NASA skickar fem luftburna kampanjer över hela USA under 2020 för att undersöka grundläggande processer som i slutändan påverkar människors liv och miljön, från snöstormar längs östkusten till havsvirvlar utanför San Franciscos kust.

Vetenskapsteam kommer att gå ombord på land, hav och luft som en del av fleråriga kampanjer finansierade av NASA:s Earth Venture-klassprogram. Detta är NASA:s tredje serie av konkurrenskraftigt utvalda Earth Venture suborbitala undersökningar.

NASA använder rymdens utsiktspunkt för att öka vår förståelse av vår hemplanet, förbättra liv och värna vår framtid. För att få en mer komplett bild av hur och varför vår planet förändras, byrån sponsrar också intensiva fältkampanjer inriktade på kritiska vetenskapsfrågor som kan dra nytta av en djupare titt genom att dra fördel av NASA:s kapacitet inom luftburen vetenskap.

Kampanjer kommer att bedriva vetenskap på en mängd olika plattformar. Flygplan på hög höjd kommer att observera kemi i stratosfären, långt utom räckhåll för kommersiella flygplan, att studera effekten av intensiva stormar som bryter mot troposfären, där det är mest väder. En flottilj av autonoma segelflygplan och flottörer kommer att ta sig till Stilla havet för att mäta temperatur och salthalt vid och under vattenytan för att bättre förstå värmeutbytet mellan hav och atmosfär. Forskare kommer att gå ner till våtmarker till fots och med båt för att studera hur höjningen av havsnivån påverkar deltaekosystemen.

De fem nya Earth Ventures integrerade luftburna och ytbaserade fältkampanjer börjar sitt första år av fältarbete 2020, från januari till oktober.

Intensiva snöfallshändelser

På den tätbefolkade amerikanska östkusten, vintersnöstormar är både frekventa och störande. Snöstormar kan stänga av vägar och stänga företag och är farliga för alla som fastnar i dem. De storm- och molnprocesser som är ansvariga för snöstormar återges ofta felaktigt av prognosmodeller och är svåra att mäta från rymden, vilket resulterar i dåliga snöfallsprognoser.

Undersökningen av mikrofysik och nederbörd för snöstormar som hotar Atlantkusten, eller PÅVERKAN, luftburen studie av dessa snöstormar, som ger sig ut på fältet i januari, syftar till att få bättre koll på hur snön fördelar sig i molnen.

"Folk ser bilder av dessa stora moln och tror att de snöar överallt, men det är de inte, ", sa IMPACTS huvudutredare Lynn McMurdie vid University of Washington i Seattle. "Inne i molnen finns dessa långa smala områden med mer intensiva snöband. Vi försöker förstå varför de bildas och hur de utvecklas med den växande stormen. Om vi ​​kan förstå processerna i molnen, vi kan bättre förutsäga hur de fördelar snöfall till oss på marken."

IMPACTS är den första stora fältkampanjen för att studera snöstormar på östkusten på 30 år. Instrumenteringen som kommer att flyga på NASA:s ER-2 höghöjdsflygplan och P-3 molnprovtagningsflygplan är ett betydande framsteg sedan dess, gör nu ett lämpligt tillfälle att täppa till kunskapsluckorna om snöstormar och hjälpa forskare att förbättra hur de tolkar satellitdata och införlivar dem i väderprognosmodeller. ER-2 kommer att flyga ut från Hunter Army Airfield i Savanna, Georgien, och P-3 kommer att flyga ut från NASA:s Wallops Flight Facility i Virginia.

Ocean-atmosfär uppvärmning

Cirkulära vattenströmmar som kallas virvelströmmar spelar en viktig roll i klimatet och oceanekologin, eftersom de underlättar värmeutbytet mellan havet och atmosfären och den vertikala transporten av näringsämnen, syre, och lösta gaser i övre havet. Vissa virvlar är hundratals kilometer i diameter, medan andra, kallade sub-mesoscale virvlar, varierar i storlek från 1 till 10 kilometer, för liten för nuvarande havsövervakningssatelliter att observera i detalj.

I april, forskare med Sub-Mesoscale Ocean Dynamics Experiment, eller S-LÄGE, kommer att våga sig 200 miles utanför San Franciscos kust för att göra dessa kritiska observationer. Tre vetenskapsflygplan - NASA:s King Air och Gulfstream V, förutom en hyrd Twin Otter – kommer havsforskningsfartyget Oceanus och en rad autonoma plattformar att förses med instrumentering för att mäta temperatur, salthalt, och havets hastighet över olika tids- och rumsskalor. Flygen kommer att utgå från Moffett Federal Airfield vid NASA:s Ames Research Center i Kaliforniens Silicon Valley.

Datorsimuleringar indikerar att dessa virvlar har viktiga långsiktiga effekter på det övre havet, men deras förutsägelser är känsliga för relativt små detaljer i hur simuleringarna implementeras. Upplösningen och detaljerna i dessa simuleringar har överträffat vår förmåga att observera dem med rymdburna eller in situ sensorer.

"Dessa till synes små faktorer spelar roll när vi simulerar klimatsystemet på långa tidsskalor, " sa chefsutredaren Thomas Farrar, en fysisk oceanograf vid Woods Hole Oceanographic Institution. "Mätningar från S-MODE kan hjälpa oss att förstå hur väl dessa processer är representerade i modeller och hur man kan förbättra deras representation."

Floddeltat och havsnivåhöjning

Miljontals människor är beroende av tjänster som tillhandahålls av kustdelta som Mississippi River Delta. Dessa tjänster inkluderar att agera som plantskolor för fisk, kräftdjur och andra djur, förutom att skydda vår infrastruktur mot orkaner och tsunamier. Dock, de flesta större deltan runt om i världen sjunker under havsnivåhöjningen och försvinner, tar med sig försörjningen och ekologiska tjänster de tillhandahåller.

Delta-X-uppdraget kommer att studera Mississippi River Delta för att förstå vilka delar av regionen som sannolikt kommer att försvinna och vilka som kommer att överleva. Deltan kan kanske hålla jämna steg med havsnivåhöjningen om tillräckligt med sediment avsätts och om växter är friska nog att växa rötter. Delta-X-forskare kommer att använda luftburna fjärravkänningsinstrument ombord på NASA:s flygplan King Air och Gulfstream, med flyg som kommer från Lakefront Airport i New Orleans och NASA:s Johnson Space Center, och fältmätningar av vattenflödet för att bestämma var sediment som transporteras av det vattnet kommer att deponeras. Forskarna kommer också att kvantifiera hur mycket organisk jord som skapas från nedbrytning av växter.

"Dessa nya data kommer att hjälpa oss att förstå och mildra effekterna av havsnivåhöjning på de mycket viktiga kustresurser som finns i deltan, " sa Delta-X huvudutredare Marc Simard från Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien.

Aerosoler som förändrar moln

Aerosolmolnets meteorologiska interaktioner över det västra Atlantiska experimentet, eller AKTIVERA, kommer att titta på den avgörande roll marina gränsskiktsmoln spelar i jordens energibalans och vattencykel. Denna typ av moln täcker stora delar av planetens hav. Hur molnsystem förändras fortsätter att vara en av de största kvarvarande osäkerheterna i modeller som tittar på global uppvärmning.

Kampanjen, som börjar i februari, kommer att fokusera på västra Nordatlanten, där forskare kommer att mäta ett brett spektrum av aerosol, moln och meteorologiska förhållanden. Forskare kommer att genomföra vetenskapsflygningar på två flygplan - en NASA Falcon och King Air - som kommer att flyga på ett koordinerat sätt medan de är utrustade med en mängd fjärranalys och instrument på plats. Flygen kommer att ha sitt ursprung från NASA:s Langley Research Center i Hampton, Virginia.

"Trots många tidigare fältkampanjer, vi har inte heltäckande mätningar under en mängd olika förhållanden för att dra säkra slutsatser om effekterna av dessa interaktioner mellan aerosoler, moln och meteorologi om klimat, sa Armin Sorooshian, AKTIVERA huvudforskare från University of Arizona. "Med denna studie, vi avser att ta itu med den frågan och tillhandahålla data som det internationella vetenskapssamfundet kan använda i år och årtionden framöver."

När starka stormar slår in i stratosfären

I juni, Sommarstratosfärens dynamik och kemi, eller DCOTSS, kommer att undersöka intensiva stormar som bildas över centrala USA under sommarmånaderna. När dessa stormar växer tillräckligt höga, de överskrider troposfären, det lägsta lagret av jordens atmosfär, och kan injicera vattenånga och föroreningar i stratosfären ovanför, väsentligt förändra dess kemiska sammansättning. De kan till och med påverka stratosfäriskt ozon negativt, som absorberar skadligt ultraviolett ljus från solen.

Forskarna kommer att rikta in sig på dessa överskjutande stormar med hjälp av data från vädersatelliter och markbaserad radar och kommer att samla in mätningar med NASA:s ER-2 höghöjdsflygplan, som kommer att flyga upp till 70, 000 fot, betydligt högre än de flesta forskningsflygplan kan gå. Flygen kommer att utgå från Salina, Kansas.

"DCOTSS är det första vetenskapsuppdraget speciellt utformat för att observera material som lyfts in i stratosfären av intensiva åskväder, sa Ken Bowman, DCOTSS huvudutredare från Texas A&M University. "Genom att direkt mäta stormutflödet med ER-2-flygplanet, vi kan lära oss hur dessa stormar påverkar dagens stratosfär, och hur deras effekter kan förändras när atmosfären förändras under de kommande decennierna."