NASA frigiver et nyt iøjnefaldende billede af kuldioxid

Et nyt NASA-supercomputerprojekt bygger på agenturets satellitmålinger af kuldioxid og kombinerer dem med en sofistikeret jordsystemmodel for at give en af ​​de mest realistiske visninger endnu af, hvordan denne kritiske drivhusgas bevæger sig gennem atmosfæren.

Forskere har sporet den stigende koncentration af varmefangende kuldioxid i årtier ved hjælp af jordbaserede sensorer nogle få steder. En højopløsningsvisualisering af det nye kombinerede dataprodukt giver et helt andet perspektiv. Visualiseringen blev genereret af Global Modeling and Assimilation Office på NASAs Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland, ved hjælp af data fra agenturets Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) satellit, bygget og drevet af NASA's Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Californien.

3D-visualiseringen afslører i overraskende detaljer de komplekse mønstre, hvor kuldioxid i atmosfæren stiger, falder og bevæger sig rundt om på kloden over tidsperioden fra september 2014 til september 2015.

Atmosfærisk kuldioxid fungerer som Jordens termostat. Stigende koncentrationer af drivhusgassen, primært på grund af afbrænding af fossile brændstoffer til energi, har drevet Jordens nuværende langsigtede opvarmningstrend. Visualiseringen fremhæver de fremskridt, forskerne gør med at forstå de processer, der styrer, hvor meget udledt kuldioxid forbliver i atmosfæren, og hvor længe det bliver der - spørgsmål, der i sidste ende vil bestemme Jordens fremtidige klima.

Forskere ved, at næsten halvdelen af ​​alle menneskeskabte emissioner absorberes af jorden og havet. Den nuværende forståelse er, at omkring 50 procent af emissionerne forbliver i atmosfæren, omkring 25 procent absorberes af vegetation på jorden, og omkring 25 procent absorberes af havet. Imidlertid, disse tilsyneladende simple tal efterlader videnskabsmænd med kritiske og komplekse spørgsmål:Hvilke økosystemer, især på land, absorberer hvilke mængder kuldioxid? Måske vigtigst, i takt med at emissionerne bliver ved med at stige, vil landet og havet fortsætte denne absorptionshastighed, eller nå et mætningspunkt?

Det nye datasæt er et skridt i retning af at besvare disse spørgsmål, forklarede Lesley Ott, en kulstofkredsløbsforsker ved NASA Goddard og medlem af OCO-2 videnskabsteamet. Forskere skal forstå de processer, der driver "kulstofstrømmen" - udvekslingen af ​​kuldioxid mellem atmosfæren, land og hav, sagde Ott.

"Vi kan ikke måle fluxen direkte ved høj opløsning over hele kloden, " sagde hun. "Vi forsøger at bygge de nødvendige værktøjer til at give et nøjagtigt billede af, hvad der sker i atmosfæren og oversætte det til et nøjagtigt billede af, hvad der foregår med fluxen. Der er stadig lang vej igen, men dette er et virkelig vigtigt og nødvendigt skridt i den kæde af opdagelser om kuldioxid."

OCO-2, lanceret i 2014, er NASAs første satellit designet specifikt til at måle atmosfærisk kuldioxid på regional skala.

"Siden september 2014, OCO-2 har returneret næsten 100, 000 kuldioxidestimater over hele kloden hver dag. Modelleringsværktøjer som dem, der udvikles af vores kolleger i Global Modeling and Assimilation Office, er afgørende for at analysere og fortolke dette højopløselige datasæt, " sagde David Crisp, OCO-2 videnskabsteamleder hos JPL.

Global Modeling and Assimilation Office (GMAO) har tidligere inkluderet kuldioxid i sin GEOS Earth-systemmodel, som bruges til alle mulige atmosfæriske undersøgelser. Dette nye produkt bygger på dette arbejde ved at bruge teknikken til dataassimilering til at kombinere OCO-2-observationerne med modellen. "Dataassimilering er processen med at blande modelsimuleringer med målinger i den virkelige verden, med præcision, opløsning og dækning nødvendig for at afspejle vores bedste forståelse af udvekslingen af ​​kuldioxid mellem overfladen og atmosfæren, " forklarede Brad Weir, en forsker baseret i GMAO.

Visualiseringen viser information om global kuldioxid, som ikke er set før i så detaljer:Stigningen og faldet af kuldioxid på den nordlige halvkugle gennem et år; indflydelse fra kontinenter, bjergkæder og havstrømme på vejrmønstre og derfor kuldioxidbevægelser; og den regionale indflydelse af meget aktiv fotosyntese på steder som US Corn Belt.

Mens de fint detaljerede kuldioxidudsving er iøjnefaldende, de minder også GMAO-chef Steven Pawson om de fremskridt, forskerne gør med computermodeller af jordsystemet. Et fremtidigt skridt vil være at integrere et mere komplekst biologimodul i modellen for bedre at målrette spørgsmålene om kuldioxidoptagelse og frigivelse fra skove og andre landøkosystemer.

Resultaterne fremhævet her viser værdien af ​​NASAs unikke evner til at observere og modellere Jorden. De understreger også samarbejdet mellem NASA-centre og værdien af ​​kraftfuld supercomputing. Assimilationen blev skabt ved hjælp af en model kaldet Goddard Earth Observing System Model-Version 5 (GEOS-5), som blev drevet af Discover supercomputerklyngen ved Goddards NASA Center for Climate Simulation.

"Det har taget os mange år at samle det hele, " sagde Pawson. "Detaljeniveauet, der er inkluderet i dette datasæt, giver os en masse optimisme om, at vores modeller og observationer begynder at give et sammenhængende billede af kulstofkredsløbet."