Un nuovo progetto di supercomputer della NASA si basa sulle misurazioni satellitari dell'agenzia dell'anidride carbonica e le combina con un sofisticato modello del sistema terrestre per fornire una delle viste più realistiche di come questo gas serra critico si muove attraverso l'atmosfera.

Gli scienziati hanno monitorato per decenni la crescente concentrazione di anidride carbonica che intrappola il calore utilizzando sensori a terra in alcuni punti. Una visualizzazione ad alta risoluzione del nuovo prodotto di dati combinati offre una prospettiva completamente diversa. La visualizzazione è stata generata dal Global Modeling and Assimilation Office presso il Goddard Space Flight Center della NASA, Cintura verde, Maryland, utilizzando i dati del satellite Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) dell'agenzia, costruito e gestito dal Jet Propulsion Laboratory della NASA, Pasadena, California.

La visualizzazione 3D rivela con dettagli sorprendenti i complessi schemi in cui l'anidride carbonica nell'atmosfera aumenta, diminuisce e si sposta in tutto il mondo nel periodo da settembre 2014 a settembre 2015.

L'anidride carbonica atmosferica funge da termostato terrestre. Aumento delle concentrazioni di gas serra, dovuto principalmente alla combustione di combustibili fossili per l'energia, hanno guidato l'attuale tendenza al riscaldamento a lungo termine della Terra. La visualizzazione mette in evidenza i progressi che gli scienziati stanno facendo nella comprensione dei processi che controllano la quantità di anidride carbonica emessa rimane nell'atmosfera e per quanto tempo rimane lì, domande che alla fine determineranno il clima futuro della Terra.

Gli scienziati sanno che quasi la metà di tutte le emissioni causate dall'uomo sono assorbite dalla terra e dall'oceano. L'attuale comprensione è che circa il 50 percento delle emissioni rimane nell'atmosfera, circa il 25% viene assorbito dalla vegetazione del terreno, e circa il 25% viene assorbito dall'oceano. Però, quei numeri apparentemente semplici lasciano agli scienziati domande critiche e complesse:quali ecosistemi, soprattutto a terra, assorbono quali quantità di anidride carbonica? Forse più significativamente, mentre le emissioni continuano ad aumentare, la terra e l'oceano continueranno questo tasso di assorbimento, o raggiungere un punto di saturazione?

Il nuovo set di dati è un passo verso la risposta a queste domande, ha spiegato Lesley Ott, uno scienziato del ciclo del carbonio presso la NASA Goddard e un membro del team scientifico di OCO-2. Gli scienziati devono comprendere i processi che guidano il "flusso di carbonio":lo scambio di anidride carbonica tra l'atmosfera, terra e mare, ha detto ott.

"Non possiamo misurare il flusso direttamente ad alta risoluzione in tutto il mondo, " ha detto. "Stiamo cercando di costruire gli strumenti necessari per fornire un'immagine accurata di ciò che sta accadendo nell'atmosfera e tradurla in un'immagine accurata di ciò che sta accadendo con il flusso. C'è ancora molta strada da fare, ma questo è un passo davvero importante e necessario in quella catena di scoperte sull'anidride carbonica".

OCO-2, lanciato nel 2014, è il primo satellite della NASA progettato specificamente per misurare l'anidride carbonica atmosferica su scala regionale.

"Da settembre 2014 OCO-2 ha restituito quasi 100, 000 stime di anidride carbonica in tutto il mondo ogni giorno. Strumenti di modellazione come quelli sviluppati dai nostri colleghi del Global Modeling and Assimilation Office sono fondamentali per analizzare e interpretare questo set di dati ad alta risoluzione, "ha detto David Crisp, Leader del team scientifico OCO-2 al JPL.

Il Global Modeling and Assimilation Office (GMAO) ha precedentemente incluso l'anidride carbonica nel suo modello di sistema GEOS Earth, che viene utilizzato per tutti i tipi di studi atmosferici. Questo nuovo prodotto si basa su quel lavoro utilizzando la tecnica dell'assimilazione dei dati per combinare le osservazioni OCO-2 con il modello. "L'assimilazione dei dati è il processo di fusione di simulazioni di modelli con misurazioni del mondo reale, con la precisione, risoluzione e copertura necessarie per riflettere la nostra migliore comprensione dello scambio di anidride carbonica tra la superficie e l'atmosfera, " ha spiegato Brad Weir, un ricercatore con sede nel GMAO.

La visualizzazione mostra informazioni sull'anidride carbonica globale che non sono state viste prima in modo così dettagliato:l'aumento e la caduta dell'anidride carbonica nell'emisfero settentrionale durante un anno; l'influenza dei continenti, catene montuose e correnti oceaniche sui modelli meteorologici e quindi sul movimento dell'anidride carbonica; e l'influenza regionale della fotosintesi altamente attiva in luoghi come il Corn Belt degli Stati Uniti.

Mentre le fluttuazioni dell'anidride carbonica finemente dettagliate sono accattivanti, ricordano anche al capo del GMAO Steven Pawson i progressi che gli scienziati stanno facendo con i modelli al computer del sistema Terra. Un passo futuro sarà l'integrazione di un modulo di biologia più complesso nel modello per affrontare meglio le questioni dell'assorbimento e del rilascio di anidride carbonica da parte delle foreste e di altri ecosistemi terrestri.

I risultati qui evidenziati dimostrano il valore delle capacità uniche della NASA nell'osservazione e nella modellazione della Terra. Sottolineano anche la collaborazione tra i centri della NASA e il valore del potente supercalcolo. L'assimilazione è stata creata utilizzando un modello chiamato Goddard Earth Observing System Model-Version 5 (GEOS-5), che è stato gestito dal cluster di supercomputer Discover presso il NASA Center for Climate Simulation di Goddard.

"Ci sono voluti molti anni per mettere insieme tutto, " Ha detto Pawson. "Il livello di dettaglio incluso in questo set di dati ci dà molto ottimismo sul fatto che i nostri modelli e le nostre osservazioni stiano iniziando a dare una visione coerente del ciclo del carbonio".