Von afrikanischem Staub bis hin zu atlantischen Stürmen: NASA's CPEX-CV-Mission findet Hinweise darüber, wie Hurrikane entstehen.

Eine Schicht Staub liegt auf einer Wolke, wie aus dem Fenster des fliegenden Labors DC-8 von NASA zu sehen ist. Credit: NASA/Kris Bedka

NASAs CPEX-CV-Mission im September 2022 sammelte umfangreiche Daten über die Frühphase der Hurrikanbildung vor der nordwestlichen Küste Afrikas und lieferte Erkenntnisse darüber, wie Staub, Feuchtigkeit, Wolken und der Ozean miteinander interagieren und die Sturmentwicklung beeinflussen. Diese öffentlich verfügbaren Daten, einschließlich detaillierter Profile meteorologischer Elemente und Dokumentation eines großen Staubereignisses, sollen zukünftige Forschungen und Wettervorhersagen erheblich unterstützen.

Wenn der Staub, der von der Sahel- und Sahara-Region Afrikas herüberweht, mit tropischen Wolken gemischt wird, entsteht im östlichen Atlantik ein sogenanntes "Regendisturbance". Diese Störungen sind Hurrikane in ihrer jüngsten Form und können auf ihrem Weg über den Ozean entweder abklingen oder zu mächtigen Stürmen heranwachsen.

Um diese jungen Stürme zu untersuchen, verbrachte eine Gruppe von NASA-Wissenschaftlern im September 2022 einen Monat lang an Bord des Forschungsflugzeugs DC-8 von NASA an der nordwestlichen Küste Afrikas. Jeden Tag hob das Team von Cabo Verde, einem Inselstaat an der Westküste Afrikas, ab und loggte insgesamt etwa 100 Flugstunden. Die Mission, die als Convective Processes Experiment – Cabo Verde (CPEX-CV) bekannt ist, veröffentlichte ihre Daten am 1. April öffentlich zugänglich.

Am 22. September 2022 traf die CPEX-Kampagne auf eines der größten Staubereignisse, das NASA je probiert hat. Während das Flugzeug DC-8 Airborne Laboratory Daten mit seinen Instrumenten aufzeichnete, fing der Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS), der an der Suomi NPP-Raumsonde angebracht ist, das Ereignis aus dem Weltraum ein, wie oben gezeigt. Credit: NASA

Das CPEX-CV-Team arbeitete vom 1. bis 30. September 2022. Mit Hilfe von hochmodernen ferngesteuerten Lidars, Radars, Radiometern und Dropsonden – 11-Zoll-leichte Röhren mit einem Fallschirm, die vom Flugzeug abgeworfen werden, um Windgeschwindigkeit, Temperatur und Luftfeuchtigkeit zu messen – erfassten Wissenschaftler Daten für jeden Flug. In diesem Monat haben die Instrumententeams ihre Daten an ihre jeweiligen NASA-Datenarchivzentren, das NASA Atmospheric Science Data Center und das Global Hydrometeorology Resource Center, übermittelt.

Die Flugzeugtriebwerke sind durch das Passagierfenster sichtbar. Jeden Tag hob das Team in Cabo Verde ab, einem Inselstaat im östlichen tropischen Nordatlantik, und loggte insgesamt etwa 100 Flugstunden. Credit: NASA/Amin Nehrir

"In Verbindung mit dem globalen Bild, das Satelliten liefern, bietet diese Daten Feinheiten, die nur ein Flugzeug mit Instrumenten messen kann", sagte Will McCarty, CPEX-Programmwissenschaftler am NASA-Hauptsitz in Washington, DC.

Diese Beobachtungen geben einen Einblick in die Art und Weise, wie Staub, Feuchtigkeit, Wolken und der Ozean miteinander interagieren, um die Entstehung der Regenstörungen zu fördern oder zu verhindern, die das Potenzial haben, zu Hurrikanen zu werden. Diese Daten, die öffentlich zugänglich sind, werden laut Amin Nehrir, einem am Langley Research Center von NASA in Virginia tätigen Forschungswissenschaftler, Forschern und Wettervorhersagern, insbesondere in der atmosphärischen Wissenschaftsgemeinschaft, zugute kommen.

"Dies kann als Entdeckungsdaten betrachtet werden", sagte Nehrir. "Es wird in den kommenden Jahren Fragen beantworten, die noch nicht gestellt wurden."

Während das Flugzeug flog, maßen die Sensoren an den Flügelspitzen des Flugzeugs die Eigenschaften des Staubes und der Wolken. Sobald das Flugzeug über den Wolken war, erfassten an Bord befindliche ferngesteuerte Sensoren detaillierte Profile von Sahara-Staub, Windgeschwindigkeit und -richtung, Temperatur, Feuchtigkeit und der Struktur der Konvektion und des Regens innerhalb von Wolken. Zusammen bieten diese Messungen einen mehrdimensionalen Überblick darüber, was sich in der Luft über dem Nordostatlantik befindet, und beleuchten, wie diese Variablen das Wetter in seiner Anfangsphase beeinflussen.

Mehrfach flog die DC-8-Kampagne durch die Zone der intertropischen Konvergenz (ITCZ), die Region, in der die Nordost- und Südost-Passatwinde aufeinandertreffen. Die ITCZ ist bei Seefahrern als "die Ruhe" bekannt, aufgrund ihres windlosen Wetters. Einige der entlegensten Ozeane der Welt bilden die ITCZ, sagte Nehrir.

NASAs DC-8 Airborne Laboratory - ein stark modifiziertes Düsenflugzeug von McDonnell Douglas - sammelt Daten für Experimente im Rahmen von wissenschaftlichen Projekten, die der weltweiten wissenschaftlichen Gemeinschaft dienen. Das CPEX-Team stattete das fliegende Labor mit verschiedenen ferngesteuerten Lidars, Radars, Radiometern und Dropsonden aus, um Wechselwirkungen zwischen Sahara-Staub und tropischen Wolken zu studieren. Credit: NASA/Tony Landis

"Das beeindruckendste für mich war, aus dem Fenster zu schauen und zu sehen, wie sich die Wolken so weit das Auge reicht verändert haben - von schwachen, fluffigen Wolken zu Wolkenstraßen bis hin zu Konvektionssystemen", sagte er. "Man bekommt alle fortgeschrittenen Konvektionssysteme auf einen Schlag zu sehen."

On September 22, 2022, the CPEX campaign encountered and measured one of the largest dust events that NASA has ever sampled.

“We called it the epic dust day,” Nehrir said. “You could see the strength of these atmospheric waves that propagate off the African shore and pick up air and dust.”These “waves” then interact with clouds and convection to influence the early stages of tropical cyclone genesis, which may or may not turn into a hurricane.

The CPEX-CV observations offer a window into how dust, moisture, clouds, and the ocean interact to either build or prevent intensification of the rainy disturbances that have the potential to become hurricanes. This data, which is open and available to the public, will benefit researchers and weather forecasters, especially those in the atmospheric science community. Credit: NASA/Amin Nehrir

The 2022 CPEX-CV campaign was preceded by CPEX in 2017 and CPEX – Aerosols & Winds in 2021. Data from the previous campaigns is also available to the public.

“Nine science projects and 10 instrument and support teams were funded under this campaign, so those investigators helped plan the mission, and now they will take that data back to their home institutions to learn what they can,” McCarty said. “Now it’s off to the races.”