Política Energética

Vídeo: NASA produce la primera animación en 3D de las emisiones globales de carbono

La NASA, la agencia espacial de Estados Unidos, ha publicado una alucinante animación tridimensional que muestra las emisiones de dióxido de carbono en movimiento a través de la atmósfera de la Tierra a lo largo de un año.

Se dice que la visualización en 3D  es "una de las vistas aún más realistas todavía" de los "patrones complejos en los cuales el dióxido de carbono en la atmósfera aumenta, disminuye y se mueve alrededor del globo".

Los datos utilizados para producir esta visualización fueron recogidos por el satélite “Orbiting Carbon Observatory-2” (OCO-2) de la NASA a partir de septiembre de 2014 y septiembre de 2015. Los datos luego se modelaron y se visualizaron por la Oficina Mundial de modelado y la asimilación (Global Modeling and Assimilation Office) en la NASA en el Centro de Vuelo Espacial Goddard (Goddard Space Flight Center) en Greenbelt, Maryland.

Siguiendo el dióxido de carbono a través de la atmósfera:

Carbon Brief envió por correo electrónico algunas preguntas a la NASA sobre la visualización, que dicen que es la primera de su tipo. Las respuestas a continuación son proporcionadas por el Dr. Lesley E. Ott, científico del ciclo del carbono en la Oficina Global de Modelado y Asimilación (Global Modeling and Assimilation Office) de Goddard, y Gregory W Shirah, quien dirige el desarrollo de las visualizaciones científicas relacionadas con la ciencia de la Tierra en Goddard.

CB: ¿Cómo se hizo la visualización?

LO: El campo de dióxido de carbono se produce por la combinación de la información de las observaciones de nuestro sistema de modelado GEOS con OCO-2 usando una técnica llamada asimilación de datos. En esta vista combinada, el modelo ayuda a llenar los vacíos donde con OCO-2 no se pueden observar y también proporciona más información acerca de la estructura 3D de dióxido de carbono en la atmósfera, lo cual es bastante compleja, pero no se puede observar directamente del satélite. Mientras tanto, los datos ayudan a corregir errores en las emisiones del modelo y los patrones de transporte. Este análisis de dióxido de carbono ofrece una de las vistas más completas, basadas en datos de dióxido de carbono en la atmósfera hasta la fecha.

GS: Para hacer la visualización real (es decir, pintar los píxeles), utilizamos Renderman de Pixar para construir las imágenes. Utilizamos Maya de Autodesk para configurar el entorno 3D y usamos IDL para procesar los datos. Mi colega y yo en realidad sólo dimos una charla en Pixar hoy y les mostramos esta película.

CB: Específicamente, ¿qué preguntas esperan ayudar a responder?

LO: El objetivo principal de OCO-2 y la mayoría de modelos del ciclo del carbono es comprender mejor los procesos que controlan las fuentes y sumideros de carbono. Alrededor del 50% de las emisiones humanas son absorbidas por las plantas en la tierra y en los océanos, pero los científicos no tienen una buena comprensión de cómo o incluso si esto está sucediendo. Comenzamos aplicando el modelo con una "primera aproximación" de las fuentes y sumideros, y la asimilación de datos permite cuantificar cómo y donde el modelo se diferencia de las observaciones. Con el tiempo, vamos a ser capaces de utilizar estas técnicas para crear mapas más precisos de la fuente y sumideros de carbono, y de ahí podemos mejorar los modelos climáticos para predecir mejor los cambios en el ciclo natural de este. Este producto del análisis es una especie de punto medio. Todavía tenemos mucho trabajo por hacer para entender el ciclo del carbono más plenamente, pero el desarrollo de estas herramientas de modelado y de asimilación de datos es un avance importante que nos ayudará a llegar a donde necesitamos estar.

CB: ¿Por qué son estas preguntas tan importantes para responder?

LO: La comprensión de los sumideros naturales de carbono terrestre y oceánico es fundamentales para comprender y predecir la trayectoria del clima en las próximas décadas. Si la tierra y el océano no pueden seguir absorbiendo el carbono al ritmo actual, podríamos ver que el dióxido de carbono se acumula en la atmósfera más rápidamente de lo que esperamos, lo que conduce a un cambio climático más rápido.

CB: El CO2 parece concentrarse en gran medida en el hemisferio norte. Más allá de donde son y de donde se liberan la mayoría de las emisiones humanas, ¿puede explicar los procesos que conducen a esto y cuáles podrían ser las implicancias?

LO: Las relaciones de mezcla de dióxido de carbono más altas se observan en el hemisferio norte durante los meses de invierno. La mayoría de las emisiones humanas provienen de esta región, pero también contiene la mayoría de las masas de tierra y las poblaciones de vegetación del mundo, que se descomponen y liberan carbono durante el invierno. Cuando las plantas comienzan a crecer de nuevo en la primavera, se ven cantidades masivas de carbono extraído de la atmósfera, pero no lo suficiente como para equilibrar el aumento de las emisiones humanas. Si ejecutamos la visualización durante un período de tiempo más largo, veríamos que el dióxido de carbono liberado en la mezcla del norte con el aire del hemisferio sur, pero que la mezcla interhemisférica puede tomar alrededor de un año. Así que a pesar de que la mezcla se está llevando a cabo aquí, lo que realmente salta es el ciclo estacional de dióxido de carbono.

LO: Antes del OCO-2, teníamos un satélite llamado AIRS [Atmospheric Infrared Sounder] que proporcionaba información sobre el CO2. Hay un ejemplo de cómo se ven esos datos en https://svs.gsfc.nasa.gov/4184.



AIRS fue diseñado para estudiar la temperatura y la humedad, principalmente, pero dio información sobre dióxido de carbono en la troposfera media y alta. Debido a que tiene muy poca información cerca de la superficie para informarnos sobre fuentes y sumideros, no ha sido tan ampliamente utilizado como los conjuntos de datos de GOSAT y OCO-2.

También es interesante mirar los datos del OCO-2 por separado: eche un vistazo a: https://svs.gsfc.nasa.gov/12106

y https://svs.gsfc.nasa.gov/4402



La primera animación muestra las observaciones con un promedio mínimo al principio y luego cambia a una vista de los datos promediados en áreas más grandes para rellenar el mapa. Esto es bueno para dar una idea de lo que OCO-2 puede y no puede hacer. Es un avance enorme sobre AIRS, tanto en términos de sensibilidad cercana a la superficie y precisión. A 0,25% (o 1 partes por millón, ppm), OCO-2 nos da una de las mediciones de composición atmosférica más precisas jamás hechas desde el espacio. Pero el desventaja es que no podemos hacer observaciones con OCO-2 en regiones nubladas o áreas con altas cargas de aerosoles. Y debido a que la técnica de medición utiliza la luz solar reflejada, no hay mediciones durante la noche o la noche polar. OCO-2 también tiene una franja bastante estrecha como se ve a principios del primer video lo que significa que sólo podemos observar un subconjunto del mundo todos los días, incluso en condiciones ideales. Cuando tratamos de hacer un promedio de las mediciones para cubrir algunas de estas brechas, podemos ver que tenemos una idea de dónde se está absorbiendo y liberando CO2, pero todavía tenemos grandes lagunas en la cobertura de las regiones de latitudes altas y el sentido de cómo CO2 se mueve a través de la atmósfera realmente no está allí.

Como se destaca en las nuevas animaciones, el método alternativo de crear mapas de CO2 a partir de las observaciones a través de la asimilación en un modelo meteorológico (en comparación con el promedio OCO-2 mostrado anteriormente), preserva mucho más detalle sobre el transporte atmosférico. El modelo aporta información en áreas sin observaciones, pero también aporta toda la información vertical ya que la medición OCO-2 es sólo vertical. Esta animación es también nueva y producida a partir del mismo conjunto de datos.



Esto realmente muestra cómo funciona la técnica de asimilación de datos. En cuanto al video va bastante lento, hay algunos buenos ejemplos de cómo el modelo nos está ayudando a interpretar lo que las observaciones están captando. En las observaciones, podemos ver las transiciones entre el CO2 alto y el bajo, pero el subyacente producto combinado nos ayuda a entender que se deben al movimiento de los frentes meteorológicos o las plumas de las emisiones de fuego fuera de África. Elegimos destacar la visualización 3D que es más llamativa, pero ésta también es bastante informativa.

GS: Hemos creado algunas visualizaciones 3D (volumétricas) en el pasado - pienso en el CO2 de AIRS - pero eran muy limitadas. Por ejemplo, áreas relativamente pequeñas y regionales, como el sur de California, o instantáneas individuales en el tiempo a partir de una franja de datos de satélite. Que yo sepa, esta es la primera vez que se muestra un modelo global de CO2 que varía en el tiempo de esta manera. Ni siquiera estoy seguro si algún modelo global ha sido mostrado de esta manera.

Fuente: https://www.carbonbrief.org/nasa-produces-first-3d-animation-global-carbon-emissions

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