Als je nieuws hoort over ijsverlies van Groenland of Antarctica, een watervoerende laag in Californië die uitgeput raakt, of een nieuwe verklaring voor een schommeling in de rotatie van de aarde, u realiseert zich misschien niet dat al deze bevindingen mogelijk afhankelijk zijn van gegevens van één enkele missie:het Amerikaans-Duitse Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE). GRACE-gegevens, verzameld van 2002 tot 2017 terwijl de missie actief was, worden nog steeds gebruikt om ons begrip van water in beweging en de soms verrassende effecten ervan op onze planeet te verbeteren. Een nieuw document brengt nieuw berekende en bestaande samenvattingen samen van de belangrijkste resultaten die GRACE heeft gegenereerd, presentatie van de breedte van de onderwerpen die de missie in de loop der jaren heeft belicht.

"Water is een belangrijk teken van de gezondheid van de planeet, " zei Michael Watkins, de oorspronkelijke GRACE-projectwetenschapper en nu directeur van NASA's Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena, Californië. "Maar water is in sommige vormen moeilijk te volgen, bijvoorbeeld poolijs of diep onder de grond opgeslagen water. We moeten die componenten begrijpen, evenals water in zijn gemakkelijker te beoordelen vormen over de hele wereld. Dat is wat GRACE ons in staat heeft gesteld om te doen." Wetenschappers hebben deze toegenomen kennis van hoe water beweegt en wordt opgeslagen op aarde gebruikt om het mondiale klimaat te begrijpen en hoe het verandert.

Byron Tapley, GRACE's oorspronkelijke hoofdonderzoeker en de motiverende kracht achter de missie (nu met pensioen aan de Universiteit van Texas in Austin), is de hoofdauteur van het nieuwe artikel. Getiteld "Contributions of GRACE to Understanding Climate Change" en gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Klimaatverandering , het vat de laatste resultaten en nieuwe inzichten samen die GRACE tot nu toe mogelijk heeft gemaakt. de recensie, waarin aspecten van de GRACE-meettechniek worden behandeld, wetenschappelijke doorbraken en de relevantie voor toepassingen van klimaatdiensten, is geschreven door een vooraanstaand team van GRACE-experts. De meeste auteurs hebben bijgedragen aan de GRACE-missie nog voordat deze van start ging en hebben baanbrekend werk verricht met de gegevens.

Hoe het meten van de zwaartekracht bewegend water onthult

GRACE en zijn opvolger, GRACE vervolg, werden ontworpen om veranderingen in zwaartekracht te meten die het gevolg zijn van veranderingen in massa op aarde. Meer dan 99 procent van de gemiddelde zwaartekracht van de aarde verandert niet van maand tot maand. Dat komt omdat het afkomstig is van de massa van de vaste aarde zelf - het oppervlak en het binnenste - en dat zelden beweegt, of beweegt heel langzaam. Water, anderzijds, beweegt bijna overal voortdurend:sneeuw valt, oceaanstromingen stromen, ijs smelt enzovoort. Terwijl de twee GRACE-satellieten in een baan om de aarde cirkelden, de een volgt de ander op de voet, de veranderingen in massa hieronder veranderden de afstand tussen de twee satellieten zeer licht. Het record van deze veranderingen werd geanalyseerd om maandelijkse globale kaarten te maken van veranderingen en herverdeling van de massa van de aarde nabij het oppervlak.

"Het was een uitdaging om een ​​representatieve recensie van acht pagina's te schrijven over de prestaties van GRACE, die zijn gedocumenteerd in meer dan 3, 000 peer-reviewed publicaties, " zei Ingo Sasgen, GRACE-wetenschapper aan het Helmholtz Center for Polar and Marine Research van het Alfred Wegener Institute in Bremerhaven, Duitsland, die de nieuwe krant coördineerde. "We wilden laten zien hoe uniek de GRACE-missie werkelijk was en hoe belangrijk de gegevens voor ons zijn om te begrijpen hoe klimaatverandering het water in de oceaan beïnvloedt, het ijs en op de continenten." Hier zijn een paar voorbeelden.

Groenland en Antarctica. De paper actualiseert eerdere studies om te melden dat tijdens de duur van de GRACE-missie, Groenland verloor 258 gigaton ijs per jaar, waarbij het bedrag van jaar tot jaar met meer dan 50% varieert, grotendeels als reactie op de temperaturen tijdens de zomermaanden. "Het noordpoolgebied warmt ongeveer twee keer zo snel op als het wereldwijde gemiddelde, met ijsmassaverlies en zeespiegelstijging als grote gevolgen, " zei Sasgen. "Met GRACE waren we in staat om elke maand het massale verlies van gletsjers en ijskappen over de hele wereld te budgetteren. Deze gegevens hebben ons begrip van de processen die in deze afgelegen gebieden spelen en hun gevoeligheid voor klimaatverandering drastisch verbeterd." Antarctica verloor gemiddeld 137 gigaton per jaar, maar het jaarlijkse verliespercentage varieerde met meer dan 150%, voornamelijk door schommelingen in de sneeuwval. GRACE ontdekte ook dat deze grote fluctuaties meestal voorkomen in West-Antarctica en goed correleren met El Niño-gebeurtenissen, die van invloed zijn op hoeveel neerslag het continent bereikt.

Veranderingen in de waterberging op het land. GRACE heeft onthuld dat er nu minder water op natuurlijke wijze wordt opgeslagen in landgebieden op de middelste breedtegraden (dat wil zeggen, deze regio's krijgen minder neerslag en worden droger) en er wordt meer opgeslagen in regio's op hoge en lage breedtegraden (dat wil zeggen, die gebieden worden natter). Klimaatmodellen voorspellen al lang dat de wereldwijde klimaatverandering deze trend teweeg zal brengen, dus de waarnemingen bieden een belangrijke vroege bevestiging van de modellen.

Zeespiegelstijging. De zeespiegel steeg van 2005 tot 2016 gemiddeld meer dan 3,7 centimeter per decennium over de hele wereld. Er zijn twee hoofdoorzaken voor deze verandering:afvloeiing van smeltende ijskappen en gletsjers, en uitzetting van het oceaanwater zelf als het opwarmt. Naast het monitoren van veranderingen in de ijskappen en gletsjers, GRACE kon detecteren hoeveel zeespiegelstijging te wijten was aan het feit dat water dat voorheen in ijs op het land was opgesloten, aan de oceaan werd toegevoegd. Uit de gegevens blijkt dat deze bron tijdens de missie is toegenomen en momenteel verantwoordelijk is voor ongeveer tweederde van de zeespiegelstijging.

"GRACE zorgde voor een paradigmaverschuiving in onze kijk op hoe de oceanen, atmosfeer en landoppervlak componenten interageren, "zei Tapley. "Als voorbeeld, GRACE toonde aan dat het water dat de poolkappen verlaat gelijk is aan de toename van de watermassa in de oceanen, geeft bevestiging van het gebruik van deze belangrijke meting bij het beoordelen van warmteopslag in de oceaan."

Naast de waarde voor onderzoek, Tapley wees erop, "GRACE is ook een belangrijke troef voor het beoordelen van de toestand van zoet water en het helpen bij het beheer ervan." Om de overstromingsvoorspellingen voor Europa te verbeteren, de European Gravity Service for Improved Emergency Management gebruikt GRACE-gegevens om weken voor het overstromingsseizoen naar bodemverzadigingsniveaus te kijken. Onderzoekers hebben ontdekt dat kennis van ongewoon hoge niveaus van ondergrondse wateropslag de doorlooptijd van waarschuwingen voor piekoverstromingen van rivieren met maximaal zes weken kan verlengen. In situaties waar zoet water schaars is, GRACE-gegevens ondersteunen de Amerikaanse droogtemonitor, die droogte in de Verenigde Staten en zijn territoria volgt en veel wordt gebruikt door managers op federaal en staatsniveau

De waarde van GRACE voor de wetenschappelijke gemeenschap werd erkend binnen de eerste twee jaar van haar werking, en de gemeenschap raadde ten zeerste aan om de missie voort te zetten zonder grote lacunes in de gegevens. Om dat te bereiken, NASA en het Duitse onderzoekscentrum voor geowetenschappen (GFZ) hebben een opvolger gelanceerd, GRACE vervolg, in mei 2018. GRACE-FO heeft alle betalingsfasen voltooid en zal binnenkort beginnen met het uitbrengen van maandelijkse kaarten van massale veranderingen op aarde. "GRACE-FO stelt ons in staat om de revolutionaire erfenis van GRACE voort te zetten, " zei Watkins. "Er zullen zeker meer onverwachte en innovatieve bevindingen zijn."

GRACE werd uitgevoerd als een gezamenlijke missie van NASA en het Duitse ruimtevaartcentrum. GRACE was de eerste door de hoofdonderzoeker geleide missie die werd uitgevoerd in het kader van het Earth System Pathfinder-programma. Het uitvoerende team omvatte de Universiteit van Texas in Austin, JPL en de GFZ. JPL beheerde de implementatie en operaties voor NASA's Science Mission Directorate in Washington. Caltech in Pasadena beheert JPL voor NASA.