科學家們在準備飛機飛行和對科學儀器進行最後一分鐘的檢查時，會反複查看天氣預報。一場大型的冬季風暴正在席捲而來，但這正是這些追逐風暴的科學家們所希望的。一個科學家團隊正乘坐兩架配備有科學儀器的美國宇航局（NASA）飛機追踪整個美國中西部和東部的風暴，以幫助了解冬季風暴形成和發展的內部運作情況。

該團隊正在駕駛兩架飛機調查冬季風暴，一架在風暴上方，一架在雲層內。每架飛機都配備了一套科學儀器，以收集有關雪粒子和它們形成條件的數據。這些實驗是美國宇航局大西洋海岸威脅性風暴微物理和降水調查（IMPACTS）任務的第二次部署的一部分，該任務於1月開始，計劃在2月底結束。

這些數據將幫助研究小組將雪粒子及其環境的屬性與大規模的過程聯繫起來–例如雲的結構和降水模式–這些過程可以通過飛機和衛星的遙感儀器看到。最終，IMPACTS團隊對暴風雪的了解將改善氣象模型和人們使用衛星數據來預測多少雪會落在哪裡的能力。

IMPACTS的首席調查員、華盛頓大學的大氣科學家Lynn McMurdie說，風暴經常形成被稱為雪帶的狹窄結構。IMPACTS的主要目標之一是了解這些結構是如何形成的，為什麼一些風暴沒有雪帶，以及如何利用雪帶來預測降雪。為了做到這一點，該小組希望在為期三年的IMPACTS活動中對各種各樣的風暴進行採樣。

在2020年IMPACTS活動期間，該團隊對美國中西部和東海岸的各種風暴進行了採樣，包括較溫暖的暴雨和具有強大冷鋒和對流的風暴。但是McMurdie說，研究小組沒有看到東北風暴（ Nor’easter），這是一種帶有強大的低壓系統的風暴，它沿著新英格蘭海岸移動，將來自大西洋的水分與來自加拿大的冷空氣混合在一起。

位於馬里蘭州格林貝爾特的美國宇航局戈達德太空飛行中心的IMPACTS副首席調查員之一John Yorks說，東北風暴來到東海岸，可以降下數英尺的雪。能夠更好地預測這些風暴將在哪裡帶來降雪以及降雪量，可以幫助城市更好地準備應對嚴重的冬季天氣。

美國宇航局及其合作夥伴有幾顆衛星從太空測量降水，如全球降水測量任務，每三小時對世界大部分地區的雨雪進行觀測。“但是衛星不能告訴我們很多關於雪粒子的信息–實際的雪花–以及它們在雲層中形成的位置，”戈達德太空飛行中心的IMPACTS副首席研究員之一Gerry Heymsfield說。IMPACTS在美國宇航局位於弗吉尼亞州的Wallops飛行設施中運行，該設施由戈達德管理。

相反，IMPACTS正在飛行兩架裝備有科學儀器的飛機。NASA阿姆斯特朗飛行研究中心的ER-2，一架從北卡羅來納州費耶特維爾附近的波普陸軍機場飛出的高空噴氣機，將在大約65,000英尺的高度飛行，以便從雲層上方獲得俯視視角。ER-2上的儀器與衛星上的儀器類似，但具有更高的空間分辨率、更多的測量能力和更頻繁的採樣。地面上的科學家們也在使用地面雷達從下面測量雲的特性。

Yorks說：“像IMPACTS這樣的項目可以真正用飛機的測量來補充那些航天器的測量，這些測量的分辨率更高，精確度更高，對一個事件的採樣更頻繁，並提供額外的參數，如多普勒測量。”

另一架飛機，即P-3 Orion，位於Wallops，飛行高度達26000英尺。掛在P-3機翼上的探測器測量降水顆粒的大小、形狀和分佈。P-3在不同的高度飛行，使該團隊能夠測量整個雲層中的雪粒子，以及它們形成的溫度、水蒸氣和其他條件。

P-3還在海洋上空投下小型儀器，稱為下投式探空儀。這些儀器的工作原理與氣象氣球相反，在它們落下時測量大氣中的溫度、風和濕度。當風暴從頭頂掠過時，該小組還每隔幾小時從幾個地點發射氣象氣球，這些地點根據該小組正在研究的風暴而移動。由下投式探空儀和氣象氣球收集的數據提供了關於風暴之前、期間和之後的大氣狀況的信息。

Heymsfield說：“暴風雪是非常複雜的風暴，我們需要每一個數據–模型、飛機儀器、氣象探測–來真正弄清這些風暴中發生了什麼。”

多年的IMPACTS活動是30年來首次對整個美國東部的暴風雪進行的全面研究。該科學團隊包括來自美國宇航局、全美各地的幾所大學、美國國家大氣研究中心/美國國家海洋和大氣管理局的研究人員。