Med dansande ljusband synliga på himlen flög ett team av forskare på en serie natursköna och ibland stormiga flygningar in i det kalla okända, för att försöka lära sig mer om varför en av de kyligaste platserna på jorden värms upp i febrig takt.
Forskarna — en atmosfärsforskare vid University of Miami och hennes två doktorander. studenter – tog flygningarna som en del av en nästan två månader lång fältkampanj som syftade till att undersöka i vilken utsträckning moln som genereras av marina kalla luftutbrott (MCAO) reflekterar och potentiellt bidrar till den snabba uppvärmningen av Arktis samtidigt som de upprätthåller extrema väderhändelser i det polarområdet.
"Arktis förändras snabbt och värms upp i en takt två till fyra gånger snabbare än det globala genomsnittet", säger Paquita Zuidema, professor och ordförande för atmosfäriska vetenskaper vid Rosenstiel School of Marine, Atmospheric and Earth Science och huvudutredare för CAESAR , eller kalla luftutbrottsexperiment i den subarktiska regionen.
"En konsensus om varför och hur detta sker saknas fortfarande, och frågor kvarstår om hur moln bidrar eller helt enkelt reagerar på dessa förändringar. Ju mer vi kan lära oss om arktiska molnbeteende nu, desto bättre kan vi förutsäga framtidens Arktis. Oavsett vilket, när Arktis blir mer tillgängligt, kommer vi att behöva förbättra arktiska väderprognoser i en av de mest dåligt observerade regionerna på planeten."
MCAO, som kan påverka vädermönster runt om i världen, uppstår när kall, torr luft rör sig över varma havsvatten, med skillnaden i luft- och havstemperaturer som gör att havet släpper ut stora mängder värme och fukt i luften. Som en del av det extrema energiutbytet mellan luft och hav, bildas ett omfattande gränsskikt av konvektiva moln, som ibland producerar intensiva orkanliknande polära lågor.
Dessa moln är av komplex natur, bestående av både is och vätska. Men lite är känt om hur de bildas och utvecklas. "Att förstå hur dessa moln delar sin fukt mellan vätska och is är fortfarande inte så väl representerat i modeller," sa Zuidema.
"Och det börjar bli en stor sak eftersom flytande moln reflekterar mycket solljus. Ismoln tenderar att bara snöa ute på marken eller havet. Så vi vill veta, i mycket kalla moln, hur mycket av den fukten som är flytande och hur mycket är is, och varför och hur sker den förändringen?"
Och det är där CAESAR kommer in. Under det senaste fältlägret, organiserat av National Science Foundations National Center for Atmospheric Research, flög akademikerstudenterna Sam Ephraim och Tyler Tatro från Zuidema och Rosenstiel School ut från Kiruna, Sverige, ombord på ett C-130 Hercules-flygplan , reser till den arktiska havsiskanten utanför Grönland och använder en uppsättning instrument som samlat in en mängd data.
Dropsondes som släpptes från C-130 registrerade in-situ data om vind, temperatur och fuktighet när de färdades vertikalt genom atmosfären. Lidarer, radar och radiometrar på flygplanet bestämde andelen is och vatten i molnen. Instrument monterade på flygplanets vingar provade molnegenskaper, medan luftintag samlade in aerosoler för analys.
Forskare från åtta andra universitet i USA samt från Stockholms universitet i Sverige, Universitetet i Oslo i Norge och U.S. Naval Research Laboratory deltog också i fältkampanjen. De undersöker hur aerosoler, luft från stratosfären och dynamik i liten skala påverkar molnutvecklingen. Modellörer togs också in för att underlätta en snabbare kunskapsöverföring.
För Ephraim, som flög på fyra av de åtta CAESAR-flygningarna, var kampanjen mer än en möjlighet att observera seniora forskare i arbete. Han spelade en avgörande roll i uppdragets framgång, då han använde radiometern som mätte mängden strålning som avges från vattenånga och flytande vatten i luften. Dessutom hjälpte han till att genomföra väderprognosgenomgångar för teamet av forskare som avgjorde om flygningar på varje dag av kampanjen skulle lyfta eller vara på grund.
"Det är en sak att sitta i ett klassrum eller vid en dator och titta på data om kallluftsutbrott som andra människor har samlat in i andra fältkampanjer, men det är en helt annan sak att faktiskt kunna se det med egna ögon och att spela en aktiv roll i forskningen", sa Ephraim, som som liten pojke bestämde sig för att han ville ha en karriär inom meteorologi efter att ha sett flera timmars bevakning av Weather Channel.
"Hela vår utplacering var fantastisk", fortsatte han. "Vi såg norrsken ganska mycket. De var extremt aktiva under den period vi var där. Och på flygningarna var det bara anmärkningsvärt att se övergången från klar, solig himmel över havsisen till stormiga förhållanden."
Tatro, som studerar biomassaförbränning och aerosolmolninteraktioner över Afrika, hjälpte också till med att använda radiometern och hjälpte till att planera några av flygningarna. För honom var kampanjen "vetenskap från läroböcker som väcktes till liv."
"Jag fick en känsla av hur mycket gemenskap det finns inom atmosfärsvetenskap," sa han. "Jag har sett namnen på välkända forskare i böcker och i forskningsrapporter. Att se dem i aktion och samarbeta med dem gav mig en känsla av hur passionerade de är i sitt arbete."
Preliminär analys av CAESAR-data pågår nu, med en dedikerad session om kampanjen som föreslås för ett kommande möte med American Meteorological Society, enligt Zuidema.
Tillhandahålls av University of Miami
