El 17 de marzo 2002, Alemania-EE. UU. El dúo de satélites GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) fue lanzado para mapear el campo gravitacional global con una precisión sin precedentes. La misión duró 15 años, más de tres veces el tiempo esperado. Cuando los dos satélites se quemaron en la atmósfera de la Tierra a fines de 2017 y principios de 2018, habían registrado el campo gravitacional de la Tierra y sus cambios durante más de 160 meses.

Esta llamada gravimetría satelital de resolución temporal hace posible, entre otras cosas, para monitorear el ciclo del agua terrestre, el balance de masa de las capas de hielo y los glaciares, y el cambio del nivel del mar, y así comprender mejor los mecanismos del sistema climático global, evaluar con precisión las tendencias climáticas importantes, y predecir posibles consecuencias.

Una reseña en la revista Naturaleza Cambio Climático ahora presenta aspectos destacados en el campo de la investigación climática basados ​​en observaciones GRACE.

Capas de hielo y glaciares

GRACE produjo la primera medición directa de la pérdida de masa de hielo de las capas de hielo y los glaciares. Previamente, sólo había sido posible estimar las masas y sus cambios utilizando métodos indirectos. Dentro de los dos primeros años de la misión, ya era posible observar señales claras de pérdida de masa de hielo en Groenlandia y la Antártida. Los datos medidos mostraron que el 60 por ciento de la pérdida total de masa se debe a una mayor producción de masa fundida en respuesta a las tendencias de calentamiento del Ártico. mientras que el 40 por ciento se debe a un aumento del flujo de hielo al océano. Según los datos de GRACE, entre abril de 2002 y junio de 2017, Groenlandia perdió alrededor de 260 mil millones de toneladas de hielo al año, Antártida alrededor de 140 mil millones de toneladas. Además de las tendencias a largo plazo, Los datos del campo de gravedad también proporcionan evidencia de los efectos directos de los fenómenos climáticos globales como El Niño en las capas de hielo y los glaciares en todo el mundo.

Almacenamiento de agua terrestre

Entre las contribuciones más impactantes de la misión GRACE se encuentra la revelación del cambiante paisaje de agua dulce de la Tierra, que tiene profundas implicaciones para el agua, seguridad alimentaria y humana. Las estimaciones mundiales de las tendencias de GRACE sugieren un aumento del almacenamiento de agua en latitudes altas y bajas, con almacenamiento reducido en latitudes medias. Aunque el registro de GRACE es relativamente corto, Esta observación de cambios a gran escala en el ciclo hidrológico global ha sido una importante confirmación temprana de los cambios predichos por los modelos climáticos durante el siglo XXI.

El análisis de los datos de GRACE también ayudó a los investigadores a evaluar el nivel del mar con mayor precisión, ya que el almacenamiento de agua dulce en tierra está vinculado al nivel del mar por varios mecanismos. Los análisis de los datos de GRACE han permitido las primeras estimaciones de los cambios en el almacenamiento de agua subterránea desde el espacio. Confirman las tasas excesivas de agotamiento de las aguas subterráneas de los acuíferos individuales de todo el mundo. Los datos sobre el almacenamiento de agua terrestre también han contribuido a la validación y calibración de varios modelos climáticos.

Cambio del nivel del mar y dinámica oceánica

Dentro de este siglo, el aumento del nivel del mar podría acelerarse a 10 milímetros por año, una tasa sin precedentes durante los últimos 5000 años, y una consecuencia profunda y directa de un clima más cálido. Las mediciones del nivel del mar de alta precisión están disponibles desde principios de la década de 1990, pero solo muestran el cambio absoluto del nivel del mar. En los 25 años transcurridos entre 1993 y 2017, el nivel del mar se elevó en un promedio de 3,1 milímetros por año.

Para descubrir cómo la expansión térmica, el derretimiento del hielo y la afluencia continental de agua afectan el nivel del mar, es necesario estudiar la distribución de masa del agua. GRACE ha demostrado que 2,5 milímetros del aumento medio anual del nivel del mar de 3,8 milímetros entre 2005 y 2017 es causado por la entrada de agua u otra masa y 1,1 milímetros por la expansión térmica del agua. Resolver esta composición es importante para las proyecciones del nivel del mar.

Los datos de GRACE proporcionan una limitación sobre el cambio de la masa oceánica, y así indirectamente en el desequilibrio energético de la Tierra, que es una métrica global fundamental del cambio climático. GRACE ha demostrado que la mayor parte del calentamiento liberado por el aumento de temperatura se produce en los 2000 metros superiores de los océanos, cuáles son los sumideros de energía más importantes del cambio climático. GRACE también contribuye a una mejor comprensión de la dinámica y el impacto de las corrientes oceánicas, en particular para el Océano Ártico.

Aplicaciones de servicios climáticos

Los datos del campo de gravedad de los satélites GRACE han mejorado el Monitor de sequía de Estados Unidos. Esto ayuda a las autoridades estadounidenses a reaccionar ante las sequías de manera oportuna y sensata. Con el Servicio Europeo de Gravedad para la Mejora de la Gestión de Emergencias (EGSIEM), la Unión Europea ha promovido un servicio diseñado para identificar los riesgos de inundaciones regionales lo antes posible. Entre abril y junio de 2017, se realizaron pruebas con datos históricos de inundaciones, mostrando que los indicadores de humedad para grandes cuencas fluviales determinados por GRACE pueden mejorar los pronósticos del Mississippi o del Danubio, por ejemplo. Los resultados actuales también muestran que los datos de GRACE pueden usarse para predecir el riesgo de incendios forestales estacionales con mayor precisión.

El GFZ operó la misión GRACE junto con el Centro Aeroespacial Alemán (DLR), y en el lado estadounidense con el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA (JPL). En mayo de 2018, las partes interesadas lanzaron la misión de seguimiento, Continuación de GRACE (GRACE-FO). Los primeros mapas de campo de gravedad mensuales deberían estar disponibles para los usuarios internacionales a fines de julio de este año. Dificultades inesperadas retrasaron la presentación de los productos. "La razón fue la falla de una unidad de control en el segundo satélite GRACE-FO, "explica Frank Flechtner de GFZ." Esto hizo necesario cambiar a la unidad de reemplazo instalada para tales escenarios. Pero ahora, con GRACE-FO, un registro de más de dos décadas de los cambios de masa en el sistema Tierra está al alcance ".

Antecedentes:el peso del agua

Cuanto mayor es la masa de un objeto, cuanto mayor sea su atracción gravitacional. Por ejemplo, los Alpes ejercen una mayor atracción gravitacional que las tierras bajas del norte de Alemania. Cuando los satélites orbitan alrededor de la Tierra y vuelan sobre una región masiva, aceleran mínimamente al acercarse a él y disminuyen la velocidad cuando se alejan volando.

Una pequeña parte de la gravitación que emana de la Tierra se basa en el agua sobre o cerca de la superficie de los océanos. ríos lagos glaciares y subterráneos. Esta agua reacciona a las estaciones, tormentas sequías u otros efectos climáticos. GRACE aprovechó el desplazamiento masivo del agua al registrar su efecto en el dúo de satélites que orbitaba la Tierra 220 kilómetros seguidos. Se utilizaron microondas para medir su distancia. Esta distancia cambió con el tiempo debido al cambio de masa en la Tierra. De los datos, Luego, los investigadores calcularon mapas mensuales de los cambios regionales en la atracción gravitacional de la Tierra y los cambios causales en las masas en la superficie.