Por décadas, os cientistas debateram o impacto das partículas humanas e ambientais na atmosfera, chamados aerossóis, em condições meteorológicas severas. Estudos climáticos sugerem que os aerossóis podem ajudar a moldar e até mesmo fortalecer os elementos das tempestades, como chuvas e raios.

Contudo, estudar aerossóis na atmosfera é difícil. Existem muitos tipos, e as partículas são pequenas. Seus processos químicos e físicos também podem ser sutis ou de curta duração. Os cientistas expressaram a necessidade de dados mais detalhados sobre aerossóis. Novos dados são especialmente necessários para melhorar a representação de nuvens e tempestades em modelos climáticos.

Para fornecer esses dados importantes para cientistas, formuladores de políticas, e o público, o Escritório de Ciência do Departamento de Energia está apoiando uma equipe de pesquisadores que está digitalizando nuvens no céu do Texas em alta resolução. Ao rastrear aerossóis e nuvens desta forma, a equipe espera entender melhor a relação entre as partículas, nuvens, e tempestades.

Observatório atmosférico móvel do DOE

Um novo projeto chamado TRACER - Tracking Aerosol Convection Interactions Experiment - está usando um observatório móvel DOE da instalação do usuário de Medição de Radiação Atmosférica (ARM) para registrar microprocessos que acontecem nas nuvens. O experimento vai de outubro de 2021 a setembro de 2022 na área de Houston.

O observatório ARM consiste em abrigos portáteis equipados com instrumentos e equipamentos de comunicação. O local do observatório pode parecer imperceptível, mas é uma das instalações mais avançadas do mundo para a coleta de dados atmosféricos.

O programa de Pesquisa Biológica e Ambiental (BER) do Office of Science gerencia vários observatórios ARM como instalações para usuários de vários laboratórios. Por mais de 30 anos, campanhas de pesquisa levaram essas estações móveis às fronteiras do clima e da ciência atmosférica - do Pólo Sul ao Pólo Norte e aos trópicos. Os dados coletados dessas expedições de campo ajudam a melhorar as previsões dos modelos climáticos.

Avançando nossa compreensão sobre aerossóis

Os aerossóis são partículas naturais e feitas pelo homem que chegam à atmosfera. Aerossóis de fabricação humana podem incluir poluentes emitidos por automóveis ou plantas industriais. Aerossóis naturais podem incluir sal marinho, pó, fumaça de incêndio florestal, e outras partículas do meio ambiente, perto ou carregada por centenas de milhas pelo vento e pelo clima.

"Uma das principais questões da campanha TRACER é até que ponto os aerossóis atmosféricos podem tornar as tempestades mais severas, "disse Shaima Nasiri, Gerente do programa BER Atmospheric System Research.

Conectar os pontos entre pequenas partículas e tempestades é um problema complexo. Felizmente, resolver problemas multiescala como este, abrangendo química fundamental para modelagem climática global, é uma especialidade do Office of Science.

O TRACER é liderado pelo investigador principal do Laboratório Nacional Brookhaven do DOE, Michael Jensen, com muitos co-investigadores em outros laboratórios nacionais do DOE, a Universidade de Houston, e cientistas de todo o mundo. A campanha de um ano se concentrará em aerossóis encontrados em nuvens convectivas profundas - um tipo comum de nuvem de tempestade.

“Nuvens convectivas atuam como elevadores da atmosfera, "Jensen disse." Eles são desenvolvidos verticalmente e tendem a transportar vapor de água, aquecer, impulso, e partículas da superfície até a atmosfera. "

Para observar melhor as interações de aerossóis e nuvens ao longo do tempo (minutos a meses) e espaço (pequenas partículas a nuvens de tempestade), a equipe TRACER adicionou novas ferramentas ao conjunto de sensores da ARM, balões meteorológicos, e radar.

Novas técnicas de varredura e inteligência artificial rastrearão as nuvens automaticamente conforme elas se desenvolvem. Então, sistemas de radar especializados farão medições detalhadas de nuvens e partículas.

“Também coletaremos aerossóis na superfície para medir seu tamanho e número, "Jensen disse.

Essas ferramentas vão emprestar técnicas de precisão de laboratório para observações de campo.

Houston - um laboratório de nuvem do mundo real

Se você é um cientista estudando aerossóis em nuvens convectivas, Houston é um bom lugar para fazer seu trabalho. O clima subtropical da região no Golfo do México experimenta fortes chuvas previsíveis, tempestades, inundação, e até furacões. Nuvens convectivas pairam sobre a cidade na metade do ano e são mais frequentes no período de chuva, meses de verão.

Houston também é uma cidade próspera com transporte e indústria - e os aerossóis que vêm com eles. A área metropolitana tem uma classificação elevada entre as cidades dos EUA para a má qualidade do ar, incluindo poluição por partículas. Mas a paisagem extensa do Texas ao redor da cidade ostenta um ar mais claro, fornecendo um ambiente de controle semelhante a um laboratório para comparação.

Houston também é uma típica cidade americana. Cerca de 80 por cento dos americanos vivem em áreas urbanas e cerca de 40 por cento vivem na costa.

"A maioria das pessoas nos Estados Unidos vive em cidades como Houston, "Nasiri disse.

Embora muitos observatórios móveis da ARM tenham sido implantados em ambientes remotos vulneráveis ​​às mudanças climáticas, O TRACER pode servir de modelo para futuras campanhas urbanas da ARM.

"Acho que a tecnologia avançou a ponto de os cientistas sentirem que podem fazer progressos nas questões urgentes das ciências atmosféricas relacionadas aos impactos urbanos, "Nasiri disse.

Como cidades como Houston podem atestar, os impactos da mudança climática atingem mais perto de casa do que nunca. Tempestades devastadoras podem levar à perda de vidas, falhas de energia perigosas, e danos materiais caros.

"Esta é a nossa primeira grande campanha urbana de campo desse tipo, e daqui para frente, estamos interessados ​​em estudar mais de perto as emissões nas cidades, "disse Jeff Stehr, Gerente do programa BER Atmospheric System Research.

Dados de longa duração para futuros estudos climáticos

Disponível para qualquer pessoa usar, Os dados do TRACER serão um recurso importante para cientistas e comunidades nos próximos anos. Embora a campanha seja baseada em questões científicas fundamentais sobre interações de aerossol, o programa BER espera que os dados do TRACER forneçam informações a outros estudos. Os cientistas podem usar os dados em pesquisas que vão desde a ciência básica sobre a química do aerossol até a poluição, Clima extremo, e mudanças climáticas e resiliência. O próprio programa financiará pesquisas científicas básicas usando dados do TRACER após a conclusão da campanha.

"Também tivemos muito interesse de outras agências, com uma diversidade de pessoas participando, "Disse Jensen." A equipe científica inicial incluía 35 co-investigadores, mas cresceu para uma parceria muito maior com colaboradores interagências e internacionais. "

Para maximizar os dados coletados e agrupar os resultados, outras agências de ciência dos EUA, incluindo NASA, NOAA, e a National Science Foundation, conduzirá seus próprios experimentos atmosféricos durante a campanha TRACER. Organizações regionais, como a Comissão de Qualidade Ambiental do Texas, também estão colaborando com o projeto.

Com muitos usos potenciais para os dados climáticos de alta resolução do TRACER, os resultados da pesquisa podem ir além do estudo das interações de aerossol e nuvem.

"Podemos nem saber qual será o maior resultado da campanha, "Nasiri disse." A maior lição pode ser algo em que nem estamos pensando. "