmosfären. Mörkfärgade aerosoler kan absorbera solljus, orsakar en värmande effekt, och ljusa kan reflektera solljus, orsakar en kylande effekt. Rök kan göra både och, beroende på om partiklarna i den förekommer över det mörka havet och ser vitare ut i jämförelse, eller över moln och ser mörkare ut.

Att förstå hur moln och aerosoler samarbetar för att bestämma balansen mellan klimatuppvärmning och kylning är kärnan i ORACLES-uppdraget, samt de mikrofysiska effekter rökpartiklar kan ha på molndroppar när de möts.

"Vi har stora frågor om hur aerosolpartiklar påverkar moln och klimat, och dessa interaktioner skiljer sig beroende på var du är på jorden, " sa atmosfärforskaren Rob Wood från University of Washington i Seattle och medföreledare för ORACLES-utbyggnaden. Lärdomar från sydöstra Atlanten kanske kan tillämpas på andra regioner där rök från skogsbränder eller industri interagerar med moln. Genom att förstå de småskaliga processerna som uppstår när de möts i moln, forskare är bättre på att förfina hur de beskriver interaktioner mellan aerosol och moln inom globala klimatmodeller, vilket i sin tur kommer att hjälpa oss att förstå aerosolers långsiktiga effekter på globala och regionala temperaturer.

Denna oktober, ORACLES-teamet är baserat från São Tomé och Principé, en ekvatorial önation utanför Afrikas västkust, varifrån ORACLES också gjorde sin undersökning av den norra delen av rökplymen i augusti, 2017. ORACLES undersökte den södra utbredningen av plymen från Walvis Bay, Namibia, i september, 2016. Varje års observationer kompletterar de andra utplaceringarna, fånga hela intervallet av brinncykeln under sensommaren och hösten. Afrikanska bönder bränner sina åkrar efter skörd för att återföra näringsämnen till jorden innan regnet kommer och bränningen går söderut allt eftersom regnperioden fortskrider. Den tjockaste delen av rökplymen rör sig söderut med dem. Wood och teamet är ivriga att kontrastera vad som händer i oktober, när regnperioden har drivit bältet av jordbruksbränder längre söderut och de räknar med mindre rök i undersökningsområdet.

NASA:s P-3 forskningsflygplan, förvaltas av Wallops Flight Facility i Virginia, bär en svit med 11 instrument, både fjärravkänningsinstrument såväl som instrument som direkt provar molnen och rökplymen genom luftintag på vingarna och fönstren. Dessa direkta mätningar är som att sätta ett mikroskop på vad som händer inne i molnen.

"Förra året i augusti, vi såg mycket fysisk kontakt mellan röken och molnen, "Sade Wood. "Molndroppar bildades faktiskt på dessa rökpartiklar och det var en stor ökning av antalet droppar jämfört med hur det skulle vara utan röken."

Förutom att utveckla en bättre förståelse av moln-aerosolbeteende, högupplösta luftburna data kommer också att användas för att förbättra hämtning av rök- och molnegenskaper från satelliter. Från rymden, aerosoldetekterande satelliter fångar den globala vyn, men avvägningen i avstånd med nuvarande teknik innebär en grövre upplösning som kan missa de mikrofysiska interaktionerna inom molnet och aerosollagren.

Implementeringen i oktober 2018 som för närvarande pågår producerar redan en datauppsättning med några överraskningar. "Vi ser mer aerosol än väntat baserat på aerosolmodellprognoser och tidigare satellitbedömningar för denna månad, sade Zuidema. Vetenskapligt, vi ser oväntade nya funktioner som mycket stora rökpartiklar som verkar falla ut ur sina röklager i molnen nedanför. Vi ser moln som går från rena till förorenade över stora områden på bara två dagar."

ORACLES-teamet kommer att dokumentera dessa och andra observationer fram till slutet av månaden.