Il team dell'Università del Texas ad Austin che ha guidato un sistema satellitare gemello lanciato nel 2002 per effettuare misurazioni dettagliate della Terra, chiamato Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE), rapporti nell'ultimo numero della rivista Cambiamenti climatici naturali sui contributi che i loro quasi due decenni di dati hanno dato alla nostra comprensione dei modelli climatici globali.

Tra i tanti contributi che GRACE ha apportato:

• GRACE ha registrato tre volte la massa di ghiaccio persa nelle regioni polari e montuose sin dalle prime misurazioni, una conseguenza del riscaldamento globale.
• GRACE ha permesso di misurare la quantità di calore aggiunta all'oceano e la posizione per tale calore che rimane immagazzinato nell'oceano. GRACE ha fornito osservazioni dettagliate, confermando che la maggior parte del riscaldamento si verifica nei 2 superiori, 000 metri degli oceani.
• GRACE ha osservato che dei 37 più grandi acquiferi terrestri, 13 hanno subito una perdita di massa critica. questa perdita, a causa sia di un effetto legato al clima che di un effetto antropico (indotto dall'uomo), documenta la ridotta disponibilità di pulito, forniture di acqua dolce per il consumo umano.
• Le informazioni raccolte da GRACE forniscono dati vitali per l'agenzia federale United States Drought Monitor e hanno fatto luce sulle cause della siccità e dell'esaurimento delle falde acquifere in tutto il mondo, dall'India alla California.

Destinato a durare solo cinque anni in orbita per un periodo limitato, missione sperimentale per misurare piccoli cambiamenti nei campi gravitazionali della Terra, GRACE opera da oltre 15 anni e ha fornito informazioni senza precedenti sulle nostre risorse idriche globali, da misurazioni più accurate della perdita di ghiaccio polare a una migliore visione delle correnti oceaniche, e l'innalzamento del livello globale del mare. La missione è stata una collaborazione tra la NASA e il Centro aerospaziale tedesco ed è stata guidata dai ricercatori del Center for Space Research (CSR) della Cockrell School of Engineering dell'UT.

Il Texas Advanced Computing Center (TACC) di UT ha svolto un ruolo fondamentale in questo progetto internazionale negli ultimi 15 anni, secondo Byron Tapley, la Clare Cockrell Williams Centennial Chair Emeritus presso il Department of Aerospace Engineering and Engineering Mechanics che ha fondato il Center for Space Research a UT nel 1981 e che ha servito come investigatore principale della missione GRACE.

"Con l'aumento della domanda per i risultati scientifici GRACE, La capacità di TACC di supportare queste richieste è cresciuta. È stata una transizione senza soluzione di continuità verso un ambiente di reporting molto più ricco, " Egli ha detto.

Misurando i cambiamenti di massa che causano deviazioni nella forza di attrazione della gravità sui vari sistemi della Terra:sistemi idrici, lastre di ghiaccio, atmosfera, movimenti di terra, e altro ancora:i satelliti possono misurare piccoli cambiamenti nelle interazioni del sistema Terra.

"Monitorando i componenti fisici del sistema dinamico della Terra nel suo insieme, GRACE fornisce una variabile temporale e una panoramica olistica di come i nostri oceani, l'atmosfera e la topografia della superficie terrestre interagiscono, " Disse Tapley.

Il sistema di dati per la missione è altamente distribuito e richiede un'archiviazione e un calcolo di dati significativi attraverso una rete distribuita a livello internazionale. Sebbene i prodotti di dati finali per le soluzioni CSR siano generati presso TACC, c'è un notevole sforzo in Germania da parte del Centro di geofisica di Potsdam e del NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) di Pasadena, California. L'analisi finale della CSR al TACC inizia con un downlink dei dati dai satelliti a un centro di raccolta dati grezzi in Germania. I dati vengono quindi trasmessi a JPL dove le misurazioni primarie vengono convertite nelle misurazioni geofisiche costituite da GPS, accelerometro, quaternioni di atteggiamento, e le misurazioni intersatellite ad alta precisione raccolte da ciascun satellite durante un intervallo di osservazione di un mese.

"La raccolta di informazioni da questa comunità internazionale è riunita dalla capacità di calcolo fondamentale e dalla filosofia operativa di TACC per sottoporsi all'analisi dei dati impegnativa necessaria per ottenere la visione del cambiamento di paradigma delle interazioni della Terra, " Disse Tapley.

Nonostante sia un'impresa rischiosa che opera con finanziamenti minimi, la missione GRACE ha superato tutte le aspettative e continua a fornire un insieme critico di misurazioni.

"Il concetto di utilizzare i modelli gravimetrici mutevoli sulla Terra come mezzo per comprendere i principali cambiamenti nelle interazioni del sistema Terra era stato proposto in precedenza, " Ha detto Tapley. "Ma siamo stati i primi a farlo accadere a un livello di misurazione che ha sostenuto le esigenze della diversa comunità di scienze della Terra".

Uno dei notevoli vantaggi di lavorare con TACC, secondo Tapley, è la capacità di porre domande le cui soluzioni non sarebbero state realizzabili prima del TACC e di trovare la capacità di rispondere alle domande.

"Come esempio, quando abbiamo iniziato la missione GRACE, la nostra capacità stava guardando i modelli di gravità che erano caratterizzati da circa 5, 000 parametri del modello, la cui soluzione è stata ottenuta ad intervalli di analisi circa annuali. I modelli GRACE solo satellitari oggi si basano su circa 33, 000 parametri che siamo in grado di determinare a intervalli giornalieri. Nella rianalisi finale dei dati GRACE, stiamo cercando di espandere questa parametrizzazione a 4, 000, 000 parametri per il modello medio. L'interazione con TACC è sempre stata nel contesto di:"Se la risposta a una domanda significativa richiede calcoli estesi, troviamo un modo per soddisfare tale esigenza, '", ha detto Tapley.

Ora che la missione GRACE Follow-On, in cui la CSR continuerà a svolgere un ruolo, è stato lanciato con successo, la possibilità di continuare il record GRACE per una seconda misurazione pluridecennale dei cambiamenti di massa attraverso il sistema Terra è possibile. Ingegneri e scienziati prevedono che l'intervallo di dati più lungo consentirà loro di vedere un'immagine ancora più chiara di come si comportano i modelli climatici del pianeta nel tempo.