DOI: https://doi.org/10.5194/essd-17-1295-2025
تاريخ النشر: 2025-04-01
المؤلف: André Ehrlich وآخرون
الموضوع الرئيسي: الظواهر الجوية والمحاكاة
نظرة عامة
حملة الطائرات HALO-(AC) 3، التي أُجريت في مارس وأبريل 2022، تضمنت ثلاث طائرات بحثية—HALO وPolar 5 وPolar 6—تنفذ 54 رحلة منسقة فوق بحار النرويج وغرينلاند، ومضيق فرام، والمحيط القطبي الشمالي المركزي. كان الهدف الرئيسي هو قياس تطور خصائص الكتلة الهوائية خلال عمليات تسرب الهواء الدافئ (WAIs) وانفجارات الهواء البارد (CAOs). استخدمت كل طائرة استراتيجيات وأدوات مختلفة: استخدمت HALO أدوات استشعار عن بعد نشطة وسلبية وأجهزة قياس الهطول لتحليل السحب والعمليات الديناميكية الحرارية الإقليمية، بينما ركزت Polar 5 وPolar 6 على القياسات في الموقع لخصائص السحب والهباء الجوي، خصوصًا بالقرب من منطقة الجليد البحري الهامشي (MIZ).
مجموعة البيانات الناتجة، التي تمت معالجتها ومعايرتها والتحقق منها، متاحة في مركز البيانات العالمي PANGAEA، منظمة حسب الأداة والطائرة. تسلط نتائج الحملة الضوء على فوائد عمليات الطائرات المنسقة، حيث قدمت Polar 5 وPolar 6 قياسات عالية الدقة المكانية التي تكمل ملاحظات HALO الأوسع. سمح هذا التآزر بالحصول على رؤى مفصلة حول تطور الكتل الهوائية الباردة خلال CAOs والتفاعلات بين السحب والهباء الجوي. مجموعة البيانات هذه مهيأة لدعم مجموعة واسعة من الدراسات المستقبلية، بما في ذلك التحقيقات في الخصائص الديناميكية الحرارية، وميزانيات الطاقة الإشعاعية، والتحقق من النماذج، وتبني على الحملات السابقة مع أدوات مماثلة. من المتوقع أن تعزز منتجات البيانات الإضافية المجموعة الحالية في PANGAEA.
مقدمة
يخضع القطب الشمالي حاليًا للاحترار الكبير، بمعدلات أعلى من 2-4 مرات من المتوسط العالمي، وهو ظاهرة تُعرف بتضخيم القطب الشمالي. يتميز هذا الاحترار بتراجع ملحوظ في الجليد البحري ويتأثر بعمليات معقدة، خصوصًا أدوار السحب ونقل الكتل الهوائية، التي لا تزال غير مفهومة بشكل كاف. لمعالجة هذه الفجوات، تم إجراء حملة HALO-(AC) 3 في ربيع 2022، باستخدام مزيج من الطائرات، والبالونات، والقياسات الأرضية لجمع بيانات شاملة حول الخصائص الديناميكية الحرارية، وخصائص السحب والهباء الجوي، والغازات النادرة، وظروف السطح خلال تحولات الكتل الهوائية في الممر الأطلسي الشمالي لمضيق فرام.
كانت الحملة تهدف إلى تعزيز فهم ديناميات المناخ في القطب الشمالي من خلال استخدام نهج شبه لاجرانجي لمراقبة تحولات الكتل الهوائية وتأثيراتها. تم نشر ثلاث طائرات بحثية مزودة بأدوات متقدمة لالتقاط المعلمات الجوية عبر مقاييس مكانية مختلفة ومراحل تحول الكتل الهوائية. من الجدير بالذكر أن الحملة وثقت تسربات هواء دافئ كبيرة (WAIs) وانفجارات هواء بارد (CAOs)، مما كشف عن درجات حرارة قريبة من السطح ومعدلات هطول قياسية في سفالبارد. مجموعة البيانات الناتجة، التي تشمل قياسات واسعة في الموقع والاستشعار عن بعد، سيتم تفصيلها في الأقسام اللاحقة، مع تسليط الضوء على سهولة الوصول إليها والشكوك المرتبطة باستخدامها.
نقاش
حملة الطائرات HALO-(AC) 3، التي أُجريت في مارس وأبريل 2022، تضمنت جهدًا تعاونيًا باستخدام ملاحظات جوية، وأرضية، ومحمولة على البالونات في المنطقة القطبية، خصوصًا حول سفالبارد. كانت الطائرة الألمانية للبحث في الارتفاعات العالية والمدى الطويل (HALO) مزودة بأدوات متقدمة للاستشعار عن بعد وأجهزة قياس الهطول، مما أتاح تغطية واسعة للغلاف الجوي القطبي، بما في ذلك طبقة الحدود وأنظمة السحب. شملت الحملة رحلات منسقة مع طائرات Polar 5 وPolar 6 من معهد ألفريد فيجنر، التي ركزت على القياسات في الموقع والاستشعار عن بعد، خصوصًا حول مضيق فرام. كان جانبًا مهمًا من الحملة هو دمج البيانات من مصادر متنوعة، بما في ذلك برنامج قياس جوي مكثف في قاعدة أبحاث AWIPEV والبالون المربوط BELUGA، الذي قدم ملفات عمودية للظروف الجوية.
على مدار الحملة، تم إجراء ما مجموعه 17 رحلة بحثية بواسطة HALO، إلى جانب 13 رحلة لكل من Polar 5 وPolar 6، مع العديد من المهام المنسقة التي عززت كفاءة جمع البيانات. كانت الرحلات تستهدف بشكل أساسي مناطق المحيط المفتوح والجليد البحري، مع تركيز ملحوظ على منطقة الجليد البحري الهامشي (MIZ). عملت طائرة HALO على ارتفاعات تتراوح بين 9-13 كم، بينما أجرت Polar 5 وPolar 6 قياسات على ارتفاعات أقل، مما سمح بتقييم شامل للظروف الجوية عبر أنواع السطح المختلفة. البيانات التي تم جمعها، بما في ذلك ملفات قياس الهطول والقياسات الإشعاعية، متاحة للجمهور من خلال مركز البيانات العالمي PANGAEA، مما يسهل المزيد من البحث حول العمليات الجوية القطبية وتأثيراتها على ديناميات المناخ.
DOI: https://doi.org/10.5194/essd-17-1295-2025
Publication Date: 2025-04-01
Author(s): André Ehrlich et al.
Primary Topic: Meteorological Phenomena and Simulations
Overview
The HALO-(AC) 3 aircraft campaign, conducted in March and April 2022, involved three research aircraft—HALO, Polar 5, and Polar 6—performing 54 coordinated flights over the Norwegian and Greenland seas, the Fram Strait, and the central Arctic Ocean. The primary objective was to quantify the evolution of air mass properties during warm-air intrusions (WAIs) and cold-air outbreaks (CAOs). Each aircraft utilized distinct strategies and instrumentation: HALO employed active and passive remote sensing instruments and dropsondes for regional cloud and thermodynamic process analysis, while Polar 5 and Polar 6 focused on in situ measurements of cloud and aerosol properties, particularly near the marginal sea ice zone (MIZ).
The resulting data set, which has been processed, calibrated, and validated, is available in the World Data Center PANGAEA, organized by instrument and aircraft. The campaign’s findings highlight the benefits of coordinated aircraft operations, with Polar 5 and Polar 6 providing high spatial resolution measurements that complement HALO’s broader observations. This synergy allowed for detailed insights into the evolution of cold air masses during CAOs and the interactions between clouds and aerosols. The data set is positioned to support a wide range of future studies, including investigations into thermodynamic properties, radiative energy budgets, and model validations, and it builds on previous campaigns with similar instrumentation. Further data products are anticipated to enhance the existing collection in PANGAEA.
Introduction
The Arctic is currently undergoing significant warming, with rates 2-4 times higher than the global average, a phenomenon known as Arctic amplification. This warming is characterized by notable sea ice retreat and is influenced by complex processes, particularly the roles of clouds and air mass transport, which remain inadequately understood. To address these gaps, the HALO-(AC) 3 campaign was conducted in spring 2022, utilizing a combination of aircraft, balloon, and ground-based measurements to gather comprehensive data on thermodynamic properties, cloud and aerosol characteristics, trace gases, and surface conditions during air mass transformations in the North Atlantic Corridor of the Fram Strait.
The campaign aimed to enhance understanding of Arctic climate dynamics by employing a quasi-Lagrangian approach to observe air mass transformations and their impacts. Three research aircraft equipped with advanced instrumentation were deployed to capture atmospheric parameters across various spatial scales and stages of air mass transformation. Notably, the campaign documented significant warm-air intrusions (WAIs) and cold-air outbreaks (CAOs), revealing record-breaking near-surface temperatures and precipitation rates in Svalbard. The resulting dataset, which includes extensive in situ and remote sensing measurements, will be detailed in subsequent sections, highlighting its accessibility and the uncertainties associated with its use.
Discussion
The HALO-(AC) 3 aircraft campaign, conducted in March and April 2022, involved a collaborative effort utilizing airborne, ground-based, and balloon-borne observations in the Arctic region, particularly around Svalbard. The German High Altitude and Long Range Research Aircraft (HALO) was equipped with advanced remote sensing instruments and dropsondes, enabling extensive coverage of the Arctic atmosphere, including the boundary layer and cloud systems. The campaign included coordinated flights with the Polar 5 and Polar 6 aircraft from the Alfred Wegener Institute, which focused on in situ measurements and remote sensing, particularly around the Fram Strait. A significant aspect of the campaign was the integration of data from various sources, including an intensified atmospheric measurement program at the AWIPEV research base and the tethered balloon BELUGA, which provided vertical profiles of atmospheric conditions.
Throughout the campaign, a total of 17 research flights were conducted by HALO, alongside 13 flights each from Polar 5 and Polar 6, with several coordinated missions enhancing data collection efficiency. The flights primarily targeted areas of open ocean and sea ice, with a notable focus on the marginal sea ice zone (MIZ). The HALO aircraft operated at altitudes of 9-13 km, while Polar 5 and Polar 6 conducted measurements at lower altitudes, allowing for a comprehensive assessment of atmospheric conditions across different surface types. The data collected, including dropsonde profiles and radiative measurements, are publicly available through the World Data Center PANGAEA, facilitating further research on Arctic atmospheric processes and their implications for climate dynamics.