Lo que sucede con el dióxido de carbono atmosférico cuando los sistemas de baja presión se mueven sigue siendo en gran parte un misterio. pero la investigación dirigida por Penn State ofrece nuevos conocimientos que pueden ayudar a mejorar los modelos globales de carbono. Crédito:Sean Waugh, NOAA / NSSL
Árboles, Los cultivos y otra vegetación en el medio oeste de los Estados Unidos actúan como grandes sumideros de carbono durante el verano, absorbiendo dióxido de carbono (CO 2 ) y limitar la cantidad de gas de efecto invernadero que ingresa a la atmósfera. Lo que le sucede al dióxido de carbono cuando se mueve un frente frío sigue siendo en gran parte un misterio. pero la investigación dirigida por Penn State ofrece nuevos conocimientos que pueden ayudar a mejorar los modelos globales de carbono.
"El enfoque de esta investigación es comprender y cuantificar cómo los sistemas de baja presión transportan dióxido de carbono en la atmósfera, "dijo Ken Davis, profesor de ciencias atmosféricas y climáticas en Penn State. "Esto es parte de un esfuerzo mayor, el proyecto Atmospheric Carbon and Transport-America (ACT-America), aprender a interpretar las mediciones de dióxido de carbono en la atmósfera para inferir adecuadamente las fuentes y los sumideros de dióxido de carbono en la superficie de la tierra. Para hacer esto, necesitamos saber cómo se mezcla el dióxido de carbono con la atmósfera, y no se ha centrado mucho en cómo los sistemas de baja presión se agitan alrededor de este gas de efecto invernadero ".
La mayoría de los modelos que se ocupan del carbono atmosférico tienden a centrarse en las tendencias globales más que en las regionales, él agregó, y puede que no represente adecuadamente los cambios en el dióxido de carbono atmosférico que ocurren durante estos sistemas.
Para comprender mejor el fenómeno, los investigadores estudiaron los niveles de dióxido de carbono en Lincoln, Nebraska, antes de, durante y después de un frente frío que atravesó el área en agosto de 2016. Los frentes fríos ocurren cuando una masa de aire frío empuja hacia una masa de aire más cálida, y pueden hacer que se formen tormentas eléctricas y que las temperaturas bajen drásticamente. El equipo de investigación tomó medidas desde dos aviones. La aeronave cruzó el límite frontal del sistema, donde se encuentran las masas de aire frío y caliente, varias veces. También volaron a múltiples altitudes, entre aproximadamente 1, 000 y 26, 000 pies, y registró los cambios en los niveles de dióxido de carbono en los sectores cálidos y fríos del sistema.
Los científicos ingresaron los datos en un modelo de computadora que observó los niveles de dióxido de carbono en tres resoluciones diferentes. Las resoluciones iban de nueve a 1, 600 veces mayor resolución de área que la que se utiliza en los modelos globales, dando a los investigadores una visión más precisa de lo que sucede con el dióxido de carbono a medida que pasa el sistema. También se centraron en tres categorías de fuentes y sumideros de dióxido de carbono:flujos biogénicos, o dióxido de carbono absorbido y respirado por plantas, bacterias y animales, incluidos los humanos; fuentes de combustibles fósiles como automóviles y fábricas; y flujos de frontera, o en este caso fuentes y sumideros de dióxido de carbono más allá del continente norteamericano. Informaron sus hallazgos en la edición de mayo de Atmósferas JGR .
Los investigadores estudiaron los niveles de CO2 en Lincoln, Nebraska, en los días anteriores, durante y después de un frente frío que pasó por la zona en agosto de 2016 para ver cómo los sistemas frontales afectan los niveles de CO2 atmosférico. Cantidades de CO2, medido en partes por millón, se representan a diferentes altitudes durante un período de cinco días, con colores azul y verde que significan niveles más bajos y colores naranja y rojo que significan niveles más altos de gases de efecto invernadero. Crédito:Arkayan Samaddar, Penn State
"Encontramos una enorme banda de dióxido de carbono atrapada alrededor del sistema frontal, "dijo Arkayan Samaddar, un candidato a doctorado en el Departamento de Meteorología y Ciencias Atmosféricas de Penn State. El estudio es parte de la tesis doctoral de Samaddar. "Al analizarlo con una resolución tan alta, vemos que no es solo una banda uniforme de dióxido de carbono. Vemos mucha más estructura y obtenemos más información de la que obtendríamos si la analizáramos globalmente. Observar el dióxido de carbono a escala regional nos ayuda a determinar mejor las fuentes y los sumideros ".
Los investigadores encontraron que durante este frente de verano, las fuentes biológicas y los sumideros representaron los mayores cambios en el dióxido de carbono atmosférico, lo cual no es sorprendente ya que las plantas, los animales y los seres humanos absorben y respiran continuamente dióxido de carbono y picos de actividad biológica en el verano, según Davis.
"Con las plantas no se puede diferenciar fácilmente entre la fotosíntesis, cuando toman dióxido de carbono, y respiración, cuando lo suelten. El dióxido de carbono atmosférico responde al intercambio neto, "Dijo Davis.
La diferencia entre las categorías de combustibles biogénicos y fósiles, Davis agregado, es que la primera categoría actúa como una fuente y un sumidero importante que ayuda a mitigar las emisiones de combustibles fósiles, mientras que la categoría de combustibles fósiles es una fuente continua de dióxido de carbono.
Los científicos notaron que las fuentes y los sumideros creaban un patrón constante de dióxido de carbono en la atmósfera. Por la noche, Los niveles de dióxido de carbono cerca de la superficie terrestre aumentaron a más de 410 partes por millón antes de caer a 380 partes por millón durante el día debido a la fotosíntesis de las plantas. Niveles de gas en la capa límite atmosférica, que es la parte más baja de la atmósfera y puede extenderse a una altitud de aproximadamente 16, 400 pies, se mantuvo relativamente consistente, que van desde 380 partes por millón en la parte inferior de la capa límite hasta aproximadamente 395 partes por millón en las capas superiores. Niveles de dióxido de carbono por encima de la capa límite atmosférica, hasta una altitud de aproximadamente 28, 000 pies, osciló entre 400 y 405 partes por millón.
Los investigadores encontraron que cuando el sistema frontal se movía, los vientos horizontales interrumpieron este patrón y agitaron la atmósfera, moviendo dióxido de carbono a la atmósfera superior.
"Cuando pasa el sector cálido del frente, vemos este campo casi constante de dióxido de carbono superior que se extiende desde la superficie de la tierra hasta 28, 000 pies, ", Dijo Samaddar." Nunca habíamos visto esto antes ".
Los científicos creen que el alto contenido de dióxido de carbono en el sector cálido proviene de los ecosistemas de la región de la costa del Golfo. Es posible que los ecosistemas hayan estado respirando más de lo que fotosintetizaron cuando se recopilaron los datos, mientras que los cultivos y los bosques del medio oeste de EE. UU. y Canadá parecen haber sido sumideros netos de dióxido de carbono, dijo Davis.
El sector cálido es seguido inmediatamente por el sector frío, que es una masa de aire frío con niveles más bajos de dióxido de carbono que proviene de Canadá. El sector frío reduce los niveles de dióxido de carbono en la capa límite atmosférica hasta la superficie de la tierra, y luego vuelve a aparecer el patrón regular de dióxido de carbono, dijo Samaddar.
"Esta información es útil no solo para los científicos que intentan averiguar las fuentes y los sumideros de dióxido de carbono, sino también para que los modeladores vean si el movimiento del dióxido de carbono en sus modelos globales de carbono es correcto, " él dijo.
Los investigadores ahora están tratando de medir cuánto dióxido de carbono es empujado a la atmósfera superior por estos sistemas frontales.
