GRACE-data bidrager til forståelsen af ​​klimaændringer

Teamet fra University of Texas i Austin, der førte et dobbelt satellitsystem opsendt i 2002 for at tage detaljerede målinger af Jorden, kaldet Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE), rapporter i det seneste nummer af tidsskriftet Natur klimaændringer på de bidrag, som deres næsten to årtiers data har givet til vores forståelse af globale klimamønstre.

Blandt de mange bidrag, som GRACE har givet:

• GRACE registrerede tre gange den mængde is, der er gået tabt i polar- og bjergområderne siden de første målinger begyndte - en konsekvens af global opvarmning.
• GRACE muliggjorde et mål for mængden af ​​varme, der tilføres havet, og placeringen af ​​den varme, der forbliver lagret i havet. GRACE har givet detaljerede observationer, bekræfter, at størstedelen af ​​opvarmningen sker i de øverste 2, 000 meter af oceanerne.
• GRACE har observeret, at af de 37 største landbaserede grundvandsmagasiner, 13 har gennemgået tab af kritisk masse. Dette tab, på grund af både en klimarelateret effekt og en antropogen (menneskefremkaldt) effekt, dokumenterer den reducerede tilgængelighed af rent, ferskvandsforsyninger til konsum.
• Oplysningerne indsamlet fra GRACE giver vitale data for det føderale agentur United States Drought Monitor og har kastet lys over årsagerne til tørke og udtømning af grundvandsmagasiner steder i hele verden, fra Indien til Californien.

Beregnet til kun at vare fem år i kredsløb i en begrænset periode eksperimentel mission for at måle små ændringer i jordens gravitationsfelter, GRACE har fungeret i mere end 15 år og har givet hidtil uset indsigt i vores globale vandressourcer, fra mere nøjagtige målinger af polar istab til et bedre overblik over havstrømmene, og stigningen i det globale havniveau. Missionen var et samarbejde mellem NASA og German Aerospace Center og blev ledet af forskere i Center for Space Research (CSR) i UT's Cockrell School of Engineering.

UT's Texas Advanced Computing Center (TACC) har spillet en afgørende rolle i dette internationale projekt i løbet af de sidste 15 år, ifølge Byron Tapley, Clare Cockrell Williams Centennial Chair emeritus i Department of Aerospace Engineering and Engineering Mechanics, der etablerede Center for Space Research ved UT i 1981, og som fungerede som hovedefterforsker af GRACE-missionen.

"Efterhånden som efterspørgslen efter GRACE -videnskabelige resultater er vokset, TACC's evne til at understøtte disse krav er vokset. Det har været en problemfri overgang til et meget rigere rapporteringsmiljø, " han sagde.

Ved at måle ændringer i massen, der forårsager afvigelser i styrken af ​​tyngdekraftens træk på Jordens forskellige systemer - vandsystemer, iskapper, atmosfære, landbevægelser, og mere - satellitterne kan måle små ændringer i jordsystemets interaktioner.

"Ved at overvåge de fysiske komponenter i Jordens dynamiske system som helhed, GRACE giver et tidsvariabelt og holistisk overblik over, hvordan vores oceaner, atmosfære og jordoverfladetopografi interagerer, " sagde Tapley.

Datasystemet til missionen er meget distribueret og kræver betydelig datalagring og beregning gennem et internationalt distribueret netværk. Selvom de endelige dataprodukter til CSR-løsningerne genereres hos TACC, der er en betydelig indsats i Tyskland af Geophysics Center i Potsdam og NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) i Pasadena, Californien. Den endelige CSR-analyse hos TACC starter med et datadownlink fra satellitterne til et rådataindsamlingscenter i Tyskland. Dataene sendes derefter til JPL, hvor de primære målinger konverteres til de geofysiske målinger bestående af GPS, accelerometer, holdning quaternions, og de højnøjagtige intersatellitafstandsmålinger indsamlet af hver satellit i løbet af en måned lang observation.

"Informationsindsamlingen fra dette internationale samfund samles af den grundlæggende computerkapacitet og den operationelle filosofi hos TACC for at gennemgå den udfordrende dataanalyse, der kræves for at opnå det paradigmeskiftende syn på Jordens interaktioner, "Sagde Tapley.

På trods af at det er et risikabelt foretagende, der opererer med minimal finansiering, GRACE -missionen overgik alle forventninger og leverer fortsat et kritisk sæt målinger.

"Konceptet med at bruge de skiftende gravimetriske mønstre på Jorden som et middel til at forstå store ændringer i jordsystemets interaktioner var blevet foreslået før, " sagde Tapley. "Men vi var de første til at få det til at ske på et måleniveau, der understøttede behovene i det mangfoldige jordvidenskabelige samfund."

En af de bemærkelsesværdige fordele ved at arbejde med TACC, ifølge Tapley, er evnen til at stille spørgsmål, hvis løsninger ikke ville have været gennemførlige før TACC, og at finde evnen til at besvare spørgsmålene.

"Som et eksempel, da vi begyndte GRACE -missionen, vores evne var at se på tyngdekraftsmodeller, der var karakteriseret ved cirka 5, 000 modelparametre, hvis opløsning blev opnået med ca. årlige analyseintervaller. De satellitbaserede GRACE-modeller i dag er baseret på cirka 33, 000 parametre, som vi har mulighed for at bestemme med et dagligt interval. I den endelige genanalyse af GRACE-dataene, vi søger at udvide denne parameterisering til 4, 000, 000 parametre for middelmodellen. Interaktionen med TACC har altid været i sammenhæng med:'Hvis svaret på et meningsfuldt spørgsmål kræver omfattende beregninger, lad os finde en måde at opfylde dette krav på, '" sagde Tapley.

Nu hvor GRACE-opfølgningsmissionen, som CSR fortsat vil spille en rolle i, er lanceret med succes, chancen for at fortsætte GRACE-rekorden for en anden multi-dekadal måling af ændringer i massen på tværs af jordsystemet er mulig. Ingeniører og videnskabsmænd forudser, at det længere datainterval vil give dem mulighed for at se et endnu klarere billede af, hvordan planetens klimamønstre opfører sig over tid.