Aujourd'hui, la majorité de la population mondiale vit dans les villes, et une fraction importante (près de 40 pour cent) vit à moins de 30 milles d'une côte. Prévoir les conditions météorologiques et les microclimats locaux dans ces zones très peuplées est essentiel pour gérer efficacement les ressources énergétiques, surveillance de la qualité de l'air, développer une infrastructure de transport résiliente, se préparer aux catastrophes naturelles et aux situations d'urgence, et assurer la sécurité nationale.

Cependant, en raison de leurs caractéristiques uniques, les zones urbaines et côtières développées sont parmi les endroits les plus difficiles à prévoir avec précision les conditions atmosphériques. Les villes sont souvent plus chaudes que leur environnement suburbain ou rural parce qu'elles sont faites de matériaux absorbant la chaleur tels que le béton et l'acier, et ils génèrent une quantité importante de chaleur résiduelle en raison de l'utilisation d'énergie industrielle. Les immeubles de grande hauteur redirigent le flux d'air, modifier la vitesse et la direction du vent. En poussant au chaud, air de surface humide dans l'air plus frais au-dessus, les gratte-ciel peuvent favoriser la formation de nuages ​​de pluie. En raison de ces facteurs et d'autres, les zones urbaines sont vulnérables aux orages violents, glace épaisse et neige, vagues de chaleur et de froid, et d'autres phénomènes météorologiques extrêmes qui présentent des risques pour la santé et la sécurité humaines. Par exemple, les inondations liées aux tempêtes exacerbées par la montée du niveau de la mer dans les villes côtières pourraient forcer la fermeture des stations de métro, routes, et d'autres modes de transport.

« Malgré son importance au XXIe siècle, le système urbain homme-environnement est très mal connu, " dit Pavlos Kollias, un scientifique de l'atmosphère au Département des sciences de l'environnement et du climat du Laboratoire national de Brookhaven du Département de l'énergie des États-Unis (DOE), professeur à la School of Marine and Atmospheric Sciences (SoMAS) de la Stony Brook University (SBU), et professeur adjoint au Département des sciences atmosphériques et océaniques de l'Université McGill. « Les systèmes actuels de surveillance et d'alerte atmosphérique ne sont pas suffisants pour prédire le microclimat urbain. Les progrès des réseaux de télédétection distribués, modèles météorologiques numériques, et le calcul haute performance sont nécessaires pour améliorer les capacités de prévision météorologique locale. »

En 2017, Brookhaven Lab a créé le Center for Multiscale Applied Sensing (CMAS) pour accélérer la recherche basée sur les données afin de développer des systèmes de prévision météorologique plus fiables pour les villes et autres points chauds énergétiques. Ce centre multidisciplinaire rassemble une expertise de pointe dans les technologies de capteurs atmosphériques et la modélisation météorologique à haute résolution du département des sciences de l'environnement et du climat du Brookhaven Lab et de l'Initiative des sciences informatiques et du SoMAS de la SBU. Les scientifiques de la CMAS définissent des paramètres atmosphériques clés à intégrer dans les modèles de système urbain à différentes échelles, du niveau de la rue au quartier, ville, et les niveaux régionaux - et les mesures atmosphériques nécessaires pour initialiser et valider ces modèles.

En septembre 2018, Brookhaven Lab a déployé un nouveau laboratoire mobile basé sur des camions dans le cadre des capacités d'observation de la CMAS. Ce laboratoire mobile est équipé de plusieurs capteurs à la pointe de la technologie pour mesurer les vents, précipitation, qualité de l'air, et d'autres variables atmosphériques. Au cours des prochaines années, le camion se rendra dans diverses zones urbaines et côtières le long de la mégalopole du nord-est, la zone s'étendant de Boston à Washington, DC—pour collecter des données atmosphériques à l'appui des études de dispersion urbaine et des vents en mer.

« Les données atmosphériques collectées par le camion de recherche permettront de mieux comprendre les interactions complexes entre les humains et les environnements urbains et la manière dont ces interactions ont un impact sur le microclimat de ces environnements, " a déclaré Kollias. " Le laboratoire mobile apportera des capacités de mesure dans des zones à accessibilité limitée, et les données obtenues sur les processus atmosphériques urbains soutiendront le développement de modèles prédictifs à toutes les échelles."