Text & Photos: Nicholas M. Falk, Christine A. Neumaier, Kyra G. Britton
The last few weeks have been a busy time for the Drone Team on the METEOR. We researchers from Colorado State University and The University of Alabama in Huntsville are on board the METEOR as we are interested in studying cold pools. For a better understanding of what we are doing, let us first explain what a cold pool is and what the drones we use measure.
First off, a cold pool is a region of cold air near the ocean’s surface (or the land surface) created by a thunderstorm. As Thunderstorms create a lot of rain, some of this rain falls into the ocean, but another part of this rain evaporates while it is still in the process of falling. The evaporating rain cools the surrounding air, creating a “cold pool” below the thunderstorm. These cold pools can then spread out, away from the thunderstorms that created them, and do a lot of interesting things, such as lifting particles from the ocean’s surface into the atmosphere or even causing new thunderstorms to form. Cold pools are usually challenging to detect, but they sometimes form “arc clouds” at their edges, which makes their presence visible.
The different drones we fly allow us to measure different aspects of cold pools. One drone takes measurements of temperature, pressure, humidity, as well as the number of air particles in real-time. The other drone is equipped with an air filter that captures air particles. These air filters are exchanged and stored after every flight for analysis at our universities’ labs. These analyses are for understanding the properties of the air particles we captured. One analysis for example will be testing for DNA to determine if any biological material can be found.
Over the past week, we have had the chance to measure several passing cold pools! It takes a lot of hard work to get these novel measurements, so let’s run through what one of our days looks like.
We usually start working at 0645 by changing one of our air filters. It is so dark at this early hour that we wear headlamps to do our work. We then prepare the drones to fly and are then on lookout for the potential approaching of a cold pool. When we decide to fly the drones, things do not get easier. The strong swells and winds associated with cold pools make drone takeoffs and landings difficult! We have had a few crashes, but with all the flying time over the past weeks, we eventually got used to flying in these demanding conditions. Our days can get quite long, due to having cold pools pass the ship in late hours. What we also need to do is forecast where we think storms and cold pools will be on the next day, and how convection systems are evolving over the region. This forecasting is necessary so we can discuss with the other scientists on board to coordinate the next best position for the METEOR to head to overnight. Once the sun sets and we can no longer fly, we prepare for the next day of flying and then try to wedge in as much sleep as we can!
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Von der METEOR in „Cold Pools“
Von: Nicholas M. Falk, Christine A. Neumaier, Kyra G. Britton
Die letzten Wochen waren für das Drohnenteam auf der METEOR eine intensive Zeit. Wir sind Forscher der Colorado State University und der University of Alabama in Huntsville, sind an Bord der METEOR um Cold Pools zu erforschen. Um ein besseres Verständnis unserer Arbeit an Bord zu vermitteln, wollen wir kurz Cold Pools und die Datenerfassung derer, die wir mit Drohnen durchführen, erläutern.
Ein Cold Pool ist ein Bereich kalter Luft über einer Meeres- oder Landoberfläche, der durch ein Gewitter entsteht. Da Gewitter viel Regen verursachen, fällt ein Teil dieses Regens in den (in unserem Fall) Ozean, ein anderer Teil aber verdunstet noch während des Fallens. Dieser verdunstende Regen kühlt die Umgebungsluft ab und erzeugt ein sogenannten Cold Pool unterhalb des Gewitters. Diese Cold Pools können sich dann von den Gewittern, die sie erzeugt haben, ausbreiten und viele interessante Vorgänge bewirken, wie beispielsweise die Entstehung neuer Gewitter oder das Bewirken des Aufstiegs von Partikeln von der Meeresoberfläche in die Atmosphäre. Cold Pools sind in der Regel schwer zu erkennen, manchmal aber bilden sie an ihren Rändern Arc-Clouds (Abb. 1), die ihre Präsenz deutlich sichtbar machen.
Mit den verschiedenen Drohnen, die wir einsetzen, können wir unterschiedliche Aspekte von Cold Pools messen. Eine Drohne misst in Echtzeit beispielsweise Temperatur, Druck, Luftfeuchtigkeit sowie die Anzahl der Luftpartikel, eine andere unserer Drohnen ist mit einem Luftfilter ausgestattet, welcher Luftpartikel auffängt.
Diese Luftfilter werden nach jedem Flug ausgetauscht und für die Analyse in den Labors unserer Universitäten aufbewahrt. Diese Analysen dienen dazu, die Eigenschaften der von uns aufgefangenen Luftpartikel zu verstehen; hierzu gehören beispielsweise auch DNA-Tests, um festzustellen, ob biologisches Material gefunden werden kann.
In der vergangenen Woche hatten wir die Gelegenheit, mehrere vorbeiziehende Cold Pools zu messen! Viel Arbeit geht mit diesen Messungen einher. Ein typischer Tag in den letzten Wochen sag folgendermaßen aus: Wir beginnen unsere Arbeit normalerweise um 06:45 Uhr mit dem Wechsel eines unserer Luftfilter. Zu dieser Stunde müssen wir wegen der Arbeit im Dunklen Stirnlampen tragen. Anschließend bereiten wir die Drohnen für den Flug vor und halten nach möglicherweise herannahenden Cold Pools Ausschau. Wenn wir uns entscheiden, die Drohnen zu fliegen, wird es aber nicht einfacher. Die starken Wellen und Winde, die mit den Erscheinungen Cold Pools einhergehen, erschweren den Start und die Landung der Drohnen! Wir hatten einige kleinere Zwischenfälle, aber dank der vielen Flugstunden in den letzten Wochen haben wir uns schließlich an das Fliegen unter diesen anspruchsvollen Bedingungen gewöhnt. Unsere Tage können ziemlich lang werden, da die Cold Pools das Schiff manchmal ziemlich spät passieren. Zudem müssen wir auch vorhersagen, wo sich unserer Meinung nach am nächsten Tag Konvektionsereignisse und mögliche Cold Pools befinden werden und wie sich die Konvektionssysteme über der Region entwickeln, damit wir mit den anderen Wissenschaftlern an Bord besprechen können, welche neue Position für die METEOR am geeignetsten anzupeilen wäre. Sobald die Sonne untergeht und wir nicht mehr fliegen können, bereiten wir uns so weit wie möglich auf den nächsten Flugtag vor und da die Drohnenflüge an sich sehr anspruchsvoll und absolute Klarheit benötigen, versuchen wird dann so viel Schlaf wie möglich vor dem nächsten Anfang hereinzuquetschen!