Estudiar los itinerarios de los barcos para informar a los tomadores de decisiones sobre la intervención climática

Newswise — ALBUQUERQUE, Nuevo México — Los científicos de los Laboratorios Nacionales Sandia están estudiando las estelas de los barcos (nubes que reflejan la luz del sol y se forman al mover barcos, similares a los chorros de los aviones) para ayudar a informar a los tomadores de decisiones sobre los beneficios y riesgos de un tecnología que se está considerando para el cambio climático lento.

Para comprender cómo se mueven y se dispersan estas huellas de barcos, los científicos crearon un dossier Modelo matemático de trayectorias de barcos. y cuánto dura, que compartieron en un artículo publicado recientemente en la revista científica Environmental Data Science.

“Los gases de escape de los barcos son un ejemplo de los aerosoles que se inyectan en la atmósfera inferior, lo que afecta el medio ambiente local, y es algo que ocurre todos los días”, dijo Lindsey Shand, estadista de Sandia y líder del proyecto. «Hemos estado desarrollando herramientas analíticas para comprender los efectos de los gases de escape en las nubes a partir de los datos de observación recopilados por los satélites. Por ejemplo, podemos identificar una ruta de barco recién formada y seguir su evolución para comprender mejor cómo afecta el entorno marino local a lo largo del tiempo. Hemos descubierto que las huellas de los barcos duran más de 24 horas, más de lo documentado previamente».

Las huellas de los barcos son un ejemplo involuntario de aguacero marino, un conjunto de tecnologías que se está considerando para frenar el cambio climático y sus efectos. El brillo de las nubes marinas funciona mediante la creación de nubes oceánicas que reflejan parte de la luz solar hacia el espacio antes de que la atmósfera o la superficie de la Tierra absorban su calor.

Otro grupo similar de tecnologías de intervención climática se denomina aerosoles estratosféricos o inyección de gas. Esto implica agregar pequeñas partículas, llamadas aerosoles o gases en la parte superior de la atmósfera, para simular los efectos de una gran erupción volcánica, para reflejar parte de la luz solar y reducir el cambio climático.

Estos dos conjuntos de tecnologías tienen el potencial de contrarrestar el efecto de los gases de efecto invernadero, que funcionan atrapando el calor, pero pueden tener efectos secundarios negativos.

científicos del clima, a lo largo de la nación Y en todo el mundo, quieren comprender cómo los aguaceros marinos y otras tecnologías de intervención climática afectan el clima local y global para informar mejor a los tomadores de decisiones, dijo Erika Rossler, científica atmosférica de Sandia que está muy involucrada en el proyecto.

Los investigadores de Sandia esperan comprender los efectos potenciales de los aguaceros marinos en la precipitación global, las diferencias regionales de temperatura y más antes de realizar cualquier experimento a gran escala en el planeta que todos llamamos hogar, dijeron Shand y Roesler.

El enfoque del proyecto Shand estaba en Desarrollar herramientas analíticas para comprender la composición. y comportamiento del barco. El objetivo era poder determinar cuándo se forman las huellas de los barcos y cuánto duran utilizando imágenes satelitales disponibles públicamente e información sobre la ubicación del envío.

Roessler dijo que las huellas del barco, que se formaron por la condensación del vapor de agua en el aire alrededor de las emisiones del barco, reflejan la luz del sol. Se han detectado huellas de barcos en todo el mundo, con más frecuencia de lo que se pensaba anteriormente, lo que proporciona experimentos económicos y no deseados para el equipo de investigación.

«Comprender cómo los aerosoles de los barcos, las centrales eléctricas y otras actividades humanas afectan el clima es una de las mayores fuentes de incertidumbre en los modelos climáticos», dijo Shand. «Si podemos comprender mejor estos impactos, podemos reducir la incertidumbre en los modelos climáticos y conducir a una mejor toma de decisiones para los formuladores de políticas».

Con este proyecto, el equipo ahora puede mapear la trayectoria de un barco recién formado y seguirlo mientras se mueve con la capa de nubes mientras el barco que lo produjo continúa moviéndose en otra dirección y forma nuevos segmentos de trayectoria, dijo Shand. Esto es importante para comprender mejor los efectos a largo plazo del escape de los barcos en las nubes circundantes. Agregó que este conocimiento podría ayudar a la comunidad científica a refinar y mejorar los modelos climáticos.

Para este estudio, los investigadores utilizaron datos de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica y la NASA. Satélites ambientales operativos geoestacionarios. Cada satélite toma una instantánea de un área fija de la Tierra cada cinco a 15 minutos. Cada píxel en un solo disparo, dijo Shand, representa un área de 500 metros cuadrados a 2 kilómetros cuadrados, o alrededor de una quinta parte de una milla cuadrada a tres cuartos de milla cuadrada.

El equipo se centró en imágenes satelitales de tres períodos de tres días en 2019 del Océano Pacífico Norte desde Baja California hasta Alaska. También observaron huellas de barcos en el Océano Pacífico Sur frente a la costa de Chile y en el Mar de China Oriental desde Shanghái hasta Japón.

«En el documento, presentamos dos nuevos algoritmos para rastrear las formaciones de trayectoria de los barcos», dijo Shand. Un algoritmo usa imágenes observadas y otro algoritmo usa fenómenos físicos, como la velocidad y la dirección del viento conocidas. Ambos algoritmos nos permiten determinar la duración de las rutas de los barcos, pero el rendimiento basado en imágenes funciona mucho mejor para las rutas que duran más de ocho horas. Esto nos permite estudiar cómo se disipa el escape de los barcos en el banco de nubes y cuánto tarda en desaparecer de la vista. «

Con el nuevo algoritmo basado en imágenes, dijo Shand, el equipo de investigación pudo seguir el comportamiento de la trayectoria de los barcos durante más de 12 horas y, a veces, hasta 29 horas. Eso es mucho más tiempo que la mayoría de las simulaciones atmosféricas, que estudian las trayectorias de los barcos durante seis a ocho horas. También es más largo que los artilugios más recientes, que se construyen sobre donde se forman las huellas de los barcos y que pueden permanecer visibles entre cuatro y seis horas, en las condiciones adecuadas.

Para lograr una mejora tan significativa en el rendimiento, el equipo necesitaba superar dos desafíos importantes. Primero, adaptaron un algoritmo de seguimiento de movimiento para rastrear las huellas de los barcos en formación baja, a menos de 3,000 pies sobre la superficie del océano. Las nubes bajas son mucho más difíciles de rastrear que las nubes más grandes y rápidas por encima de los 30,000 pies.

En segundo lugar, el nuevo algoritmo también puede rastrear pistas a través de cambios de luz complicados al atardecer y al amanecer. «Una de las cosas realmente geniales de este proyecto es que podemos seguir el camino a través de un ciclo diario completo», dijo Shand.

Además de rastrear las rutas de los barcos, los algoritmos deberían ser útiles para estudiar cualquier experimento futuro de iluminación intencional de nubes marinas. El equipo está trabajando para que sus algoritmos estén disponibles para otros investigadores.

Shand dijo que este proyecto ha dado lugar a colaboraciones y conversaciones con investigadores federales y académicos. Las herramientas desarrolladas durante este proyecto se amplían como parte de Múltiples proyectos que empezó el año pasado.

«Existen riesgos al hacer este tipo de intervención climática», dijo Roessler. “El papel de la comunidad científica del clima es comprender estas tecnologías emergentes, sus riesgos y beneficios, e informar mejor a los tomadores de decisiones en el futuro, si la intervención climática es necesaria para salvar el planeta”.

Este proyecto de investigación fue financiado por Sandia’s Investigación y desarrollo orientados al laboratorio programa.

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Sandia National Laboratories es un laboratorio multifuncional operado por National Technology and Engineering Solutions de Sandia LLC, una subsidiaria de propiedad absoluta de Honeywell International Inc. de la Administración Nacional de Seguridad Nuclear del Departamento de Energía de EE.UU. Sandia Labs tiene responsabilidades clave de investigación y desarrollo en las áreas de disuasión nuclear, seguridad y defensa global, tecnologías energéticas y competitividad económica, con importantes instalaciones en Albuquerque, Nuevo México y Livermore, California.