Teamet från University of Texas i Austin som ledde ett dubbelsatellitsystem som lanserades 2002 för att ta detaljerade mätningar av jorden, kallad Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE), rapporterar i det senaste numret av tidskriften Naturens klimatförändringar på de bidrag som deras nästan två decennier av data har gett till vår förståelse av globala klimatmönster.

Bland de många bidrag som GRACE har gjort:

• GRACE registrerade tre gånger så mycket is som förlorats i polar- och bergsregionerna sedan de första mätningarna påbörjades – en konsekvens av den globala uppvärmningen.
• GRACE möjliggjorde ett mått på mängden värme som tillfördes havet och platsen för nämnda värme som förblir lagrad i havet. GRACE har tillhandahållit detaljerade observationer, bekräftar att majoriteten av uppvärmningen sker i de övre 2, 000 meter av haven.
• GRACE har observerat att av de 37 största landbaserade akvifererna, 13 har genomgått kritisk massaförlust. Denna förlust, på grund av både en klimatrelaterad effekt och en antropogen (människaninducerad) effekt, dokumenterar den minskade tillgängligheten av ren, färskvattenförsörjning för mänsklig konsumtion.
• Informationen som samlats in från GRACE tillhandahåller viktiga data för den federala myndigheten United States Drought Monitor och har belyst orsakerna till torka och utarmning av akvifärer på platser över hela världen, från Indien till Kalifornien.

Avsedd att hålla bara fem år i omloppsbana under en begränsad tid, experimentellt uppdrag för att mäta små förändringar i jordens gravitationsfält, GRACE verkade i mer än 15 år och har gett oöverträffad insikt i våra globala vattenresurser, från mer exakta mätningar av polarisförlust till bättre överblick över havsströmmarna, och höjningen av globala havsnivåer. Uppdraget var ett samarbete mellan NASA och German Aerospace Center och leddes av forskare vid Center for Space Research (CSR) vid UT:s Cockrell School of Engineering.

UT:s Texas Advanced Computing Center (TACC) har spelat en avgörande roll i detta internationella projekt under de senaste 15 åren, enligt Byron Tapley, Clare Cockrell Williams Centennial ordförande emeritus vid avdelningen för flygteknik och teknisk mekanik som etablerade Center for Space Research vid UT 1981 och som fungerade som huvudutredare av GRACE-uppdraget.

"I takt med att efterfrågan på de vetenskapliga resultaten från GRACE har ökat, TACC:s förmåga att stödja dessa krav har vuxit. Det har varit en sömlös övergång till en mycket rikare rapporteringsmiljö, " han sa.

Genom att mäta förändringar i massa som orsakar avvikelser i styrkan av gravitationens dragkraft på jordens olika system—vattensystem, isflak, atmosfär, markrörelser, och mer — satelliterna kan mäta små förändringar i jordsystemets interaktioner.

"Genom att övervaka de fysiska komponenterna i jordens dynamiska system som helhet, GRACE ger en tidsvariabel och holistisk översikt över hur våra hav, atmosfären och landytans topografi samverkar, " sa Tapley.

Datasystemet för uppdraget är mycket distribuerat och kräver betydande datalagring och beräkning genom ett internationellt distribuerat nätverk. Även om de slutliga dataprodukterna för CSR-lösningarna genereras hos TACC, det finns betydande ansträngningar i Tyskland av Geophysics Center i Potsdam och NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) i Pasadena, Kalifornien. Den slutliga CSR-analysen på TACC börjar med en nedlänk av data från satelliterna till ett centrum för insamling av rådata i Tyskland. Data överförs sedan till JPL där de primära mätningarna omvandlas till de geofysiska mätningarna bestående av GPS, accelerometer, attityd quaternions, och de högnoggranna intersatellitavståndsmätningarna som samlats in av varje satellit under en månadslång observationsperiod.

"Insamlingen av information från detta internationella samfund sammanförs av den grundläggande beräkningsförmågan och operativa filosofin vid TACC för att genomgå den utmanande dataanalys som krävs för att få en paradigmskiftande syn på jordens interaktioner, " sa Tapley.

Trots att det är ett riskabelt företag med minimal finansiering, GRACE-uppdraget överträffade alla förväntningar och fortsätter att tillhandahålla en kritisk uppsättning mätningar.

"Konceptet att använda de föränderliga gravimetriska mönstren på jorden som ett sätt att förstå stora förändringar i jordsystemets interaktioner hade föreslagits tidigare, ", sa Tapley. "Men vi var de första som fick det att hända på en mätnivå som stödde behoven hos det mångsidiga geovetenskapliga samhället."

En av de anmärkningsvärda fördelarna med att arbeta med TACC, enligt Tapley, är förmågan att ställa frågor vars lösningar inte skulle ha varit genomförbara före TACC och att hitta förmågan att svara på frågorna.

"Som ett exempel, när vi började GRACE-uppdraget, vår förmåga var att titta på gravitationsmodeller som kännetecknades av cirka 5, 000 modellparametrar, vars lösning erhölls med ungefär årliga analysintervall. De satellitbaserade GRACE-modellerna idag är baserade på cirka 33, 000 parametrar som vi har möjlighet att bestämma med ett dagligt intervall. I den slutliga omanalysen av GRACE-data, vi funderar på att utöka denna parametrering till 4, 000, 000 parametrar för medelmodellen. Interaktionen med TACC har alltid varit i sammanhanget:"Om svaret på en meningsfull fråga kräver omfattande beräkningar, låt oss hitta ett sätt att tillfredsställa det kravet, "" sa Tapley.

Nu när GRACE-uppföljningsuppdraget, som CSR kommer att fortsätta spela en roll i, har lanserats framgångsrikt, chansen att fortsätta med GRACE-rekordet för en andra flerdekadell mätning av förändringar i massa över jordsystemet är möjlig. Ingenjörer och forskare räknar med att det längre dataintervallet kommer att göra det möjligt för dem att se en ännu tydligare bild av hur planetens klimatmönster beter sig över tid.