Ich ging Storm Chasing mit der NASA

Es ist eine dunkle und stürmische Nacht, 28.000 Fuß über dem mittleren Westen. Kurz nach 22:30 stehe ich Achtern des Cockpits ein NASA DC-8, während Blitze außerhalb der Kabinenfenster.

Ein Team von Wissenschaftlern nahm vor kurzem in den Himmel über Kansas und Nebraska, wie nächtliche Gewitter Form über die Great Plains zu studieren. Die Mission wurde in der Nacht oder PECAN Plains erhöhte Konvektion genannt. Ich war für die Fahrt entlang.

Stürmischen Nächten

Navigator Walter Klein verweist auf ein Radarbild auf seinem Tablet: ein Sturm Zelle zentriert nur in Kearney, Nebraska. Auf Radar gezogene Sturm sieht ein wenig wie ein Komet mit einem Kern aus rot, orange und gelb in Richtung Südwesten, stürzt ein Schwanz grün geschwungene aus in Richtung Nordosten.

"Das ist ein großes Gewitter", sagt Klein. "Das werden die Flügel aus einem Flugzeug reißen." Er ist grinsend, während er es sagt. Natürlich.

Wir haben dieser Sturm in eine indirekte, Zick-Zack Weg seit ca. 20:00, verfolgt als wir nach einer kleinen municipal Airport in Salina, Kansas zog. Abweichend von der ordentlich Raster von unseren ursprünglichen Flugplan, haben wir hin und her geflogen in einer Reihe von Ost-West-Richtung Beine über dem Sturm Weg, die uns stetig näher zu den hoch aufragenden schwarzen Wolken voller konstant, stroboskopische Blitz gebracht haben. Instrumente an Bord sammeln Daten über die Luft fließt in den Sturm, weil die Feuchtigkeit in die einströmende Luft den Sturm Wachstum löst, hält es los und seine Spur über die Prärie treibt.

Dieses Phänomen ist, was Wissenschaftler vom ganzen Land hierher gekommen sind, mit einer Flotte von Flugzeugen und eine Reihe von Instrumenten zu studieren. NASA nutzt auch diese Mission, um einige dieser Instrumente für den Einsatz im Weltraum zu testen. Dieser 46-Year-Old-Ebene trägt die morgige Wetter-Satelliten.

PEKANNUSS Ziel ist es, eröffnen einige Meteorologen die letzte Grenze der Wettervorhersage nenne: große Stürme, wie dieser, die nachts über den Great Plains zu bilden. Sie machen den größten Teil der Region Regen, aber wir verstehen sie nicht noch sehr gut.

Eine meteorologische Geheimnis

Die Wissenschaft vom Wettervorhersage hat in den letzten Jahrzehnten enorme Fortschritte gemacht, aber es ist immer noch schwer vorherzusagen, die nächtliche Stürme des mittleren Westens. Sie arbeiten ein wenig anders als andere Sturmsysteme. Die meisten Gewitter bilden sich, wenn warmer, feuchter Luft von der Erdoberfläche gezwungen ist, steigen, entweder durch eine Landform wie ein Berg, oder durch eine "Beule" von kühler Luft, wie eine Kaltfront. Warmer Luft ist leichter als kühle Luft, also sobald die warme Luft steigt beginnt, hält es hinauf, und es Feuchtigkeit mit sich nimmt. Da die Luft nach oben steigt, beginnt es zu kühlen und die Feuchtigkeit darin beginnt in Wolken kondensieren.

Dass Prozess ziemlich gut verstanden, und doch die Nacht stürmt das Formular über die Great Plains-Start anders. Sie sind durch etwas gebildet, die an den viel größeren Höhen geschieht.

"Was oft im mittleren Westen in der Nacht passiert ist, dass Sie das, was einen Low-Level-Jet genannt hat, das ist im Grunde ein sehr schnelllebigen Luftstrom, der aus dem Süden nach Norden bewegt, das ein Großteil dieser Wasserdampf aus dem Süden kommend trägt. Und so, wo diese Low-Level-Jet dann interagiert mit anderen Störungen in der Atmosphäre, oft bedeutet, dass wo die Konvektion oder das ist, wo die Stürme bilden wird,"erklärte Richard Ferrare, Meteorologe von NASA Langley Research Center und eines principal Investigators auf dem Flug.

Manchmal bilden sich diese nächtliche Stürme in Gruppen, welche Wissenschaftler mesoskaligen konvektiven Systeme nennen. Diese Gruppen von Stürmen dauert mehrere Stunden und Deckel ein paar hundert Meilen des Territoriums, und sie sind oft sehr intensive Stürme, die große Mengen an Regen dump und tödliche Überschwemmungen verursachen. Bessere Vorhersage könnte helfen, aber das erfordert ein besseres Verständnis der nächtlichen Konvektion in den Himmel über dem mittleren Westen.

In der Luft und am Boden

Und das ist, warum wir hier sind. Heute Abend gibt es eine Handvoll Wissenschaftler an Bord der DC-8, vier Instrumenten ausgeführt. Das ist eigentlich eine ziemlich kleine Last für dieses Flugzeug, die 40 oder 50 Instrumente trägt und so viele Forscher auf einige ihrer Aufgaben. Mit Hälfte der Sitze entfernt, so dass große leere Flecken der Abstand zwischen Instrument-Racks und Sitze Teppichboden, es fühlt sich eher wie ein Labor als ein Flugzeug – bis ein Moment der Turbulenzen die Verschiebung der Boden unter den Füßen macht oder Sie betreten das kleine Bad in den Rücken. Die konstante stroboskopische Blitz im Dunkeln vor den Fenstern geben dem ganze eine verrückte Wissenschaft Ambiente.

Während DC-8 Pässe hin und her über den Sturm Weg macht, ist es nicht allein in den Himmel. Andere Luftfahrzeuge, einschließlich ein Charterflugzeug von der University of Wyoming, sind viel näher am geschehen. Eine p-3 Orion – NOAAs berühmte "Hurricane Hunter" – ist durch die Schneise der Hinterkante des Sturms Regen fliegen: der Teil, der als grüne Schweif des Kometen auf Kleins-Radar-Display wird angezeigt.

Den Sturm auf Radar Überblick zu behalten ist ziemlich einfach. Jedes Instrument Rack hat zwei Monitore, und zu jedem Zeitpunkt eine Handvoll von ihnen zeigen das Radarbild des Sturms, mit unseren verwirrenden, kurvenreichen Flugbahn überlagert. Wir sind verpflichtet, einige Meilen entfernt von der intensivsten Bereiche der Sturm, den gelben und roten Flecken auf Radar, bleiben die Charterflugzeug und der Hurrikan-Jäger wirklich grobe fliegen überlassen.

Blick aus dem Fenster in den Wolken und Blitz, ist es irgendwie schön zu wissen, dass wir nicht alleine hier oben sind. 28.000 Fuß unten, sind auf dem Boden noch mehr Forscher beschäftigt. An sechs festen Standorten rund um die Region lancieren Forscher Wetterballons oder Radiosondes, alle zwei bis drei Stunden. Sechs mobile Einrichtungen sind auch einen stetigen Strom von Radiosondes startet, und LKW mit Lidar, Doppler-Radar und andere Instrumente sind auch in Lage, als der Sturm über Kopf geht.

Alles in allem gibt es mehr als 100 Instrumente am Boden und in der Luft, aus 27 Universitäten und drei Bundesbehörden. "Jedes Instrument ist in der Lage sind, geben uns ein zusätzliches Stück des Puzzles, so gibt es nicht ein Instrument, das uns die vollständige Beschreibung der Atmosphäre geben kann", sagt Meteorologe Tammy Weckwerth des National Center for Atmospheric Research, einer der PECAN führen Wissenschaftler. "Es gibt nicht nur eine Agentur, die ein erfolgreiches PECAN-Projekt zusammenstellen könnte, so wir wirklich die Zusammenarbeit brauchten."

PEKANNUSS ist eine riesige, komplexe Operation, aber wie alle gute Wissenschaft, begann es mit eine unbeantwortete Frage. "Es begann mit nur einer Handvoll Wissenschaftler treffen auf dem Flur, im Grunde, um darüber reden, warum gibt es ein nächtlicher Niederschlag max in die USA (Mitte)," sagt Weckworth, "und natürlich haben wir einige Hypothesen und Theorien, und wir wissen nicht wirklich, aber."

Morgige Wettersatelliten

Von ca. 01:40 morgens verliert der Komet geformt Sturm einige seiner Struktur; Es hat eher wie ein Seeteufel jetzt noch Tauchen südwestlich, geformt und Flecken von Duschen haben alle um ihn herum, beschnitten, als blass blau Blobs auf dem Radar angezeigt. Diese blauen Blobs sind gute Nachrichten für RainCube, ein Instrument-Paket etwa so groß wie eine Schachtel, die Niederschläge misst. Es ist eines der künftige Satelliten-Nutzlasten auf PECAN getestet, und NASA Pläne sich ausdrückte in umkreisen in den nächsten nur wenige Jahre.

RainCube ist ein sechs-Einheit Cubesat-Cubesat groß, aber noch viel kleiner und viel billiger, als die heutige Satelliten zu starten. Das ist der eigentliche Vorteil laut Jet Propulsion Laboratory Engineer Brad Ortloff, weil es bedeutet, dass die NASA mehrere RainCube Satelliten gleichzeitig starten konnte. Es gibt bereits Satelliten im Orbit, die Niederschläge im Grunde genauso wie RainCube zu messen, aber diese größeren Satelliten in der Regel nur verwinden einem Durchgang ein Sturmsystem, das vor der Sturm zerstreut, so dass es schwer ist, die Lebensdauer der ein Sturmsystem, das detailliert zu verfolgen. Eine Konstellation von Cubesats könnte über den Sturm, einer nach dem anderen passieren und sammeln Daten darüber, wie der Sturm lebt und stirbt. Eines Tages könnte diese Art von Daten helfen, die Modelle zu verbessern, die Stürme vorhersagen.

"Mit der DC-8, können wir zeigen, dass wir von einer Plattform, die in der Luft operieren können" Ortloff sagt mir. Betrieb im Raum verfügt über einen eigenen Satz von Herausforderungen, natürlich, aber in der Luft testen ist ein guter Zwischenschritt zwischen Boden und Umlaufbahn.

Ich habe ihn einfach nach einem anstrengenden einige Minuten der Datenerhebung als das Flugzeug ging über einem See gefangen. Auf dem Bildschirm vor ihm, eine gelbe Linie markiert, wo das Signal aus dem Boden unter uns – springt, ist es flach, denn dies ist Kansas, nachdem alle. Diese Linie bekommt viel dicker und heller über den See, eine Lesung, mit denen die Forscher RainCube zu kalibrieren. In einem Bild einer regen-Zelle ist der Boden einer dicken gelben Linie vor dem blauen Hintergrund, während die Regen-Zelle ist eine amorphe Form, solide in der Mitte aber wispy zum Rand hin.

Irgendwann wird in den nächsten Jahren ein einziger RainCube-Satelliten in nahe Erdumlaufbahn als Technologie-Demonstrator aufzubrechen. NASA hat keinen Zeitplan für die Einführung der vollen Konstellation der operativen Cubesats noch festgelegt aber die Agentur hat gezeigt zunehmendes Interesse an Cubesats in den letzten Jahren, vor allem, weil sie kleiner und weniger sind teuer als traditionelle Full-size-Satelliten und der Formfaktor ist recht vielseitig.

"JPL und NASA Cubesats sehr begeistert sind," sagt Ortloff. In der Tat auf früheren Flügen getestet PECAN eine andere zukünftige Cubesat fordert Mikrowelle atmosphärischen Echolot ein Cubesat oder MASC, einem Millimeterwellen-Radiometer, die Temperatur und Profile der Wasserdampf in der Atmosphäre misst.

Laser-Strahlen am Himmel

Eine der Herausforderungen eine Mission folgendermaßen zu fliegen ist, dass Sie darauf achten, nicht auf anderen Ebenen mit dem großen Laserstrahl getroffen. Wie die DC-8 entlang, ein Instrument namens fliegt LASE feuert ultrakurzer Laserpulse in der Atmosphäre oberhalb und unterhalb der Ebene, und das Licht, das zurück reflektiert die Wissenschaftler gibt einen Blick auf den Himmel. Leider, die Laser sind unsichtbar, und gibt es kein "Pew Pew" sound-Effekt, aber der Strahl könnte noch blinde Piloten anderer Flugzeuge, wenn es passiert, sie in die Augen zu schlagen.

"Air Traffic Control versucht Flugzeuge hier raus und unsere Piloten zu halten sind immer auf der Suche für Flugzeuge," erzählt Ferrare, hinzufügen, "Es ist ein sehr, sehr, sehr kleines Risiko." LASE Brände gerade nach oben und gerade nach unten, und es ist ziemlich schwer, aus einem Flugzeug-Cockpit und noch schwerer suchen gerade nach oben schauen gerade nach unten (Glasboden-Flugzeuge noch nicht wirklich durchgesetzt noch). Nur um sicher zu sein, wenn es ein Flugzeug direkt oberhalb oder unterhalb der DC-8, das Team den Laser Fensterläden, bis klar ist, und die Flugbesatzung sorgfältig Manöver. "Wenn wir wiederum versuchen wir sicherzustellen, dass die Kurven flach sind, zehn Grad oder weniger, so dass der Laser nicht in irgendeine Richtung geht aus" sagt Ferrare.

LASE feuert zwei Laserpulse gleichzeitig: eine, die durch Wasserdampf absorbiert wird und eine, die nicht ist. Wenn das Licht wieder aus Wasserdampf und Aerosol-Partikel in der Atmosphäre gestreut wird, verwenden Wissenschaftler das Verhältnis zwischen diesen zwei Wellenlängen um ein Profil von wie viel Wasserdampf in der Luft liegt. "Das ist wichtig, weil Wasserdampf der wichtigsten Treiber für diese Unwetter ist", sagt Amin Nehrir, Research Scientist am NASA Langley Research Center.

In der Ansicht sieht aus wie ein Vorhang von der unteren Stratosphäre unten den Boden entlang des Flugzeugs Flugbahn hängen. "Dies ist wirklich eines der nur Instrumente der Welt, das diese Fähigkeit hat" sagt Nehrir, aber LASE ist über 20 Jahre alt. Ursprünglich im Jahr 1994 für NASA ER-2 Höhen-Jet, es war – wie RainCube und MASC – Technologie-Demonstrator für eine zukünftige Satellitentechnik sein soll, die nie geschah aber. Stattdessen nachgerüstet NASA LASE fliegen auf der DC-8, vor allem durch das Hinzufügen der oberen Panel, so dass des Lasers auch so nach unten, nach oben feuern die, sagt Nehrir, "ermöglicht uns, tief in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre zu suchen, wo kleine Änderungen im Wasserdampf kann wirklich beeinflussen unser Klima."

Aber NASA aufgegeben hat nicht die Idee eines Tages LASE im Raum setzen. Nach Ferrare, "Amin [Nehrir] selbst entwirft, hoffentlich, einen Nachfolger für dieses Instrument, das viel kleiner sein wird und fliegen nicht nur in der DC-8 aber auch in anderen Flugzeugen und hoffentlich als Vorstufe zu etwas gehen, die im Raum."

Der stürmische Himmel fliegen

Auch in den frühen Stunden des Morgens ist die Blitz-Show außerhalb intensiv. Wir fliegen mit dem Sturm, und es sieht viel größer aus hier auf relativ kurzer Distanz, als wäre es aus dem Boden. Alles vor den Fenstern sieht schwarz, bis ein Blitz eine Bergkette von Wolken für den Bruchteil einer Sekunde, gerade lange genug leuchtet, um einen Eindruck von Weite und Kraft geben. Und dann passiert es wieder, jede Sekunde oder zwei, durch den Sturm flackern.

In der vorderen Hälfte des Flugzeugs haben sie geschnitten, die Lichter, wodurch es einfacher, die Show zu sehen. Ich habe an die Fenster geklebt worden, seit Start, Prellen von einer Seite der Ebene auf die andere, wie wir geworden, mein Gesicht gegen die Scheibe wie ein kleines Kind um schneiden Sie einige der Blendung durch die Kabinenbeleuchtung Pressen. Auch nach sechs Stunden in der Luft ist es faszinierend. Auch PECAN Crew Mitglieder und Wissenschaftler Pause einen Blick aus den Fenstern auf ihrem Weg zu und von der Toilette oder auf der Rückseite, die kleine Küche bietet eine Mikrowelle, ein kühler und eine Kaffeekanne.

Kaffee ist wesentlich, da der Flug bis ca. 04:00 landen wird nicht. Tonight, die Crew fallengelassen des ursprüngliche Flugplans direkt nach dem Start, da die Stürme, die sie erwartet hatte im Sande, und dieser neuen Version sah vielversprechend aus. Das ist Teil der Herausforderung des Studiums Stürme, die Meteorologen nicht wirklich wissen, wie man noch Vorhersagen – es ist schwer, um sicherzustellen, dass jeder wird zur Zeit zum Abrufen der Daten an der richtigen Stelle sein.

Und genau deshalb ist es also sinnvoll, diese Stürme in ein Flugzeug zu jagen. "Wir haben etwas an Boden Tests wo wir irgendwie nur ging und versuchte, einige Regen zu finden, aber leider mit der Zeit bekamen wir alles eingerichtet, der Regen, die, den wir hofften zu erfassen, abgeführt hatte," sagt Ortloff. "So ist die große Sache über die DC-8 dauert uns überall dort, wo der Regen ist."

Natürlich hält machen, die für die Wissenschaftler passieren die Flugbesatzung auf Trab. Zwei Sendung Regisseure Sit achtern des Cockpits in Drehstühlen vor ein riesiges paar Platten, jeweils in mindestens hundert Schalter, Knöpfe und Lichter abgedeckt. Sie sind die Schnittstelle zwischen der Besatzung nach vorne und die Wissenschaftler in den Rücken.

Jedes Instrument Team spricht mit Ferrare darüber, wohin Sie als nächstes fliegen und er leitet die Anfragen an die Mission-Direktoren, die wiederum mit den Piloten und Navigatoren zu sprechen. Die Seefahrer haben sich 38 Kursänderungen auf heutige Flug – geplottet und für einen von ihnen, wurde dies als ein Trainingsflug geplant. Er bekommt viel Praxis.

Es liegt an den Navigatoren und Piloten sprechen, Air Traffic Control und Freiraum für Kursänderungen. Das ist manchmal schwierig, früher im Flug, aber von den frühen Morgenstunden, es gibt wenig Verkehr sorgen, je nach Mission Director Matthew Berry.

"Und die Bereiche, die wir wollen arbeiten sind wo jeder versucht zu vermeiden," sagt er.

Erst der Anfang

Bei 04:00, wenn der DC-8 in Salina nach einer langen Nacht der Wissenschaft aufsetzt, verschüttet jeder heraus auf dem Rollfeld und in der kleinen Terminal zur Nachbesprechung. Blitz flimmert am Horizont; PECAN kann für die Nacht fertig sein, aber der Sturm nicht.

Und PECAN-Team wird es überall wieder in ein paar Stunden tun. Meteorologen startet in der kommenden Nacht Wettervorhersage ca. 08:00 und um 11:30, die Wissenschaftler versammeln, um die Prognose zu hören und plane die Nacht Mission.

Die Feldarbeit ist natürlich nur der Anfang. "Es ist im Grunde eine intensive sechswöchigen Zeitraum in diesem Jahr, aber die Analyse der Daten mehrere Jahre in Anspruch nehmen wollen", sagt Ferrare. Für das erste Jahr der 70 Wissenschaftler PECAN werden im Grunde Dibs auf die Daten, aber danach, es wird für die Öffentlichkeit zugänglich sein. Die Forscher teilt die Daten mit Wetter Modellierer, die ihre Modelle, was der Sturm hatte tatsächlich, und dann sehen, wie unterschiedlich ihre Modelle Verhalten, wenn sie die neuen Daten von PECAN anschließen zu vergleichen.

"Es hilft ihnen, versuchen Sie, herauszufinden, ob etwas fehlt, das sie nicht, entweder eine Messung vertreten sind, die erforderlich wären, oder vielleicht ihr Modell ist nicht die Messungen korrekt darstellen und müssen sie etwas in das Modell zu beheben oder haben eine bessere Darstellung der Prozesse im Modell", erklärt Ferrare.

Diese Arbeit führen letztlich zu bessere Vorhersagen von Überschwemmungen, Hagel, gefährliche Winde – und sogar der bekannte Fluch des mittleren Westens, Tornados. "Zuerst müssen wir die Daten zu sammeln, zu einem besseren Verständnis dieser nächtlichen Gewitter, und das führt zur Verbesserung der Fähigkeit der numerischen Modelle und Prognosen werden danach zu verbessern", sagt Weckwerth.

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