Nas noites de verão, bem acima da superfície do sul das Grandes Planícies, ocorre um fenômeno que contribui significativamente para a dinâmica climática da região. Chamados de jatos de baixo nível, esses ventos podem atingir velocidades superiores a 55 mph, e desempenham um papel no transporte de calor e umidade para a região e contribuem para o desenvolvimento de tornados e a geração de energia eólica.

Obtenção de perfis contínuos de vento, temperatura e umidade associadas a esses jatos de baixo nível são importantes para melhorar a precisão dos modelos atmosféricos, como o modelo de atualização rápida de alta resolução da National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), que fornece previsões associadas a condições meteorológicas perigosas.

A NOAA e organizações semelhantes em todo o mundo contam com o recurso de medição de radiação atmosférica (ARM) para fornecer esses tipos de observações de longo prazo da atmosfera - seja em Oklahoma ou Oliktok Point, Alasca. Patrocinado pelo Departamento de Energia dos EUA (DOE) Office of Science, A missão da ARM é avançar nossa compreensão da nuvem, aerossol, processos de precipitação e radiação e fornecer os dados para melhor representar esses fenômenos em modelos em escala global.

ARM serve como uma ilustração exemplar da colaboração DOE. Nove laboratórios nacionais do DOE, incluindo o Argonne National Laboratory, estão envolvidos na operação ou gestão de três observatórios atmosféricos fixos e três móveis, bem como a operação e manutenção de 400 instrumentos meteorológicos, e uma instalação aérea que inclui um avião e sistemas aéreos não tripulados.

"Acho que os benefícios de uma colaboração tão grande são os conhecimentos de domínio em vários laboratórios, bem como experiência regional, "disse James Mather, Diretor Técnico da ARM no Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico. "E com ARM, há uma oportunidade de alavancar os recursos de cada laboratório. Estou muito orgulhoso de como tudo se juntou, "Ele acrescentou." As instalações da ARM costumam ser consideradas como um programa multi-laboratorial pode funcionar. "

Onde no mundo eles estão?

As três estações fixas da ARM estão localizadas em pontos ao redor do globo que falam da diversidade do clima da Terra:o observatório North Slope of Alaska fica perto da cidade de Utqiagvik; o observatório do Atlântico Norte Oriental está localizado na Ilha da Graciosa, nos Açores, Portugal; e as instalações do Southern Great Plains (SGP) estão localizadas em Oklahoma e Kansas.

Os observatórios móveis e seus usuários podem ver um pouco mais do mundo, mas eles consomem muito das atividades internas da ARM. Como mover uma banda de mega rock n 'roll pelo país, O pessoal da ARM posiciona dez contêineres de transporte de 20 pés carregados com aproximadamente 50 instrumentos para áreas de interesse climático, da Antártica e do Oceano Pacífico, para a África, Europa e China.

Essas campanhas de campo geralmente duram um ano, e o impacto científico varia de acordo com a localização e outros fatores, como o quão bem o equipamento implantado funciona, financiamento e, Nós vamos, natureza.

"Quando você faz experimentos de laboratório, você pode configurar as coisas da maneira que quiser, você pode fazer quantas iterações quiser, "observou Mather." Mas quando você faz um estudo atmosférico, você confia no que a natureza traz. "

Campanhas mais longas permitem aos investigadores a oportunidade de observar tipos semelhantes de condições várias vezes para determinar se um evento foi uma anomalia ou parte de um padrão maior e para entender melhor a variabilidade de certos fenômenos.

Argonne Heads West

Além de seus cientistas conduzindo pesquisas climáticas usando dados ARM, Argonne também administra o observatório SGP. O maior e mais antigo dos sites ARM fixos, A instalação central do SGP está localizada em Lamont, Oklahoma - onde, não tão ironicamente, o vento vem varrendo a planície - suas 17 instalações estendidas espalhadas generosamente pelo centro-norte de Oklahoma e sul do Kansas.

A natureza expansiva do SGP e o trabalho que realiza estão intimamente ligados à sua geografia. Localizado próximo a outras instituições de pesquisa, como o National Weather Service Storm Prediction Center e o National Severe Storms Laboratory, abrange uma variedade de ambientes rurais e, talvez mais importante, está situado dentro de uma zona de transição climática.

"É aí que você tem quatro temporadas, "explicou Mike Ritsche da Argonne, Gerente do local do SGP. "Ser capaz de medir o que está acontecendo acima de sua cabeça todos os dias durante esses períodos de transição é importante porque o clima é sempre diferente."

Para fornecer um registro contínuo desta zona de transição, O pessoal do SGP conduz quatro lançamentos de balões meteorológicos por dia, a cada seis horas, 365 dias por ano. Os balões medem a temperatura, humidade relativa, velocidade e direção do vento e pressão atmosférica, fornecendo um perfil vertical preciso da atmosfera, da superfície até a camada mais baixa da atmosfera, onde ocorre a maior parte do tempo.

A mais bem instrumentada das instalações ARM, O SGP está equipado com quase 200 instrumentos, como lidares Doppler e radares em nuvem que fornecem aos usuários maneiras adicionais de visualizar a atmosfera verticalmente e, mais especificamente, a distribuição vertical das nuvens.

Essa variabilidade no clima e geografia da região, combinado com o vasto kit de ferramentas do SGP, cria um laboratório natural para medir a dinâmica de nuvens e aerossóis e como eles interagem com a superfície da Terra, que os pesquisadores do SGP também medem e caracterizam.

"O perfil de umidade proveniente de um campo de trigo versus uma pastagem versus uma área de floresta são todos diferentes, "disse Nicki Hickmon, Diretor associado da ARM para operações. "Essa diferença, junto com outras variáveis, determina se vamos ter nuvens ou apenas alguma névoa. Como isso afetará a radiação solar que entra e sai? Isso é o que estamos medindo, essa é uma das coisas que estamos tentando chegar. "

Os resultados, ela disse, Os dados e observações de qualidade - incertezas e questões de qualidade devidamente anotadas - estão acessíveis aos pesquisadores do clima em todo o mundo para ajudar a desenvolver e validar o clima global e modelos meteorológicos.

Perspectiva do usuário

Em 2018, 1, 173 usuários acessaram dados do ARM, adquiriu acesso remoto a recursos de computação de alto desempenho de seu data center no Oak Ridge National Laboratory ou conduziu algum nível de trabalho de campo em um dos observatórios da ARM.

Um deles é o autoproclamado usuário avançado Dave Turner, gerente do programa de Ciência Atmosférica para Energia Renovável (ASRE) da NOAA em seu Laboratório de Pesquisa do Sistema Terrestre, e líder da Seção de Avaliação de Modelo da Filial de Desenvolvimento de Assimilação na divisão de Sistemas Globais do laboratório.

Associado à ARM em alguma capacidade desde 1994, seu trabalho gira, em parte, sobre como melhorar os modelos de previsão, como o modelo de atualização rápida de alta resolução (HRRR) da NOAA, para ajudar as empresas de energia a estimar a produção diária de energia a partir de fontes de energia renováveis.

"O desafio é, se eles anteciparem a produção de 10 megawatts de energia solar amanhã, mas amanhã está nublado e eles só têm um megawatt, eles ainda precisam descobrir como vão fornecer os outros nove, "observou Turner.

Turner está tentando utilizar observações ARM, particularmente aqueles do site do SGP, para ajudar as empresas de energia a criar previsões mais precisas - compreender como as propriedades potenciais da nuvem afetam as previsões de energia solar, ao verificar se o HRRR prevê com precisão os jatos de baixo nível nas planícies centrais, o que é importante do ponto de vista da energia eólica.

“O SGP é talvez o melhor observatório atmosférico do mundo, e eu estive em muitos deles, "disse Turner." Eles medem mais variáveis ​​com diferentes instrumentos e fornecem uma imagem mais completa do que está acontecendo na atmosfera do que você poderia encontrar em qualquer outro lugar. "