En videnskabsmands endelige artikel ser mod Jordens fremtidige klima

En NASA-forskers sidste videnskabelige papir, udgivet posthumt i denne måned, afslører ny indsigt i en af ​​de mest komplekse udfordringer i Jordens klima:at forstå og forudsige fremtidige atmosfæriske niveauer af drivhusgasser og havets og jordens rolle i at bestemme disse niveauer.

Et papir udgivet i Proceedings of the National Academy of Sciences blev ledet af Piers J. Sellers, tidligere direktør for Earth Sciences Division ved NASAs Goddard Space Flight Center, der døde i december 2016. Sellers var jordforsker ved NASA Goddard og senere en astronaut, der fløj på tre rumfærgemissioner.

Papiret indeholder et væsentligt overordnet budskab:Den nuværende internationale flåde af satellitter laver reelle forbedringer i nøjagtig måling af drivhusgasser fra rummet, men i fremtiden vil et mere sofistikeret system af observationer være nødvendigt for at forstå og forudsige Jordens skiftende klima på det niveau af nøjagtighed, som samfundet har brug for.

Sellers skrev papiret sammen med kolleger ved NASAs Jet Propulsion Laboratory og University of Oklahoma. Arbejdet med papiret begyndte i 2015, og Sellers fortsatte med at arbejde med sine samarbejdspartnere indtil omkring seks uger før han døde. De fortsatte forskningen og skrivningen af ​​papiret, indtil det udkom i denne uge.

Artiklen fokuserer på det emne, der var i centrum for Sellers' forskningskarriere:Jordens biosfære og dens interaktioner med planetens klima. I 1980'erne hjalp han med at pionere computermodellering af Jordens vegetation. I det nye blad, Sælgere og medforfattere undersøgte "kulstofcyklus-klimafeedback - naturlige systemers potentielle reaktion på klimaændringer forårsaget af menneskelige emissioner - og lagde en vision for, hvordan man bedst kan måle denne reaktion på global skala fra rummet.

Udveksling af kulstof mellem jorden, hav og luft spiller en stor rolle i at bestemme mængden af ​​drivhusgasser i atmosfæren, som i høj grad vil bestemme Jordens fremtidige klima. Men, der er komplekse interaktioner på spil. Mens menneskeskabte emissioner af drivhusgasser opbygges i atmosfæren, landøkosystemer og havet opvejer stadig omkring 50 procent af alle disse emissioner. Efterhånden som klimaet opvarmer, er forskerne usikre på, om skovene og havet vil fortsætte med at absorbere omkring halvdelen af ​​emissionerne - og fungere som en kulstofdræn - eller om denne forskydning bliver lavere, eller hvis vaskene bliver kulstofkilder.

Paper medforfatter David Schimel, en videnskabsmand ved JPL og en mangeårig videnskabelig samarbejdspartner for Sellers', sagde avisen fangede, hvordan han, Sellers og de andre medforfattere så dette videnskabelige problem som et af de kritiske forskningsmål for NASA Earth science.

"Vi så alle forståelse af fremtiden for kulstofkredsløbsfeedback som en af ​​de store udfordringer for videnskaben om klimaændringer, " sagde Schimel.

Forskeres forståelse af, hvordan Jordens levende systemer interagerer med stigende atmosfæriske niveauer af drivhusgasser, har ændret sig enormt i de seneste årtier, sagde medforfatter Berrien Moore III, fra University of Oklahoma. Moore har været en videnskabelig samarbejdspartner med Sellers og Schimel siden 1980'erne. Det sagde han dengang, forskere troede, at havet absorberede omkring halvdelen af ​​de årlige kulstofemissioner, mens planter på land spillede en minimal rolle. Forskere forstår nu, at hav og land sammen absorberer omkring halvdelen af ​​alle emissioner, med det terrestriske systems rolle, der er stærkt påvirket af storstilede vejrmønstre som El Niño og La Niña. Moore er også hovedefterforskeren af ​​en NASA-mission kaldet GeoCarb, planlagt til lancering i 2022, der vil overvåge drivhusgasser over store dele af den vestlige halvkugle fra en geostationær bane.

NASA lancerede Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) i 2014, og med udviklingen af ​​måle- og computermodelleringsteknikker, videnskabsmænd får en bedre forståelse af, hvordan kulstof bevæger sig gennem landet, hav og atmosfære. Dette nye papir bygger på tidligere forskning og fokuserer på en mærkelig kæde af begivenheder i 2015. Mens menneskelige emissioner af kuldioxid udjævnede sig for første gang i årtier i løbet af det år, vækstraten i atmosfæriske koncentrationer af kuldioxid steg faktisk på samme tid.

Dette var yderligere bevis på, hvad videnskabsmænd havde sat sammen i årevis - at en kompleks kombination af faktorer, inklusive vejret, tørke, brande og mere, bidrager til drivhusgasniveauet i atmosfæren.

Imidlertid, med den nye kombination af OCO-2-observationer og rumbaserede målinger af plantefluorescens (i det væsentlige et mål for fotosyntese), forskere er begyndt at producere mere nøjagtige estimater af, hvor kulstof blev absorberet og frigivet rundt om på planeten i løbet af 2015, da en intens El Niño var i kraft, i forhold til andre år.

Avisen følger en rapport fra en workshop i 2015 om kulstofkredsløbet ledet af sælgere, Schimel, og Moore. Schimel og Moore påpegede begge, at hver eneste af de mere end 40 deltagere i workshoppen bidrog til en endelig videnskabelig rapport fra mødet - en sjælden begivenhed. De tilskrev dette, delvis, til den inspirerende rolle, Sellers spillede i at anspore til tanke og handling.

"Når du har en som Piers i rummet, der er en magnetisk effekt, " sagde Moore. "Piers havde skulderen ved rattet, så alle skulle have skuldrene ved rattet."

Schimel og Moore sagde, at workshoppapiret opstiller en vision for, hvad der er nødvendigt i et fremtidigt rumbaseret observationssystem for at måle, forstå, og forudsige kulstofcyklus-feedback:aktive og passive instrumenter, og satellitter både i lavjords- og geostationære baner rundt om i verden. I de kommende år, NASA og rumorganisationer i Europa, Japan, og Kina, vil alle lancere nye drivhusgasovervågningsmissioner.

"Piers mente, at det er helt afgørende at få det rigtigt, " sagde Schimel, "og afgørende for mere eller mindre at få det rigtigt første gang."

Forfatterne dedikerede avisens udgivelse til sælgere, og i deres dedikation refererede et Winston Churchill-citat ofte citeret af den britisk-fødte videnskabsmand. De skrev:"P.J.S. nærmede sig udfordringen med kulstofvidenskab i ånden af ​​et yndet Churchill-citat, 'Vanskeligheder, der mestres, er muligheder, der er vundet, ' og han havde til formål at løse kulstof-klimaproblemet ved at tage vanskelighederne op og gribe mulighederne."