Ett nytt NASA -superdatorprojekt bygger på byråns satellitmätningar av koldioxid och kombinerar dem med en sofistikerad jordsystemsmodell för att ge en av de mest realistiska synpunkterna på hur denna kritiska växthusgas rör sig genom atmosfären.

Forskare har följt den stigande koncentrationen av värmefångande koldioxid i årtionden med markbaserade sensorer på några ställen. En högupplöst visualisering av den nya kombinerade dataprodukten ger ett helt annat perspektiv. Visualiseringen genererades av Global Modeling and Assimilation Office vid NASA:s Goddard Space Flight Center, Grönt bälte, Maryland, använder data från byråns Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) satellit, byggd och drivs av NASA:s Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Kalifornien.

3D-visualiseringen avslöjar i häpnadsväckande detalj de komplexa mönster i vilka koldioxid i atmosfären ökar, minskar och rör sig över hela världen under tidsperioden från september 2014 till september 2015.

Atmosfärisk koldioxid fungerar som jordens termostat. Stigande koncentrationer av växthusgasen, främst på grund av förbränning av fossila bränslen för energi, har drivit jordens nuvarande långsiktiga uppvärmningstrend. Visualiseringen belyser de framsteg forskare gör för att förstå de processer som styr hur mycket koldioxid som släpps ut i atmosfären och hur länge den stannar där - frågor som i slutändan kommer att avgöra jordens framtida klimat.

Forskare vet att nästan hälften av alla utsläpp som orsakas av människor absorberas av land och hav. Den nuvarande förståelsen är att cirka 50 procent av utsläppen finns kvar i atmosfären, cirka 25 procent absorberas av vegetation på landet, och cirka 25 procent absorberas av havet. Dock, dessa till synes enkla siffror lämnar forskare med kritiska och komplexa frågor:Vilka ekosystem, särskilt på land, absorberar vilka mängder koldioxid? Kanske viktigast, eftersom utsläppen fortsätter att öka, kommer landet och havet att fortsätta denna absorptionshastighet, eller nå en mättnadspunkt?

Den nya datamängden är ett steg mot att besvara dessa frågor, förklarade Lesley Ott, en kolcykelvetare vid NASA Goddard och medlem i vetenskapsteamet OCO-2. Forskare måste förstå processerna som driver "koldioxidflödet" - utbytet av koldioxid mellan atmosfären, land och hav, Sa Ott.

"Vi kan inte mäta flödet direkt med hög upplösning över hela världen, "sa hon." Vi försöker bygga de verktyg som behövs för att ge en exakt bild av vad som händer i atmosfären och översätta det till en korrekt bild av vad som händer med flödet. Det är fortfarande en lång väg kvar, men detta är ett riktigt viktigt och nödvändigt steg i den kedjan av upptäckter om koldioxid. "

OCO-2, lanserades 2014, är NASA:s första satellit utformad speciellt för att mäta atmosfärisk koldioxid i regional skala.

"Sedan september 2014 har OCO-2 har returnerat nästan 100, 000 koldioxiduppskattningar över hela världen varje dag. Modelleringsverktyg som de som utvecklas av våra kollegor i Global Modeling and Assimilation Office är avgörande för analys och tolkning av denna högupplösta dataset, "sa David Crisp, OCO-2 vetenskapsteamledare på JPL.

Global Modeling and Assimilation Office (GMAO) har tidigare inkluderat koldioxid i sin GEOS Earth -systemmodell, som används för alla slags atmosfäriska studier. Denna nya produkt bygger på det arbetet genom att använda tekniken för dataassimilering för att kombinera OCO-2-observationer med modellen. "Dataassimilering är processen för att blanda modellsimuleringar med verkliga mätningar, med precision, upplösning och täckning som behövs för att återspegla vår bästa förståelse för utbytet av koldioxid mellan ytan och atmosfären, "förklarade Brad Weir, en forskare baserad på GMAO.

Visualiseringen visar information om global koldioxid som inte har setts så detaljerat tidigare:koldioxidens uppgång och fall på norra halvklotet under ett år; kontinenternas inflytande, bergskedjor och havsströmmar om vädermönster och därför koldioxidrörelse; och det regionala inflytandet av mycket aktiv fotosyntes på platser som U.S. Corn Belt.

Medan de detaljerade koldioxidfluktuationerna är iögonfallande, de påminner också GMAO -chefen Steven Pawson om de framsteg forskare gör med datormodeller av jordsystemet. Ett framtida steg blir att integrera en mer komplex biologimodul i modellen för att bättre rikta in frågorna om koldioxidabsorption och utsläpp av skogar och andra markekosystem.

Resultaten som markeras här visar värdet av NASA:s unika kapacitet att observera och modellera jorden. De betonar också samarbetet mellan NASA -centra och värdet av kraftfull superdator. Assimileringen skapades med hjälp av en modell som heter Goddard Earth Observing System Model-Version 5 (GEOS-5), som drevs av superdatorklustret Discover på Goddards NASA Center for Climate Simulation.

"Det har tagit oss många år att få ihop allt, "Pawson sa." Detaljnivån som ingår i denna datamängd ger oss mycket optimism att våra modeller och observationer börjar ge en sammanhängande bild av kolcykeln. "