CPEX de la NASA aborda un clima fundamental

Nubes de tormenta convectivas sobre Fort Lauderdale, Florida, precediendo el huracán Sandy en 2012. Crédito: Flickr usuario John Spade, CC por 2,0

Una campaña de campo financiada por la NASA que se está llevando a cabo en Florida el 25 de mayo tiene una oportunidad real de mejorar la capacidad de los meteorólogos para responder a algunas de las preguntas más fundamentales sobre el clima: ¿Dónde va a llover? Cuando? ¿Cuánto?

Llamado el experimento de los procesos convectivos (CPEX), la campaña está utilizando el laboratorio aerotransportado DC-8 de la NASA equipado con cinco instrumentos de investigación complementarios diseñados y desarrollados en la NASA. El avión también llevará pequeños sensores llamados drop sondas que se caen del avión y hacer mediciones a medida que caigan. Trabajando juntos, los instrumentos recolectarán datos detallados sobre el viento, la temperatura y la humedad en el aire debajo del plano durante el nacimiento, el crecimiento y el decaimiento de nubes convectivas--las nubes formadas por el aire caliente, húmedo que se levanta de las aguas subtropicales alrededor de la Florida.

"la convección es simplemente una columna o burbuja de aire caliente en aumento", dijo el investigador principal de CPEX Ed Ed Zipser de la Universidad de Utah en Salt Lake City. Que el aire ascendente puede convertirse en la semilla de una tormenta; en los trópicos y sub trópicos, incluyendo el sur de Estados Unidos, la convección es la forma más común para que la precipitación se forme. Las nubes convectivas pueden unirse para formar una tormenta mayor o incluso pueden convertirse en un huracán.

Aunque la convección es un proceso atmosférico tan fundamental, el comienzo de la convección ha demostrado ser difícil de predecir. Bjorn Lambrigtsen, del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California, miembro del equipo científico de CPEX, explicó por qué: "la convección tropical se ensancha rápidamente." Una tormenta aparece, hace su cosa, y desaparece en una hora o así. Y no son muy grandes. Son típicamente menos de seis millas (10 kilómetros) a través. Los satélites no pueden observar mucho detalle acerca de una característica tan pequeña, incluso si sucede que están buscando en el lugar correcto en el momento adecuado. "para entender lo que hace que una tormenta se forme y crezca, necesitamos campañas de campo." Necesitamos volar a donde están las tormentas, mirarlas y su entorno en detalle, y medir todas las características importantes al mismo tiempo ", dijo Lambrigtsen.

Zipser se interesa particularmente en áreas de la convección profunda, con las tapas de la nube más arriba que la de los jets. "si nos fijamos en un cartel de vacaciones de Hawai, se ve un cielo lleno de bolitas de algodón", dice. "esas nubes son sólo unos pocos kilómetros de profundidad, y usted podría obtener una ducha ligera de ellos." La troposfera sobre los trópicos es de 14 o 15 kilómetros de profundidad, y la mitad superior de las nubes convectivas profundas está llena de partículas de hielo en lugar de gotas líquidas. Si estas nubes profundas se hacen mejor organizadas, crecen en un sistema grande y se mueven sobre la Tierra, usted puede tener precipitaciones extensas, pesadas para la mejor parte de un día. Tenemos que averiguar cuando la convección profunda se va a formar y por qué.

Un mes, un avión, cinco instrumentos

El equipo de CPEX planea iniciar sesión de 10 a 16 vuelos en junio para un total de aproximadamente 100 horas de vuelo, si el tiempo lo permite. Esperan registrar toda la evolución de las tormentas convectivas, desde el nacimiento hasta la decadencia. Volarán en cualquier dirección que el clima parece más prometedor, ya sea el Golfo de México, el Caribe o el océano Atlántico occidental. Los datos más interesantes deben venir cuando el avión es capaz de penetrar la convección profunda pero moderada sin la amenaza del relámpago, recolectando datos desde el interior de una tormenta o sistema de tormenta.

Los cinco instrumentos de la NASA están volando juntos como grupo por primera vez:

Dawn, el viento de aerosol de Doppler LiDAR, es una adición relativamente nueva a la caja de herramientas de ciencia de la Tierra de la NASA que mide el perfil de viento horizontal debajo del plano. Fue desarrollado y operado por el centro de investigación Langley de la NASA en Hampton, Virginia. Lambrigtsen observó que en contraste con drop sondas, que recopilan datos sólo de los puntos donde se han caído, Dawn recoge una franja de datos continuos a lo largo de la trayectoria de vuelo. "es una de las mediciones más importantes para entender la convección tropical, y no estaba disponible hasta que Dawn y los sensores similares llegaron a la escena", dijo Lambrigtsen.

APR-2, el radar de segunda generación aerotransportado de la precipitación, mide la precipitación y el movimiento vertical dentro de tormentas usando el mismo tipo de dual-polarización, tecnología dual-Doppler como el radar terrestre del servicio nacional del tiempo. Desarrollado y operado por JPL, APR-2 mide las partículas de lluvia o hielo en una nube, lo que revela la estructura de la nube.

Tres Radiometros de la microonda de la medida de JPL qué Lambrigtsen llama "el pan y la mantequilla de la convección"--temperatura, vapor de agua, y la cantidad de líquido en nubes:

HAMSR, el radiómetro de MMIC de la alta altitud (circuito integrado de la microonda monolítica);

MTHP, el analizador de temperatura y humedad de microondas

MASC, la sonda atmosférica de microondas para CubeSats. Este instrumento experimental pondrá a prueba la posibilidad de pilotar un radiómetro miniaturizado de microondas en un diminuto satélite llamado CubeSat. Los científicos de JPL evaluarán el rendimiento de MASC en CPEX para avanzar el instrumento a lo largo del camino hacia la preparación del espacio.

Los aviones DC-8 y la tripulación están basados en el centro de investigación de vuelo de la NASA en Palmdale, California.

Mejor comprensión, modelos mejorados

Con una carrera que se extiende de nuevo a los años 60, Ed Zipser sabe tan bien como cualquier persona cómo un buen conjunto de datos de la investigación de campo puede avanzar la comprensión de la atmósfera y mejorar la exactitud de los modelos del tiempo y del clima. "hemos sabido desde los años setenta que la clave para una previsión exitosa es ser capaz de entender y tratar el papel de la convección", dijo. "hemos hecho mucho progreso, pero ninguno de los tratamientos modelo de convección es todo lo que se puede llamar perfecto." Necesitamos observar mejor y entender más. "CPEX es una oportunidad muy emocionante para aprender más sobre la convección y su evolución".

Alan Buis
Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, California
818-354-0474
Alan.Buis@jpl.nasa.gov
Kate Squires
NASA's Armstrong Flight Research Center, Palmdale, California
661-276-2020
kate.k.squires@nasa.gov

Written by Carol Rasmussen
NASA's Earth Science News Team

Traducción: El Quelonio Volador