Nuvens baixas povoam os primeiros dois quilômetros da atmosfera. Nuvens cumuliformes se acumulam alto e são feitas de colunas de ar que sobe rapidamente. Estratiformes são semelhantes a folhas e mostram pouco movimento vertical do ar.

Como as nuvens baixas são globalmente abundantes, eles têm um grande impacto no orçamento de energia de radiação do planeta e em seu clima. Parte desse impacto vem da influência das nuvens baixas no albedo da Terra, uma medida de quanta energia solar é irradiada de volta ao espaço.

No entanto, as nuvens baixas são mal representadas nos modelos do sistema terrestre, uma grande fonte de incerteza nas simulações climáticas. As lacunas nos dados observacionais são as principais culpadas. Em regiões marinhas remotas, por exemplo, nuvens baixas - chamadas de nuvens da Camada de Limite Marinho (MBL) - são difíceis de medir por sua carga de condensado, por suas propriedades radiativas, e por como eles são organizados em escalas de até 100 quilômetros.

Outra fonte de incerteza é como as nuvens baixas respondem às mudanças nos aerossóis - as partículas sólidas ou líquidas suspensas - dentro delas. Em aerossóis, perturbações naturais e antropogênicas (humanas) podem afetar como as nuvens se espalham ou absorvem a radiação, como eles criam precipitação, e quanto tempo eles vivem.

A partir de junho deste ano, uma nova campanha de pesquisa patrocinada pelo Departamento de Energia dos EUA (DOE) abordará essas incertezas de modelagem. A campanha de Experimentos de Aerossol e Nuvem no Atlântico Norte Oriental (ACE-ENA), uma tentativa de preencher algumas lacunas de dados observacionais, está programado para ser executado em duas fases de 40 dias - uma em junho e julho deste ano, e um em janeiro e fevereiro de 2018.

O centro operacional da campanha é o Atlântico Norte Oriental (ENA), um observatório atmosférico fixo na Ilha da Graciosa, nos Açores, a oeste de Portugal. É gerenciado pelo Centro de Pesquisa Climática de Medição de Radiação Atmosférica (ARM), uma instalação do DOE para usuários de ciências com três observatórios fixos em regiões do globo sensíveis ao clima.

Ao examinar os principais processos de nuvem e aerossol em um ambiente marinho remoto, Os cientistas da ACE-ENA também abordarão uma série de objetivos científicos. Eles vão investigar o orçamento e as variações sazonais nos núcleos de condensação de nuvens; as estruturas microfísicas e macrofísicas dentro das nuvens MBL; como o ar ambiental se mistura - arrasta - em correntes e nuvens; e quão bem os algoritmos atuais lidam com novas medições de turbulência aerotransportadas, conteúdo de água líquida, e o tamanho das gotas da garoa e das nuvens.

De cima e de baixo, sinergia

Combinar observações de solo e aeronaves cria uma sinergia frutífera no coração das medições ACE-ENA, diz o investigador principal da campanha, Jian Wang, um cientista atmosférico no Laboratório Nacional de Brookhaven (BNL) em Nova York. "Você tem uma visão mais completa dos aerossóis e das nuvens."

Instrumentos fixos baseados em solo funcionam continuamente por um longo tempo, ele diz. Aeronaves cobrem prazos mais curtos, mas extraia informações mais detalhadas sobre processos interconectados de aerossóis e nuvens relacionados a gases traço, chuvisco, e termodinâmica atmosférica. Medidas aéreas, disse Wang, também ajudam a validar os do solo.

Campanhas semelhantes em busca de dados sobre nuvens marinhas baixas foram executadas na costa do Chile e da Califórnia, ele diz, mas o ACE-ENA será o primeiro a coordenar significativamente as observações aéreas e terrestres no leste do Atlântico Norte.

Uma medida da novidade e promessa da campanha é o número de cientistas que não apenas se inscreveram como co-investigadores e colaboradores, mas que aparecerão no local durante a campanha, até mesmo para ajudar na previsão do tempo. "Um bom número de pessoas vai aparecer, "diz Wang. Ele é um usuário de dados ARM de longa data e é ativo em comitês e grupos de trabalho para a Pesquisa do Sistema Atmosférico do DOE, que coordena com o ARM Facility na coleta e análise de dados de nuvem e aerossol.

Durante ACE-ENA, muitos dos dados de que os cientistas precisam são melhor coletados em plataformas aéreas. Fazer o trabalho pesado estará a aeronave de pesquisa Gulfstream-159 (G-1) da ARM, a peça central do ARM Aerial Facility (AAF) administrado pelo Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) em Richland, Washington. Ele transportará 55 sistemas de instrumentos durante voos de espirais e pernas intrincadamente programados.

Em espirais, a aeronave voa para cima e para baixo em uma variedade de altitudes para reunir perfis verticais de aerossóis e nuvens. As pernas são voadas em várias altitudes para obter dados de baixo, dentro de, e acima da cobertura de nuvens. Os padrões de voo da perna fornecem imagens de dados detalhadas das distribuições verticais e variações horizontais de nuvens baixas e aerossóis.

As pernas às vezes também voam na troposfera livre, bem acima das nuvens da camada limite. Os dados desta região atmosférica ajudarão os cientistas a entender se as partículas de aerossol observadas vêm de fontes locais, ou estão sendo transportados por longas distâncias.

As grades de vôo de 60 × 60 quilômetros do experimento terão como foco o terreno da ENA na Ilha Graciosa. A maioria das pistas aerotransportadas estará dentro do alcance dos radares de varredura ENA, permitindo que os cientistas obtenham o tipo de informação microfísica detalhada necessária para avaliar os algoritmos usados ​​para recuperar as informações da nuvem a partir das observações do radar.

Para bons dados, muito tempo de vôo

O G-1, um laboratório de pesquisa aerotransportado com turboélice duplo, fará duas missões de 40 dias durante a campanha de duas fases - cerca de 20 voos de cada vez, por até quatro horas de cada vez. "Voaremos o máximo que pudermos, "diz o gerente da AAF, Beat Schmid, um cientista atmosférico no PNNL.

Durante ACE-ENA, o G-1 ficará a 90 quilómetros da Graciosa, em uma base aérea conjunta EUA-Portugal chamada Lajes, na ilha Terceira.

Enquanto isso, até 20 de abril, o pacote de instrumentos G-1 terá sido totalmente integrado e testado em um aeroporto não muito longe do PNNL, um processo que começou em 10 de fevereiro. Em seguida, cerca de metade desse equipamento teve que ser embalado e enviado separadamente, diz Schmid, "para termos combustível suficiente" para cruzar o Atlântico de uma escala em St. John's, Terra Nova. Uma vez nas Lajes, em 15 de junho, tanto o avião como os instrumentos serão reintegrados.

A bordo, em uma primeira vez para uma aeronave DOE, será um Detector Holográfico para Nuvens (HOLODEC), um dispositivo montado na asa que tira fotos multidimensionais "incrivelmente detalhadas" de gotículas de nuvem, diz Schmid. "Não é uma imagem no sentido convencional." O processo consome muitos dados, ele adiciona, que os enormes arquivos resultantes - grandes demais para a Internet - precisam ser enviados de volta para a ARM em discos.

O HOLODEC fornece informações sobre como as gotículas de nuvem interagem em escalas microfísicas. Também ajudará os cientistas da ACE-ENA a estudar como a distribuição do tamanho das gotículas da nuvem é afetada pela mistura do ar turvo com o mais seco, ar não turvo.

A aeronave G-1 também voará no espectrômetro de mobilidade integrada rápida (FIMS), um instrumento exclusivo desenvolvido no BNL que é usado para medir as concentrações de aerossol e a distribuição de tamanho de partícula do aerossol.

Os instrumentos da ACE-ENA, no solo e no ar, todos compartilham uma missão colaborativa - obter os melhores dados de todos os tempos sobre as nuvens baixas de consequências climáticas em um ambiente marinho remoto.

"Se você errar nos modelos, "diz Schmid, “tem um impacto enorme”.