Une campagne de terrain financée par la NASA et lancée en Floride le 25 mai a une réelle chance d'améliorer la capacité des météorologues à répondre à certaines des questions les plus fondamentales sur la météo :où va-t-il pleuvoir ? Lorsque? Combien?

Appelé l'expérience des processus convectifs (CPEX), la campagne utilise le laboratoire aéroporté DC-8 de la NASA équipé de cinq instruments de recherche complémentaires conçus et développés à la NASA. L'avion transportera également de petits capteurs appelés dropsondes qui sont largués de l'avion et effectueront des mesures au fur et à mesure de leur chute. Travailler ensemble, les instruments recueilleront des données détaillées sur le vent, température et humidité de l'air sous l'avion lors de l'accouchement, croissance et décroissance des nuages ​​convectifs—nuages ​​formés par l'air humide s'élevant des eaux subtropicales autour de la Floride.

"La convection est simplement une colonne ou une bulle d'air chaud qui s'élève, " a déclaré Ed Zipser, chercheur principal du CPEX, de l'Université de l'Utah à Salt Lake City. Cet air ascendant peut devenir la semence d'une tempête de pluie; dans les régions tropicales et subtropicales, y compris le sud des États-Unis, la convection est le mode de formation le plus courant des précipitations. Les nuages ​​convectifs peuvent se réunir pour former une tempête de pluie majeure ou même devenir un ouragan.

Même si la convection est un processus atmosphérique si fondamental, le début de la convection s'est avéré difficile à prévoir. Bjorn Lambrigtsen du Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, Californie, membre de l'équipe scientifique du CPEX, explique pourquoi :« La convection tropicale s'enflamme rapidement. Un orage éclate, fait son truc, et s'en va dans une heure environ. Et ils ne sont pas très grands." Ils mesurent généralement moins de six miles (10 kilomètres) de diamètre. Les satellites ne peuvent pas observer beaucoup de détails sur une entité aussi petite même s'ils regardent au bon endroit au bon moment « Pour comprendre ce qui fait qu'un orage se forme et grandit, nous avons besoin de campagnes sur le terrain. Nous devons voler là où sont les tempêtes, les regarder et leur environnement en détail, et mesurer toutes les caractéristiques importantes en même temps, " dit Lambrigtsen.

Zipser s'intéresse particulièrement aux zones de convection profonde, avec des sommets de nuages ​​plus hauts que les jets volent. "Si vous regardez une affiche de vacances d'Hawaï, tu vois un ciel plein de petites boules de coton, " dit-il. " Ces nuages ​​n'ont que quelques kilomètres de profondeur, et vous pourriez en tirer une légère douche. La troposphère au-dessus des tropiques a 14 ou 15 kilomètres de profondeur, et la moitié supérieure des nuages ​​​​convectifs profonds est pleine de particules de glace au lieu de gouttes de liquide. Si ces nuages ​​profonds s'organisent mieux, devenir un grand système et se déplacer sur la terre, vous pouvez avoir répandu, de fortes pluies pendant la majeure partie de la journée. Nous devons découvrir quand la convection profonde va se former et pourquoi. »

Un mois, Un avion, Cinq instruments

L'équipe CPEX prévoit d'enregistrer 10 à 16 vols en juin pour un total d'environ 100 heures de vol, le temps le permet. Ils espèrent enregistrer toute l'évolution des orages convectifs, de la naissance à la décadence. Ils voleront dans la direction où le temps semble le plus prometteur, que ce soit le golfe du Mexique, les Caraïbes ou l'océan Atlantique occidental. Les données les plus intéressantes devraient venir lorsque l'avion est capable de pénétrer une convection profonde mais modérée sans menace de foudre, collecter des données à l'intérieur d'une tempête ou d'un système de tempête.

Les cinq instruments de la NASA volent ensemble pour la première fois :

1. AUBE, le Lidar éolien Doppler en aérosol, est un ajout relativement récent à la boîte à outils des sciences de la Terre de la NASA qui mesure le profil horizontal du vent sous l'avion. Il a été développé et est exploité par le Langley Research Center de la NASA à Hampton, Virginie. Lambrigtsen a noté que contrairement aux dropsondes, qui collectent des données uniquement aux endroits où elles sont déposées, DAWN collecte une bande de données continues le long de la trajectoire de vol. "C'est l'une des mesures les plus importantes pour comprendre la convection tropicale, et il n'était pas disponible jusqu'à ce que DAWN et des capteurs similaires entrent en scène, " a déclaré Lambrigtsen.
2. AVR-2, le radar de précipitation aéroporté de deuxième génération, mesure les précipitations et le mouvement vertical dans les tempêtes en utilisant le même type de double polarisation, technologie à double Doppler en tant que radar au sol du National Weather Service. Développé et exploité par JPL, APR-2 mesure les particules de pluie ou de glace dans un nuage, qui révèlent la structure du nuage.
3. Trois radiomètres à micro-ondes du JPL mesurent ce que Lambrigtsen appelle « le pain et le beurre de la convection » :la température, vapeur d'eau, et la quantité de liquide dans les nuages ​​:

• HAMSR, le radiomètre de sondage à haute altitude MMIC (circuit intégré hyperfréquence monolithique) ;
• MTHP, le profileur de température et d'humidité des micro-ondes
• MASC, le Sondeur Atmosphérique à Micro-ondes pour Cubesats. Cet instrument expérimental testera la possibilité de faire voler un radiomètre micro-ondes miniaturisé sur un minuscule satellite appelé Cubesat. Les scientifiques du JPL évalueront les performances de MASC en CPEX pour faire progresser l'instrument sur la voie de la préparation spatiale.

L'avion DC-8 et son équipage sont basés au centre de recherche en vol Armstrong de la NASA à Palmdale, Californie.

Meilleur compréhension, Modèles améliorés

Avec une carrière remontant aux années 60, Ed Zipser sait aussi bien que quiconque comment un bon ensemble de données issues de recherches sur le terrain peut faire progresser la compréhension de l'atmosphère et améliorer la précision des modèles météorologiques et climatiques. "Nous savons depuis les années 1970 que la clé d'une prévision réussie est de pouvoir comprendre et traiter le rôle de la convection, " a-t-il dit. " Nous avons fait beaucoup de progrès, mais aucun des traitements modèles de la convection n'est quelque chose que vous pourriez appeler parfait. Nous devons mieux observer et mieux comprendre. CPEX est une opportunité assez excitante d'en apprendre davantage sur la convection et son évolution. »