Um novo projeto de supercomputador da NASA se baseia nas medições de dióxido de carbono feitas por satélite da agência e as combina com um modelo sofisticado de sistema terrestre para fornecer uma das visões mais realistas de como esse gás de efeito estufa crítico se move pela atmosfera.

Cientistas rastrearam a concentração crescente de dióxido de carbono que retém calor por décadas usando sensores baseados no solo em alguns lugares. Uma visualização de alta resolução do novo produto de dados combinados oferece uma perspectiva totalmente diferente. A visualização foi gerada pelo Global Modeling and Assimilation Office no Goddard Space Flight Center da NASA, Cinto Verde, Maryland, usando dados do satélite Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) da agência, construído e operado pelo Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, Pasadena, Califórnia.

A visualização 3-D revela em detalhes surpreendentes os padrões complexos em que o dióxido de carbono na atmosfera aumenta, diminui e se move ao redor do mundo durante o período de setembro de 2014 a setembro de 2015.

O dióxido de carbono atmosférico atua como termostato da Terra. Concentrações crescentes do gás de efeito estufa, devido principalmente à queima de combustíveis fósseis para energia, impulsionaram a tendência atual de aquecimento de longo prazo da Terra. A visualização destaca os avanços que os cientistas estão fazendo na compreensão dos processos que controlam quanto dióxido de carbono emitido permanece na atmosfera e por quanto tempo permanece lá - questões que, em última instância, determinarão o clima futuro da Terra.

Os cientistas sabem que quase metade de todas as emissões causadas pelo homem são absorvidas pela terra e pelo oceano. O entendimento atual é que cerca de 50 por cento das emissões permanecem na atmosfera, cerca de 25 por cento são absorvidos pela vegetação da terra, e cerca de 25% são absorvidos pelo oceano. Contudo, esses números aparentemente simples deixam os cientistas com questões críticas e complexas:quais ecossistemas, especialmente em terra, estão absorvendo quais quantidades de dióxido de carbono? Talvez o mais significativo, à medida que as emissões continuam aumentando, a terra e o oceano continuarão com essa taxa de absorção, ou chegar a um ponto de saturação?

O novo conjunto de dados é uma etapa para responder a essas perguntas, explicou Lesley Ott, um cientista do ciclo do carbono na NASA Goddard e um membro da equipe científica OCO-2. Os cientistas precisam entender os processos que impulsionam o "fluxo de carbono" - a troca de dióxido de carbono entre a atmosfera, terra e oceano, Ott disse.

"Não podemos medir o fluxo diretamente em alta resolução em todo o globo, "disse ela." Estamos tentando construir as ferramentas necessárias para fornecer uma imagem precisa do que está acontecendo na atmosfera e traduzir isso para uma imagem precisa do que está acontecendo com o fluxo. Ainda há um longo caminho a percorrer, mas este é um passo realmente importante e necessário nessa cadeia de descobertas sobre o dióxido de carbono. "

OCO-2, lançado em 2014, é o primeiro satélite da NASA projetado especificamente para medir o dióxido de carbono atmosférico em escalas regionais.

"Desde setembro de 2014, OCO-2 tem retornado quase 100, 000 estimativas de dióxido de carbono em todo o mundo a cada dia. Ferramentas de modelagem como as que estão sendo desenvolvidas por nossos colegas no Escritório de Modelagem e Assimilação Global são críticas para analisar e interpretar este conjunto de dados de alta resolução, "disse David Crisp, Líder da equipe científica OCO-2 no JPL.

O Global Modeling and Assimilation Office (GMAO) incluiu anteriormente o dióxido de carbono em seu modelo de sistema GEOS Earth, que é usado para todos os tipos de estudos atmosféricos. Este novo produto se baseia nesse trabalho usando a técnica de assimilação de dados para combinar as observações OCO-2 com o modelo. "A assimilação de dados é o processo de combinar simulações de modelo com medições do mundo real, com a precisão, resolução e cobertura necessárias para refletir nosso melhor entendimento da troca de dióxido de carbono entre a superfície e a atmosfera, "explicou Brad Weir, pesquisador residente no GMAO.

A visualização mostra informações sobre o dióxido de carbono global que não foram vistas antes com tantos detalhes:A ascensão e queda do dióxido de carbono no Hemisfério Norte ao longo de um ano; a influência dos continentes, cadeias de montanhas e correntes oceânicas nos padrões climáticos e, portanto, no movimento do dióxido de carbono; e a influência regional da fotossíntese altamente ativa em lugares como o Cinturão do Milho dos EUA.

Embora as flutuações de dióxido de carbono finamente detalhadas sejam atraentes, eles também lembram o chefe do GMAO, Steven Pawson, do progresso que os cientistas estão fazendo com os modelos de computador do sistema terrestre. Um passo futuro será integrar um módulo de biologia mais complexo ao modelo para melhor direcionar as questões de absorção e liberação de dióxido de carbono pelas florestas e outros ecossistemas terrestres.

Os resultados destacados aqui demonstram o valor das capacidades exclusivas da NASA na observação e modelagem da Terra. Eles também enfatizam a colaboração entre os centros da NASA e o valor de uma supercomputação poderosa. A assimilação foi criada usando um modelo chamado Goddard Earth Observing System Model-Version 5 (GEOS-5), que foi executado pelo cluster de supercomputador Discover no Centro de Simulação Climática da NASA de Goddard.

"Levamos muitos anos para reunir tudo, "Pawson disse." O nível de detalhe incluído neste conjunto de dados nos dá muito otimismo de que nossos modelos e observações estão começando a dar uma visão coerente do ciclo do carbono. "