科学家们反复检查天气预报,为飞机的飞行做准备,并在最后一刻检查科学仪器。一场巨大的冬季风暴即将来临,但这正是这些追逐风暴的科学家们所希望的。

该团队正在NASA的两架飞机上追踪美国中西部和东部的风暴,这两架飞机配备了科学仪器,以帮助了解冬季风暴形成和发展的内部机制。该团队正在驾驶两架飞机调查冬季风暴,一架在风暴上方,一架在云层内。每个都配备了一套科学仪器,用于收集有关雪粒及其形成条件的数据。这些实验是NASA第二次部署大西洋海岸威胁风暴(IMPACTS)微物理和降水调查任务的一部分,该任务于1月开始,计划于2月底结束。

这些数据将帮助团队将雪粒及其环境的特性与大尺度过程联系起来,比如云层结构和降水模式,这些过程可以通过飞机和卫星上的遥感仪器看到。最终,IMPACTS团队对暴风雪的了解将改善气象模型,提高我们使用卫星数据预测降雪量和降雪地点的能力。

观测各种风暴

西雅图华盛顿大学的大气科学家、IMPACTS的首席研究员林恩·麦克默迪说,风暴通常会形成被称为雪带的狭窄结构。IMPACTS的主要目标之一是了解这些结构是如何形成的,为什么有些风暴没有雪带,以及如何使用雪带来预测降雪。为了做到这一点,该团队希望在为期三年的IMPACTS任务中对各种各样的风暴进行采样。

在2020年IMPACTS任务期间,该团队对中西部和东海岸的各种风暴进行了采样,包括较暖的暴雨和强冷锋和对流的风暴。但麦克默迪说,该团队没有看到东北风暴,这是一场具有强大低压系统的风暴,它沿着新英格兰海岸向上移动,将来自大西洋的湿气与来自加拿大的冷空气混合在一起。

位于马里兰州绿带的NASA戈达德航天飞行中心负责IMPACTS的副首席调查人员约翰·约克斯说:“东北风暴来到东海岸,可以带来几英尺厚的降雪,从而导致城市被迫关闭。”能够更好地预测这些风暴将带来降雪的地点和程度,可以帮助城市更好地为冬季的恶劣天气做好准备。

2022年1月4日,NASA的Terra卫星上的MODIS仪器拍摄到美国中大西洋地区一场大风暴带来的潮湿大雪后的降雪图像。一些地区的积雪超过14英寸,导致企业、学校和州际高速公路关闭。
影像来源:NASA

云层上下及云层里

NASA及其合作伙伴拥有多颗测量太空降水的卫星,例如每三小时观测一次世界大部分地区的降雨和降雪的全球降水测量任务。“但卫星无法告诉我们很多关于这些粒子——真正的雪花——以及它们在云层中形成的位置。”戈达德IMPACTS副首席研究员之一格里·海姆斯菲尔德说。IMPACTS已经用尽了由戈达德管理的位于弗吉尼亚州沃洛普斯飞行设施的设备。

取而代之的是,IMPACTS正在驾驶两架配备了科学仪器的飞机。NASA阿姆斯特朗飞行研究中心的ER-2是一架高空喷气式飞机,从北卡罗来纳州费耶特维尔附近的波普陆军机场起飞,将在大约65,000英尺的高空飞行,从云层上方获得自上而下的视野。ER-2上的仪器与卫星上的仪器类似,但具有更高的空间分辨率、额外的测量能力和更频繁的采样。地面科学家也在使用地面雷达从下方测量云的特性。

NASA配备了一套科学仪器的ER-2型高空喷气式飞机起飞。
影像来源:NASA阿姆斯特朗飞行研究中心

约克斯说:“像IMPACTS这样的任务确实可以用更高分辨率、更高精度的飞机测量来补充这些航天器测量,更频繁地对事件进行采样,并提供多普勒测量等附加参数。”

另一架飞机是P-3猎户座战机,其飞行高度高达26000英尺。悬挂在P-3机翼上的探测器测量降水颗粒的大小、形状和分布。在不同的高度飞行P-3可以让团队测量整个云层中的雪粒,以及它们形成的温度、水气和其他条件。

P-3还向海洋上空投放了一种名为下投式探空仪的小型仪器。这些仪器的工作原理与气象气球的工作原理类似,可以在它们降落时测量大气中的温度、风和湿度。当风暴从几个根据团队正在研究的风暴移动的地点上方掠过时,该团队还每隔几个小时发射一次气象气球。下投式探空仪和气象气球收集的数据提供有关风暴之前、期间和之后的大气状况的信息。

海姆斯菲尔德说:“暴风雪是非常复杂的风暴,我们需要每一项数据——模型、飞机仪器、气象探测——来真正弄清楚这些风暴中发生了什么。”

多年IMPACTS任务是30年来对美国东部暴风雪的首次全面研究。该科学团队包括来自NASA、全国多所大学、国家大气研究中心和NOAA的研究人员,其中包括国家气象局的合作伙伴。

如欲了解有关该任务的更多信息,请访问:https://espo.nasa.gov/impacts/content/IMPACTS

参考来源:
https://www.nasa.gov/feature/esnt/2022/nasa-planes-fly-into-snowstorms-to-study-snowfall

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