Högupplösta satellitdata från NASA:s Orbiting Carbon Observatory-2 avslöjar de subtila sätten att kol länkar allt på jorden-havet, landa, atmosfär, markbundna ekosystem och mänskliga aktiviteter. Forskare som använder de första 2 1/2 åren av OCO-2-data har publicerat en särskild samling med fem artiklar idag i tidningen Vetenskap som visar bredden i denna forskning.

Förutom att visa hur torka och värme i tropiska skogar påverkade globala koldioxidnivåer under El Niño 2015-16, andra resultat från dessa artiklar fokuserar på utsläpp och absorption av kol i havet, urbana utsläpp och ett nytt sätt att studera fotosyntes. En sista uppsats av OCO-2 biträdande projektforskare Annmarie Eldering från NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien, och kollegor ger en översikt över OCO-2-vetenskapens tillstånd.

Utsläpp från enskilda städer och vulkaner synliga från rymden

Mer än 70 procent av koldioxidutsläppen från mänsklig verksamhet kommer från städer, men eftersom gasen blandar sig snabbt i atmosfären, stadsutsläpp är utmanande att isolera och analysera. Florian Schwandner från JPL och kollegor använde OCO-2-observationer för att upptäcka hur koldioxidutsläpp varierar i enskilda städer-första gången detta har gjorts med data som samlats in på bara några minuter från rymden. Över Los Angeles med omnejd, de kunde upptäcka skillnader så små som 1 procent av de totala atmosfäriska koldioxidhalterna i luftkolonnen under satelliten.

OCO-2-mätningarna i Los Angeles var tillräckligt detaljerade för att fånga skillnader i koncentrationer inom staden som härrör från lokaliserade källor. De spårade också minskande koldioxidhalter när rymdfarkosten passerade från den trånga staden till förorterna och ut till den glesbefolkade öknen i norr.

OCO-2:s omloppsbana gjorde det också möjligt för den att observera signifikanta koldioxid-signaler från isolerade plumes av tre vulkaner på Stillahavsnationen Vanuatu. En bana direkt motvind av Yasur, som har utbrutit ihållande sedan minst 1700 -talet, gav en smal sträng koldioxid som var cirka 3,4 delar per miljon högre än bakgrundsnivåer - förenligt med utsläpp på 41,6 kiloton koldioxid om dagen. Detta är en värdefull kvantifiering av vulkanutsläpp, som är små jämfört med de genomsnittliga mänskliga utsläppen på cirka 100, 000 kiloton per dag.

El Niño undertrycker det tropiska havets utsläpp av kol

Abhishek Chatterjee från NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, och kollegor studerade hur den stora 2015-16 El Niño påverkade koldioxid över det tropiska Stilla havet.

Denna havsregion är vanligtvis en källa till koldioxid till atmosfären. Som en del av den globala havscirkulationen, kall, koldioxidrika vattenbrunnar upp till ytan i denna region, och den extra koldioxidutsläpp till atmosfären. Eftersom El Niño -händelser undertrycker denna uppväxt, forskare har gissat att det minskar havets koldioxidutsläpp och därför orsakar en avmattning av tillväxttakten för atmosfäriska koldioxidhalter. Dock, tills OCO-2, det har inte gjorts tillräckliga atmosfäriska observationer över det avlägsna tropiska Stilla havet för att bekräfta denna teori.

OCO-2-data visar att under de första månaderna av 2015–2016 El Niño, hastigheten för koldioxid som släpptes från det tropiska Stilla havet till atmosfären minskade med 26 till 54 procent. Det innebär en kortsiktig minskning med 0,4 till 0,5 delar per miljon i atmosfärskoncentration, eller nära 0,1 procent av den totala atmosfäriska koldioxiden.

En förändring av en tiondel av en procent i koldioxid kan låta försumbar, men det inträffade över en region i Stilla havet ungefär lika stor som hela Australiens kontinent. Denna minskning av koldioxidutsläpp under några månader var tillräckligt stark för att den skulle kunna observeras av OCO-2 och National Oceanic and Atmospheric Administration's Tropical Pacific Observing System of booys, som direkt mäter koldioxidhalterna vid havets yta. Rekordökningen i atmosfärisk koldioxid som inträffade 2015 och 2016 skulle ha varit ännu större utan denna minskning av de tropiska Stilla havets utsläpp.

Med OCO-2, forskare kan observera dessa små förändringar för första gången, ett första steg mot att förstå kolcykelns känslighet för klimatvariationer i en skala från år till decennier.

Ett nytt sätt att mäta fotosyntes

Förutom koldioxid, OCO-2:s högupplösta spektrometrar kan observera solinducerad fluorescens, eller SIF. Denna strålning, avges av klorofyllmolekyler i växter, indikerar att fotosyntes sker. SIF ger värdefull inblick i global fotosyntes eftersom den fångar fotosyntesen under växtsäsongen och även dess avmattning, till exempel, över vintergröna skogar på vintern, när träd upprätthåller klorofyll men slutar absorbera koldioxid från atmosfären.

Ying Sun från Cornell University i Ithaca, New York, och kollegor rapporterar om OCO-2:s unika SIF-mätningar, som ger en mycket högre rumslig upplösning än något tidigare system. Den förbättrade upplösningen gjorde det möjligt för forskarna att utföra den första valideringen av SIF från samtidiga luftburna observationer.

OCO-2:s mindre bild "fotavtryck" på jorden tillät forskarna att göra en mer direkt jämförelse av satellitmätningarna med markbaserade mätningar av flöden av koldioxid mellan växter och luft. De fann ett konsekvent samband mellan SIF och koldioxidupptag i växter över olika typer av ekosystem. Detta fynd sätter riktningen för fördjupade studier som ytterligare kan belysa förhållandet mellan SIF och global fotosyntes.