Een nieuw NASA-supercomputerproject bouwt voort op de satellietmetingen van koolstofdioxide van het bureau en combineert deze met een geavanceerd aardsysteemmodel om een ​​van de meest realistische beelden tot nu toe te bieden van hoe dit kritieke broeikasgas door de atmosfeer beweegt.

Wetenschappers hebben de stijgende concentratie van warmtevasthoudende koolstofdioxide tientallen jaren gevolgd met behulp van sensoren op de grond op een paar plaatsen. Een visualisatie met hoge resolutie van het nieuwe gecombineerde dataproduct biedt een heel ander perspectief. De visualisatie is gegenereerd door het Global Modeling and Assimilation Office in het Goddard Space Flight Center van NASA, Groene riem, Maryland, met behulp van gegevens van de Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) satelliet van het bureau, gebouwd en geëxploiteerd door NASA's Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Californië.

De 3D-visualisatie onthult in verrassend detail de complexe patronen waarin koolstofdioxide in de atmosfeer toeneemt, neemt af en beweegt over de hele wereld gedurende de periode van september 2014 tot september 2015.

Atmosferische koolstofdioxide fungeert als de thermostaat van de aarde. Stijgende concentraties van het broeikasgas, voornamelijk te wijten aan de verbranding van fossiele brandstoffen voor energie, hebben geleid tot de huidige opwarmingstrend van de aarde op lange termijn. De visualisatie benadrukt de vooruitgang die wetenschappers boeken bij het begrijpen van de processen die bepalen hoeveel uitgestoten koolstofdioxide in de atmosfeer blijft en hoe lang het daar blijft - vragen die uiteindelijk het toekomstige klimaat op aarde zullen bepalen.

Wetenschappers weten dat bijna de helft van alle door de mens veroorzaakte uitstoot wordt geabsorbeerd door het land en de oceaan. Het huidige inzicht is dat ongeveer 50 procent van de uitstoot in de atmosfeer blijft, ongeveer 25 procent wordt geabsorbeerd door vegetatie op het land, en ongeveer 25 procent wordt geabsorbeerd door de oceaan. Echter, die ogenschijnlijk simpele getallen laten wetenschappers achter met kritische en complexe vragen:welke ecosystemen, vooral op het land, absorberen welke hoeveelheden kooldioxide? Misschien wel het belangrijkste, terwijl de uitstoot blijft stijgen, zullen het land en de oceaan deze absorptiesnelheid voortzetten, of een verzadigingspunt bereiken?

De nieuwe dataset is een stap in de richting van het beantwoorden van die vragen, legde Lesley Ott uit, een koolstofcycluswetenschapper bij NASA Goddard en een lid van het OCO-2 wetenschapsteam. Wetenschappers moeten de processen begrijpen die de "koolstofstroom" aandrijven - de uitwisseling van koolstofdioxide tussen de atmosfeer, land en oceaan, zei Ot.

"We kunnen de flux niet direct met hoge resolutie over de hele wereld meten, " zei ze. "We proberen de tools te bouwen die nodig zijn om een ​​nauwkeurig beeld te geven van wat er in de atmosfeer gebeurt en dat te vertalen naar een nauwkeurig beeld van wat er met de flux gebeurt. Er is nog een lange weg te gaan, maar dit is echt een belangrijke en noodzakelijke stap in die keten van ontdekkingen over koolstofdioxide."

OCO-2, gelanceerd in 2014, is NASA's eerste satelliet die speciaal is ontworpen om atmosferische kooldioxide op regionale schaal te meten.

"Sinds september 2014 OCO-2 keert bijna 100 terug, 000 schattingen van kooldioxide over de hele wereld per dag. Modelleringstools zoals die worden ontwikkeld door onze collega's in het Global Modeling and Assimilation Office zijn van cruciaal belang voor het analyseren en interpreteren van deze dataset met hoge resolutie, " zei David Crisp, OCO-2 wetenschappelijk teamleider bij JPL.

Het Global Modeling and Assimilation Office (GMAO) heeft eerder koolstofdioxide opgenomen in zijn GEOS Earth-systeemmodel, die wordt gebruikt voor allerlei atmosferische studies. Dit nieuwe product bouwt voort op dat werk door de techniek van gegevensassimilatie te gebruiken om de OCO-2-waarnemingen met het model te combineren. "Data-assimilatie is het proces van het mengen van modelsimulaties met real-world metingen, met de precisie, resolutie en dekking die nodig zijn om ons beste begrip van de uitwisseling van koolstofdioxide tussen het oppervlak en de atmosfeer weer te geven, " legde Brad Weir uit, een onderzoeker gevestigd in de GMAO.

De visualisatie toont informatie over wereldwijde koolstofdioxide die nog niet eerder in zo'n detail is gezien:de opkomst en ondergang van koolstofdioxide op het noordelijk halfrond gedurende een jaar; de invloed van continenten, bergketens en oceaanstromingen op weerpatronen en dus de beweging van kooldioxide; en de regionale invloed van zeer actieve fotosynthese in plaatsen zoals de Amerikaanse Corn Belt.

Hoewel de fijn gedetailleerde kooldioxidefluctuaties in het oog springen, ze herinneren ook GMAO-chef Steven Pawson aan de vooruitgang die wetenschappers boeken met computermodellen van het aardsysteem. Een toekomstige stap zal zijn om een ​​complexere biologiemodule in het model te integreren om de vragen over de opname en afgifte van kooldioxide door bossen en andere landecosystemen beter te kunnen aanpakken.

De resultaten die hier worden benadrukt, tonen de waarde aan van de unieke mogelijkheden van NASA bij het observeren en modelleren van de aarde. Ze benadrukken ook de samenwerking tussen NASA-centra en de waarde van krachtige supercomputing. De assimilatie is gemaakt met behulp van een model genaamd het Goddard Earth Observing System Model-Version 5 (GEOS-5), die werd gerund door het Discover-supercomputercluster van Goddard's NASA Center for Climate Simulation.

"Het heeft ons vele jaren gekost om alles bij elkaar te krijgen, " zei Pawson. "Het detailniveau in deze dataset geeft ons veel optimisme dat onze modellen en waarnemingen een coherent beeld van de koolstofcyclus beginnen te geven."