sexta-feira, 13 de setembro de 2019

Usando balões para rastrear a poluição na estratosfera


Lançamento da preparação de um voo de balão com pressão zero na instalação de balões do Instituto Tata de Pesquisa Fundamental em Hyderabad, Índia.
Créditos: NASA
Nos últimos quatro anos, uma equipe de pesquisa internacional patrocinada pela NASA e pela Organização Indiana de Pesquisa Espacial (ISRO) estudou a camada de aerossol da tropopausa asiática (ATAL), uma área de partículas aprimoradas de aerossol que aparece no verão. Usando instrumentos de balão, a “Campanha de medição de balão da camada asiática de aerossol da tropopausa (BATAL)” coletou dados para entender melhor esse fenômeno atmosférico sazonal e seu potencial impacto nos recursos hídricos, ozônio, clima e clima.

Neste verão, a equipe coletou dados sobre gases traços e as propriedades de aerossóis e cristais de gelo. Os cientistas do Centro de Pesquisa Langley da NASA foram enviados à Índia para entender como a poluição na Ásia é transportada para a estratosfera durante a monção ativa de verão, um fenômeno anual que traz clima úmido e chuvas torrenciais para a Índia e o Sudeste Asiático.

Durante a recente implantação de verão nas instalações de balões do Instituto Tata de Pesquisa Fundamental em Secunderabad, Índia - um dos poucos lugares no mundo onde grandes cargas científicas podem ser lançadas até a estratosfera - a equipe da BATAL realizou 10 vôos de balão com cargas científicas que medem temperatura, pressão, ozônio, óxido de nitrogênio, vapor de água e aerossóis do solo à estratosfera. Para evitar o tráfego aéreo, a equipe começou sua pesquisa às 1h da manhã e trabalhou durante a noite para coletar dados.

O ATAL foi descoberto em 2011 pelo pesquisador Jean Paul Vernier, cientista do Instituto Nacional de Aeroespacial, com sede em Langley. Os dados do satélite de observação de satélites de satélite e aerossol de nuvens e aerossóis infravermelhos franceses (CALIPSO) detectaram a presença de aerossóis que ocorrem com frequência na troposfera superior durante o verão asiático das monções. Dados anteriores do sensor SAGE II forneceram pistas de uma possível camada. E no final dos anos 90, o lidar terrestre em Lhasa, no Tibete, detectou uma potencial camada de aerossol 10 a 20 quilômetros acima, o que foi confirmado com várias medidas de carga útil de balão sobre o platô tibetano.

"O ATAL se estende desde o oeste da China até o leste do Mar Mediterrâneo, e aparece todo verão durante as monções", disse Vernier.

O ATAL não apenas desempenha um papel potencial na precipitação de monções, como também permite que os aerossóis e poluentes, como carbono preto e sulfatos, cheguem à tropopausa tropical - uma porta de entrada para os aerossóis e poluentes serem injetados na estratosfera global. Isso pode ter implicações na maneira como as partículas são distribuídas pela atmosfera, porque o tempo de vida atmosférico das partículas é muito maior na estratosfera do que na troposfera.

Medindo o ATAL

Para entender a natureza e a origem do ATAL, uma equipe BATAL da NASA e do Centro Nacional de Pesquisa Científica da França (CNRS) viajou para a Índia para trabalhar ao lado de parceiros internacionais da NARL. Para coletar dados em grandes altitudes, eles lançaram cargas instrumentadas de balões da Índia e da Arábia Saudita para medir a concentração e o tamanho do aerossol, a concentração de ozônio, o vapor de água e os dados meteorológicos.

"A riqueza de dados coletados durante esta campanha, juntamente com outros dados de apoio, ajudará a quantificar a distribuição vertical e horizontal de poluentes", disse M. Venkat Ratnam, do Laboratório Atmosférico Nacional (NARL) na Índia.

Desde o início do projeto BATAL, vários vôos de balão foram organizados para coincidir com as passagens via satélite do CALIPSO. A equipe usou um sonda de retroespalhamento a bordo, chamado COBALD (Compact Optical Backscatter e AerosoL Detector), para comparar com as medições de retroespalhamento por satélite do instrumento CALIOP no CALIPSO. Durante a campanha BATAL de 2018, a equipe concluiu um voo de balão com o espectrômetro UV-Vis francês (SAOZ) para comparação com observações de satélite do SAGE III na Estação Espacial Internacional.

Neste verão, a equipe do CNRS operou com sucesso um espectrômetro visível ao nascer do sol para analisar os gases e aerossóis atmosféricos. O instrumento usado durante o BATAL foi adaptado para aplicações de balão na década de 1990 a partir da versão terrestre usada pela Rede para a Detecção de Alterações na Composição Atmosférica (NDACC).

Os primeiros resultados dentro do ATAL mostram um aumento de aerossol associado a nuvens de gelo e baixo vapor de água perto do limite entre a estratosfera e a troposfera. Os primeiros resultados também indicam uma interação aerossol-nuvem. É importante entender os efeitos do ATAL nas nuvens de cirro, pois elas podem impactar a precipitação da superfície e o balanço radiativo da atmosfera.

No verão de 2018, a equipe adicionou um novo instrumento in situ para estudar as propriedades dos cristais de gelo. Imaginando cristais de gelo dentro do ATAL, a equipe pode estudar como eles são formados.

"As medições in situ realmente nos ajudaram a entender e interpretar as observações de satélite e nos deram mais informações, como o tamanho e a provável composição dos aerossóis que povoam essa camada", disse Vernier.

No geral, a BATAL reuniu um conjunto de dados exclusivo que melhora a compreensão dos pesquisadores sobre o ATAL, enquanto valida os dados de satélite do CALIPSO e do Experimento Stratospheric Aerosol and Gas Experiment (SAGE III / ISS).

Colaboração Internacional

Os esforços contínuos de pesquisa da BATAL resultaram em mais de 80 lançamentos de vários instrumentos de três locais na Índia (Gadanki, Hyderabad e Varanasi) e um na Arábia Saudita.

BATAL é um esforço internacional colaborativo entre a NASA, ISRO e o Laboratório Nacional de Pesquisa Atmosférica. À medida que a colaboração avançava, outras organizações se uniram, o que aumentou as capacidades da pesquisa. Esses grupos incluíam o Instituto Tata de Pesquisa Fundamental, o Laboratório de Pesquisa Física e a Universidade Hindu de Banaras, o Laboratório de Física e Química do Meio Ambiente e do Espaço, CNRS / Universidade de Orleans, Suíça (Instituto Federal Suíço de Tecnologia) e Universidade Rei Abdullah de Ciência e Tecnologia da Arábia Saudita.

Denise Lineberry
Centro de Pesquisa Langley da NASA
https://www.nasa.gov/feature/langley/using-balloons-to-track-pollution-into-the-stratosphere

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