一个由全国各地的大气科学家组成的团队将在未来14个月内深入德克萨斯州休斯顿地区，寻求一个令人烦恼的问题的答案：悬浮在地球大气中的烟尘、灰尘、烟雾和其他微粒是否有助于确定雷暴的严重程度？所获得的知识可能会使天气预 更加准确，并为改进对气溶胶如何影响地球未来气候的预测提供关键数据。
休斯顿部署还将提供有关当地空气质量的详细数据。作为一个在大都市地区进行的广泛的实地研究，它将给科学家一个独特的机会来探索工业、车辆排放和建筑环境对天气和气候的影响。
“我们想知道气溶胶，水凝结成的微小颗粒是如何形成的云滴美国能源部（DOE）的气象学家迈克尔詹森（MichaelJensen）说，这会影响深对流云的物理性质（通常会聚集闪电和倾盆大雨），然后这些相同的天气条件如何影响当地的气溶胶特征和城市空气质量Brookhaven国家实验室和示踪场活动的主要研究者。TRACER是跟踪气溶胶对流相互作用实验的简称，这项研究由DOE的大气辐射测量（ARM）用户设施进行。
来自布鲁克海文、洛斯阿拉莫斯国家实验室和其他机构的示踪科学家与休斯顿大学的研究人员密切合作，将收集一整年的气溶胶和大气特征数据。该小组将在城外的四个地点部署一套由ARM提供和操作的仪器。在2022年6月至9月的密集研究期间，来自国家科学基金会、美国宇航局、德克萨斯州环境质量委员会和其他机构的其他合作伙伴将加入该小组，以赶上休斯敦夏季风暴季节的高峰期。
休斯敦大学自然科学与数学学院地球与大气科学系的研究副教授詹姆斯·弗林说：“我们是沿海环境，所以天气预 尤其具有挑战性。”。“我们有很多天然的污染源。”
例如灰尘、海盐、柴油机排放的颗粒物、发电厂和炼油厂燃烧过程中产生的烟尘、大量城市道路交通，甚至加州和科罗拉多州野火产生的烟雾。
一些研究表明，这种气溶胶可以改变云的生命周期，推迟降水的开始。如果发生这种情况，随着云层的增长，水滴可能会变大。弗林说：“当它们倒下的时候，那就是冲沟器。”。
示踪数据将提高对这些过程的理解，以及我们预测洪水何时发生的能力。
ARM部署
ARM仪器装在10个移动集装箱中，统称为“第一个ARM移动设备”或AMF1。许多这样的仪器，包括布鲁克海文实验室配备的气溶胶观测系统，已经前往世界各地，从北极到热带收集大气数据。
ARM团队成员在拉波特（得克萨斯州）市政机场建立了ARM移动设备——一系列配备了复杂大气和气象采样设备的集装箱。追踪活动的主要地点的设备将于2021年10月1日至2022年9月30日运行。
一个ARM团队将在加尔维斯顿湾附近建立集装箱、每个仪器机架和进气口，加尔维斯顿湾是一个工业、炼油厂和运输业众多的地区。一些集装箱还装有先进的雷达（使用无线电波）和激光雷达（使用激光脉冲）来测量云层的高度、深度和水量等重要变量。额外的气象仪器将在邻近的仪器区工作。这些工具将共同跟踪云属性；气溶胶的大小、数量和化学成分；降水量；以及影响大气稳定性的温度和湿度等变量。
在大气中取样
在这一年中，ARM团队还将推出一千多个气象气球携带额外的电池供电的传感器，称为无线电探空仪。这些气球将穿越云层并在云层上方飞行，飞行高度可达17公里（近5.6万英尺），通常会到达平流层，并将有关温度、湿度、气压和风的额外数据传回下方的研究站。
一些气球携带的仪器也将测量穿过大气层深度的臭氧浓度。
弗林说：“我们将利用这些臭氧测量来了解空气质量以及雷暴如何在地表和高空之间重新分配空气。”。当汽车尾气和工业过程中排放的化学物质与阳光发生反应时，就会产生表面臭氧。因此，当风暴将空气从地表向上输送到大气中时，污染物可以作为示踪物。
陆地、海洋、大气相互作用
在明年夏天的密集研究期间，来自示踪和合作机构的科学家们还将在德克萨斯州西南部的盖伊镇附近部署额外的设备。两个系留气球系统，一个在盖伊，一个在加尔维斯顿湾东侧的史密斯点，将携带仪器来测量空气最低层的风、小气溶胶粒子和臭氧。加尔维斯顿湾沿岸的测量结果将提供海湾如何影响当地大气环流的重要信息。
同时，盖伊的仪器将在更偏远的地方收集数据。
McFarlane说：“我们希望看到更低的气溶胶浓度，因此这个站点将作为AMF1站点的对比，允许在这些非常不同的条件下比较云和降水特征。”。
在这两个主要陆地地点之间，珍珠岛的扫描臂降水雷达将跟踪云层的性质。
詹森说：“这台雷达将收集有关云层特性的数据，包括影响云层增长速度、结冰速度以及降雨和闪电的垂直上升气流速度。它将在整个研究期间运行。”。
然后，在密集研究期间，利用独特的观测技术，雷达将能够观察云中更精细的细节，包括云滴的大小和形状，以及它们是冰还是液体。詹森说：“它将能够观察每个地点的大气，因为它们正经历着不同的气溶胶条件。”。
该雷达将由布鲁克海文科学家帕夫洛斯·科利亚斯开发的软件驱动，并使用人工智能（AI）和现有数据集编程。詹森说：“这个软件允许雷达选择我们认为将要发展的风暴，并在这些地点移动，然后放大并以高分辨率扫描，以探索气溶胶如何影响那里的降水滴的细节。”。
共享和应用数据
ARM收集的所有数据将免费提供给任何想要分析它的人。
弗林说：“我们希望我们在这里学到的东西，对流活动中的过程，污染如何影响风暴，将适用于其他有大量对流的主要城市地区。”。“有了很多项目，你真的在深入研究一些真正的核心科学。人们有时不知道为什么这很重要。这是休斯敦非常适用于日常生活的项目之一。”
这项研究也将适用于休斯顿地区以外的地区。美国能源部的大气系统研究（ASR）计划已经承诺资助10个由大学研究人员领导的示踪项目。
“TRACER的科学目标与ASR对云、气溶胶、降水和辐射过程的关注一致，”美国能源部ASR项目经理Jeff Stehr说。“对流云出现在世界各地，但对流云如何受其环境的影响仍有许多问题。TRACER将提高我们对这些云层在沿海城市环境中形成、增长和衰变的理解。美国科学研究院资助的最初一组项目包括来自全国各地的研究小组，他们将我将测量和建模添加到跟踪活动中。”
TRACER收集的数据也有助于理解飓风如何形成和持续多久的相关过程。
詹森说，虽然天气和气候在不同的时间尺度上运行，但它们都与“地球大气的物理性质”有关。“理解风暴对于理解气候很重要，因为风暴会在大气中重新分配热量和水分，而这种重新分配受大气中小尺度过程的影响，包括与大气的相互作用气溶胶. 这就是我们在气候和天气模型中所面临的问题。”
“TRACER将填补一些缺失的数据，以帮助我们改进这些模型。”
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