Le printemps dernier, Université du Colorado, Jessie Creamean, chercheuse à Boulder, a passé quelques semaines à Oliktok Point, glacial et venteux, Alaska. En vue des plates-formes pétrolières et des raffineries de la mer de Beaufort et du versant nord, bloquées par les glaces, elle a mis en place un système d'échantillonnage d'aérosols pour un projet sur les particules de nucléation de la glace (INP).

Les INP sont un facteur mal compris dans les nuages ​​à phases mixtes de l'Arctique, qui jouent un rôle important dans le contrôle de la quantité d'énergie qui atteint la glace de mer vulnérable de la région.

Creamean travaille à l'Institut coopératif de recherche en sciences de l'environnement (CIRES) et fait partie d'une équipe largement qualifiée de chercheurs basés à Boulder qui travaillent sur un projet de quatre ans conçu pour faire progresser la compréhension de l'atmosphère arctique.

Il est financé par le programme de recherche sur le système atmosphérique (ASR) du département américain de l'Énergie (DOE) et dirigé par un autre scientifique du CIRES, chercheur principal Gijs de Boer.

Le projet se concentre sur Oliktok Point, un observatoire atmosphérique à court terme financé par l'installation de recherche sur la mesure du rayonnement atmosphérique (ARM) du DOE et abritant la troisième installation mobile ARM (AMF3). Il se trouve à environ 260 kilomètres (162 miles) au sud-est d'Utqiaġvik (anciennement connu sous le nom de Barrow), où ARM maintient son observatoire atmosphérique fixe du versant nord de l'Alaska (NSA).

Les bonnes compétences

Toute l'équipe ASR est composée de physiciens, mais chacun a un ensemble diversifié de compétences faisant avancer le projet. crémeux, pour un, se spécialise dans les aérosols (petites particules formant des nuages ​​dans l'air) et la chimie des aérosols. De Boer, le chef d'équipe ASR pour les efforts ARM à Oliktok Point, est un expert en télédétection et en systèmes aériens sans pilote (UAS)—le vol à basse altitude, des aéronefs à faible vitesse sont testés de manière prometteuse comme plates-formes d'observations atmosphériques.

A leurs côtés dans le projet Oliktok, d'autres experts du CIRES, chacun listé avec une indication abrégée de l'expertise qu'ils apportent :Matthew Shupe (processus cloud); Amy Solomon (simulations de grands tourbillons et modélisation régionale); Christopher Cox (télédétection et bilans de rayonnement de surface); Sergey Matrosov (radars à balayage et propriétés des précipitations); Christopher Williams (télédétection, dynamique des nuages, et microphysique); Maximilian Maahn (télédétection, nuages ​​polaires); et le doctorant Matthew Norgren (interactions aérosol-nuage).

Rejoindre le groupe de projet du Laboratoire de recherche sur le système terrestre de la National Oceanic and Atmospheric Administration à Boulder sont Allison McComiskey (interactions aérosol-nuage) et Dave Turner (évolution des nuages ​​et transfert radiatif à ondes longues).

Missions arctiques

Lors du lancement du projet ASR en mars 2015, il embrassait un ensemble ambitieux de questions scientifiques liées à l'évolution rapide des conditions dans l'Arctique, où la couverture de glace de mer diminue, le pergélisol se réchauffe, et les écosystèmes changent.

Ces changements rapides se produisent dans un régime atmosphérique qui a des effets de plus en plus clairs sur le temps à basse altitude et sur les systèmes terrestres en général.

De Boer et ses collaborateurs ont ciblé les lacunes dans les connaissances sur certains processus atmosphériques arctiques fondamentaux, en vue de réduire les incertitudes dans les modèles conçus pour simuler les conditions présentes et prédire celles à venir.

Ensemble, ils ont participé à 13 articles jusqu'à présent, soit publié, soit accepté.

"Il y a beaucoup plus à faire, " dit de Boer, notant une liste de tâches sur le tableau blanc derrière lui. Il espère qu'ils seront traités avant la clôture du projet en février 2019.

Le progrès, dans quelques titres

Largement, le projet a déjà mis en lumière l'influence atmosphérique de l'industrie locale à proximité du site. Il a également déployé de nouvelles méthodes de mesure de l'atmosphère, y compris les UAS et les ballons captifs. "Ils offrent des perspectives que nous n'avions pas dans le passé, " dit de Boer.

Le projet a également ajouté des informations sur ce que de Boer appelle la "variabilité spatiale". Au lieu qu'Utqiaġvik soit la seule source de données atmosphériques pour cette partie de l'Arctique, il existe désormais deux observatoires à partir desquels évaluer les hypothèses.

Les missions officielles du projet commencent par une enquête sur les transitions entre les états atmosphériques clairs et nuageux dans les hautes latitudes. "Nous avons capturé de nouvelles informations, " dit de Boer. De nouvelles simulations sont en cours.

Les chercheurs du projet se penchent également sur les précipitations à haute latitude. Dans l'Arctique, il est très difficile de représenter avec précision la forme et la masse des flocons de neige, en partie parce qu'il est difficile de distinguer la poudrerie de la neige fraîche. Pour pallier cette difficulté, l'équipe utilise les données de l'instrumentation avancée, y compris le balayage des radars de nuages.

Une grande partie du travail lourd ici vient des travaux sur la microphysique des nuages ​​par Matrosov, qui utilise des radars à balayage et à plus grande longueur d'onde pour démêler les propriétés des précipitations, et par Salomon, un expert dans l'utilisation de simulations de grands tourbillons à très haute résolution et de la modélisation régionale pour comprendre les processus physiques clés.

Avant le projet Oliktok, très peu de données étaient archivées sur cette partie de l'Arctique, dit Shupe, un vétéran des campagnes par temps froid. « Nous sommes passés de presque rien qui sort de là à des produits de données importants, études, et des papiers."

Il a souligné les études de Maahn, crémeux, de Boer, Matrosov, et Williams (qui a travaillé sur le désencombrement mathématique des signaux radar sur le site, où la luminosité des pipelines de raffinerie est un facteur de confusion).

Shupe travaille également avec Turner pour modifier son algorithme Shupe-Turner pour récupérer les propriétés des nuages ​​arctiques (basées sur des données microphysiques d'Utqiaġvik) aux conditions d'Oliktok. Il sera bientôt publié dans le centre de données ARM.

Le projet a également pour mission de caractériser les aérosols et les interactions entre ces particules et les nuages. C'est ici que le travail de Creamean, pris en charge par ARM, prend du sens. Elle mesure les températures de congélation et les concentrations de l'INP à Oliktok Point, une recherche d'abord.

Courant mars 2017, et avec l'aide des techniciens du site qui ont veillé sur ses instruments jusqu'en mai, Creamean a collecté des échantillons quotidiens (poussière, bactéries, et d'autres particules) pour un projet qui donnera bientôt un papier. Ses questions :d'où viennent ces graines de gouttelettes de nuages ​​et de cristaux de glace, et comment ont-ils un impact sur les propriétés des nuages ​​arctiques ?

L'équipe étudie également comment les aérosols diffusent et absorbent les radiations dans l'atmosphère le long du versant nord de l'Alaska; comment ces particules formant des nuages ​​se comportent au cours des cycles saisonniers ; et à quel point ces particules sont différentes à Oliktok, en vue des champs pétrolifères, par rapport à l'air relativement pur d'Utqiaġvik.

Un article de 2017, dirigé par Maahn, examiné comment la taille des gouttelettes des nuages ​​est affectée par les intrants industriels locaux à Oliktok.

La tâche la plus ambitieuse de l'équipe de recherche est peut-être son enquête sur les nuages ​​arctiques et leur influence climatologique. Dans cette région et ailleurs, les nuages ​​sont l'une des plus grandes sources d'incertitude dans les modèles.

Cet été aidera sur ce point, lorsque de Boer mène une campagne ARM, il espère faire d'Oliktok Point un centre d'activité central pendant l'Année de la prévision polaire (YOPP), une période intensive d'observations internationales coordonnées de l'Arctique.

De Boer dit Profils à Oliktok Point pour améliorer les expériences YOPP (POPEYE), prévue du 1er juillet au 30 septembre, ajoutera un UAS amélioré, ballon captif, et des mesures par radiosonde (ballon météorologique) à celles déjà collectées par l'AMF3.