Vattnets kretslopp beskriver hur vatten avdunstar från jordens yta, stiger upp i atmosfären, kyler och kondenserar till regn eller snö i moln, och faller igen till ytan som nederbörd. Kredit:NASA
Meteorologen Jeffrey Reid från U.S. Naval Research Laboratory ligger i framkant av forskning som studerar aerosolpartiklarnas roll, och förhållandet mellan partiklarna med monsunmeteorologi, moln och solens strålning.
Aerosolpartiklar som flyter genom miljön hyser stora mysterier för forskare globalt. Partiklarna varierar i storlek från buntar av molekyler (10nm) till ett sandkorn, och kan surfa genom luften i tusentals miles. Små och till synes obetydliga på egen hand, partiklarna färdas som livlösa svärmar, påverkar jordens väder och klimat på sätt forskare ännu inte helt förstår.
Reid fungerade som missionsforskare för den internationella fältkampanjen, Molnet, Aerosol and Monsoon Processes Philippines Experiment (CAMP2Ex), den största luftburna fältkampanjen hittills i Maritima Sydostasien. Den NASA-initierade kampanjen studerade tropiskt väder och aerosoler i den sydostasiatiska regionen förra året från augusti till oktober.
Som missionsforskare, Reid var ansvarig för att hantera den dagliga verksamheten för vetenskaps- och flygteamen. Hans ansträngningar säkerställde att teamet på mer än 150 forskare effektivt och säkert samlade in data trots extrema väderförhållanden och utmanande geofysiska egenskaper.
CAMP2Ex var ett samarbete med NASA, NRL, Manila observatorium, den filippinska atmosfären, Administration för geofysiska och astronomiska tjänster (PAGASA), och olika akademiska organisationer. Forskare på kampanjen försökte samla in data för att svara på tre nyckelfrågor:
Filippinska forskare var särskilt intresserade av konsekvenserna av monsunmeteorologi på regional hydrologi, oceanografi och luftkvalitet.
Med sina unika geologiska egenskaper och årliga väderextremer, den filippinska skärgården är en idealisk plats för forskare att utföra denna forskning. Sitter mitt på Stillahavstyfonbältet, 20 till 21 cyklonstormar drabbar Filippinerna årligen, och fem till sex av dessa stormar drabbar vanligtvis strängen av öar. Dessa stormar har förödande lokala effekter, men är också en integrerad del av Indiska oceanens meteorologi genom Stilla havet.
"Att kunna förutsäga [stora väderhändelser] med större noggrannhet och ledtid har uppenbara fördelar, inte minst är att hålla människor säkra, sade Hal Maring, NASA CAMP2Ex programvetare.
"Vi vill få en bättre förståelse för hur aerosolpartiklar som produceras av biomassa påverkar jordens strålningsbudget direkt och indirekt, och hur de interagerar med moln i förhållande till nederbörd, "sa han." Om vi ska göra klimatprognoser med större trohet, dessa processer måste förstås."
Deras forskning har internationella implikationer för väderprognoser. Enligt Reid, informationen som samlats in från Filippinerna kan användas för att utveckla modeller för att förutsäga stora väderhändelser runt om i världen, inklusive de i USA. Denna förmåga skulle visa sig vara värdefull för marinen, som upprätthåller en konstant framåt utplacerad närvaro.
De hydrologiska och aerosolcyklerna:hur en fläck skapar en storm
Den hydrologiska cykeln, mer allmänt känd som "vattenkretsloppet" är en kontinuerlig process av avdunstning och nederbörd. Enligt Reid, aerosolpartiklar är en viktig del av denna cykel, eftersom de fungerar som kärnor för att bilda molndroppar.
Aerosoler tillverkas på olika sätt. Vissa är mänskliga föroreningar, som bilavgaser, biomassaförbränning och industriella utsläpp. Andra förekommer naturligt, som de som består av damm från Sahara eller salt från havet.
Varje molndroppe har någon luftburen partikel i sin kärna, enligt Reid. Det betyder att när antalet föroreningspartiklar i atmosfären förändras, det gör också antalet molndroppar – såväl som deras strålningsegenskaper, hur länge de håller, och, i sista hand, nederbörd.
"Kemiska reaktioner sker inom dessa molndroppar, " sa han. "Så återkopplingen mellan utsläpp, fotokemi, [påverkar] hur moln förändras och hur molnen förändrar dessa aerosolpartiklar är komplext. Vi känner ungefär till allmänna typer av relationer, men vi vet inga detaljer."
"Vissa partiklar regnar ut, och vissa blir dumpade utanför molnet. Då är de ännu större och effektivare på att göra större molndroppar och det återvinns tillbaka till molnen. I vissa fall hämmar partiklar utfällning. I andra kan de intensifiera stormar"
Internationellt samarbete för ett steg framåt i att förutsäga extrema väderhändelser
En forskningskampanj av denna omfattning krävde omfattande samordning mellan den amerikanska och filippinska regeringen och dess allmänhet, privat, och akademiska organisationer. Under kampanjen, ett av Reids fokus var att bygga samarbete mellan forskarna och deras filippinska motsvarigheter.
Under året fram till kampanjen, Reid och hans prognosteam för meteorologi och oceanografi (METOC) arbetade med prognos- och flygteamen för att öva på att skapa prognoser för flygplanering. När kampanjen startade, teammedlemmar hade erfarenhet av att ta fram prognoser och färdplaner med hjälp av faktiska meteorologiska data från Filippinernas närhet.
"[Prognoserna] gav oss legitima prototypplaner för oss att dela med Filippinerna för att underlätta att få diplomatiskt godkännande samt basering och överflygningstillstånd, sa Maring.
Under kampanjen, Reid, Maring och medlemmar av METOC och flygteam träffades tidigt på morgonen för att bestämma de bästa platserna att flyga NASA:s P-3 Orion och SPEC Learjet för datainsamling. Förberedelserna för vetenskapsflyg tog timmar.
"Markpersonalen förberedde planet, och vi skulle dubbel- och trippelkolla meteorologin, och trippelkolla flygplanerna, "Sade Maring. "En del av instrumenten tog timmar att värma upp."
Enligt Marring, deras filippinska kollegor ledde luftkvalitetsdelen av studien, använda instrumenten på P-3 för att karakterisera luftkvaliteten, inklusive suspenderade partiklar.
"Vi kunde få en flygning dedikerad enbart till att samla in luftkvalitetsdata i och runt Manilla Megaplex som inkluderade mätning i upp- och nedvind, " sa Maring. "Vi kunde göra mätningar från nära ytan, (ungefär) 350 fot till över 20, 000 fot."
Missionsförhållandena var perfekta för denna typ av studier, enligt Reid, tillhandahålla det stora utbudet av miljöer som forskarteamet letade efter. Forskare observerade massiva rökplymer från Borneo med megacityföroreningar tillsammans med orörda luftmassor och utvecklande tropiska cykloner.
Under tiden, forskare med Office of Naval Research samlade också in klimatdata från deras Sally Ride-forskningsfartyg utanför Filippinernas kust. Under de senaste fem åren har ONR och deras samarbetspartners övervakat hur regionalt väder påverkar vädret över hela världen som en del av programmet Propagation of Intra-Seasonal Tropical OscillationS (PISTON).
"Sydostasien är en kokande gryta för avdunstning och konvektion, ", sa Reid. "Vattenånga kommer in i atmosfären i Sydostasien och kan så småningom arbeta sig till USA. Vi kan skicka informationen som samlas in här till ett uppdrag som PISTON som tar data och tittar på långväga transporter och väder över hela Stilla havet. På samma gång, PISTON-observation och modellering stödjer CAMP2Ex-analysen. I sista hand, vetenskapen om båda uppdragen är tätt kopplade."
Forskare, dock, får vänta på resultatet.
"Regionen är så komplicerad att vi kommer att analysera data i minst fem år till, "Sade Reid. "I slutändan tror vi att dessa uppgifter kommer att stå sig genom tiderna."
