Satellitter giver os et overordnet syn på Jordens kulstofcyklus

Jobbet med at overvåge Jordens kulstofcyklus og menneskehedens kuldioxidemissioner støttes i stigende grad ovenfra, takket være terabyte med data, der strømmer ned til Jorden fra satellitter.

Fem artikler udgivet i Videnskab i dag levere data fra NASA's Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) mission. De viser Jordens kulstofcyklus i enestående detaljer, herunder virkningerne af brande i Sydøstasien, vækstraterne i Amazonas skove, og den rekordstore stigning i atmosfærisk kuldioxid i løbet af 2015-16 El Niño.

En anden satellitundersøgelse, der blev frigivet for to uger siden, afslørede et hurtigt tab af biomasse i troperne, viser, at vi har overset de største kilder til terrestriske kulstofemissioner. Selvom vi måske bekymrer os om landrensning, dobbelt så meget biomasse går tabt fra tropiske skove gennem nedbrydningsprocesser som høst.

Det næste trin i vores forståelse af Jordens kuldynamik vil være at bygge sensorer, satellitter og computermodeller, der kan skelne menneskelig aktivitet fra naturlige processer.

Kan satellitter se menneskeskabte emissioner?

Ideen om at bruge satellitter til at holde styr på vores bestræbelser på at reducere fossile brændstofemissioner er lokkende. Nuværende satellitter kan ikke gøre det, men den næste generation sigter mod at støtte overvågningen på niveau med lande, regioner og byer.

Nuværende satellitsensorer kan måle CO₂ -niveauer i atmosfæren, men ved ikke, om det kommer fra den naturlige udveksling af kulstof med land og oceaner, eller fra menneskelige aktiviteter såsom forbrænding af fossilt brændsel, cementproduktion, og skovrydning.

Ligeledes, satellitter kan ikke skelne mellem naturlige og menneskelige ændringer i bladets dækning (grønhed), eller vegetationens evne til at optage CO₂.

Men som den rumlige opløsning af satellitter stiger, dette vil ændre sig. OCO-2 kan se funktioner så små som 3 kvadratkilometer, mens den tidligere specialbyggede satellit GOSAT er begrænset til at observere funktioner ikke mindre end omkring 50 kvadratkilometer.

Efterhånden som opløsningen forbedres, vi vil bedre kunne observere de forhøjede CO₂ -koncentrationer i forhold til emissionshotspots såsom store byer, bushfire regioner i Afrika og Australien, eller endda individuelle kraftværker og industrielle lækager.

Ved at kombinere disse sanseteknikker med computermodeller af atmosfæren, oceaner og land, vi vil være i stand til at adskille menneskehedens indflydelse fra naturlige processer.

For eksempel, vi har længe vidst, at atmosfærisk CO₂ -koncentration stiger hurtigere under en El Nino -begivenhed, og at dette hovedsageligt skyldes ændringer på land. Det var kun med fugleperspektiv, som OCO-2-satellitten gav, at vi kunne se, at hvert af de tropiske kontinenter reagerede så forskelligt under den seneste store El Niño:brandemissioner steg i Sydøstasien, kulstofoptagelse i skove i Amazonia faldt, og jordånding i det tropiske Afrika steg.

Tilsvarende vi kan nu undersøge processerne bag Jordens ekstraordinære grønne i de seneste årtier, efterhånden som CO₂ -niveauerne er steget. Op til 50% af det vegeterede land er nu grønnere, end det var for 30 år siden. Den stigende menneskedrevne CO2-befrugtningseffekt på vegetation blev vurderet til at være den dominerende driver.

Vi har nu satellitter, der kan studere denne proces ved rumlige opløsninger på titalls meter - hvilket betyder, at vi også kan holde øje med processer, der fortryder denne greening, såsom skovrydning.

Hvad er i vente

Det kommende årti vil udvikle endnu flere rumfølere og modelleringsværktøjer til at hjælpe os med at holde styr på kulstofcyklussen.

GOSAT-2 erstatter den nuværende GOSAT, tilbyder betydeligt forbedret opløsning og mere følsomme målinger af CO₂ og metan (CH₄), en anden vigtig drivhusgas.

I mellemtiden, GeoCarb -satellitten vil blive lanceret i en stationær bane over Amerika for at måle CO₂, CH₄ (stort set fra vådområder i troperne), og kulilte (fra afbrænding af biomasse). Det vil holde øje med eventuelle store lækager fra gasindustrien.

BIOMASS- og FLEX -satellitmissionerne vil give bedre globale estimater af skovhøjde og kuldensitet, og af planternes fotosyntetiske kapacitet, henholdsvis.

Ombord på den internationale rumstation, et instrument kaldet GEDI, vil også estimere vegetationshøjde og struktur, og kombineret med ECOSTRESS vil vurdere ændringer i biomasse over jorden, kulstoflagre og produktivitet.

I Australien, vi udvikler et atmosfærisk modelleringssystem og en dynamisk vegetationsmodel, der er i stand til at indtage den seneste generation af satellit- og jordbaserede observationer for at kortlægge kulstofkilder og dræn over hele kontinentet.

Gennem Terrestrial Ecosystem Research Network (TERN), vi forbereder os på at drage fuld fordel af disse nye missioner, og hjælpe med at validere mange af disse rumbårne estimater på TERN's Supersites og andre vigtige prøveudtagningsplots.

Med den rigdom af oplysninger, der skal genereres af rumfølere, samt jordbaserede observationer og computermodeller, vi bevæger os ind i en æra, hvor vi vil have en hidtil uset evne til at spore menneskers indflydelse på vores atmosfære, lande og oceaner.

Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation. Læs den originale artikel.