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Red de Observación de la Columna Total de Carbono

La Red de Observación de la Columna Total de Carbono ( TCCON ) es una red global de instrumentos de transformada de Fourier que miden la cantidad de dióxido de carbono (CO₂ ) , ...

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La Red de Observación de la Columna Total de Carbono ( TCCON ) es una red global de instrumentos de transformada de Fourier que miden la cantidad de dióxido de carbono (CO₂ ) , metano (CH₄ ) , monóxido de carbono (CO), óxido nitroso ( N₂O ) y otros gases traza en la atmósfera terrestre . La TCCON ( / ˈ t iː k ɒ n / TEE -kon ) comenzó en 2004 con la instalación del primer instrumento en Park Falls, Wisconsin , EE. UU., y desde entonces ha crecido hasta alcanzar 30 sitios a julio de 2023. [ 1 ] [ 2 ]

El TCCON está diseñado para investigar diversos aspectos, incluido el flujo de carbono entre la atmósfera, la tierra y el océano (el denominado balance de carbono o ciclo del carbono ). Esto se logra midiendo la masa atmosférica de carbono (la fracción atmosférica ). Las mediciones del TCCON han mejorado la comprensión del ciclo del carbono por parte de la comunidad científica [ 3 ] [ 4 ] y de las emisiones urbanas de gases de efecto invernadero [ 5 ] .

El TCCON apoya a varios instrumentos satelitales al proporcionar una medición independiente para comparar (o validar) las mediciones satelitales de la atmósfera sobre las ubicaciones del sitio TCCON. [ 6 ] [ 7 ] El TCCON proporciona el conjunto de datos de validación de medición principal para la misión Orbiting Carbon Observatory (OCO-2) , [ 8 ] y se ha utilizado para validar otras mediciones espaciales de dióxido de carbono .

Ilustración simplificada de las mediciones de gases en columna realizadas por TCCON y satélite. Se miden el O₂ y el gas de interés, y se calcula la proporción para obtener una cantidad promedio en columna.

Historia

El TCCON se estableció en parte debido a errores de modelado en la eficiencia de mezcla entre la capa límite planetaria ( CLP) y la troposfera libre . [ 3 ] Dado que las mediciones del TCCON abarcan toda la columna atmosférica sobre un sitio (la CLP y la troposfera libre se miden simultáneamente), representan una mejora con respecto a las mediciones tradicionales in situ cerca de la superficie. El TCCON ha mejorado las mediciones del gradiente de masa de CO₂ entre los hemisferios norte y sur.

La primera reunión anual de TCCON tuvo lugar en San Francisco, California, en 2005. Cada año se celebra una reunión en una sede que rota entre Norteamérica, el Pacífico Occidental y Europa, organizada por una institución participante. En 2015, la reunión se celebró en la Universidad de Toronto . [ 9 ]

Técnica de medición

El instrumento principal en cada sitio TCCON es un espectrómetro de transformada de Fourier Bruker IFS 125HR (HR para alta resolución, ~0,02  cm⁻¹ ) o, en ocasiones, 120HR . La luz solar se dirige al espectrómetro mediante espejos de seguimiento solar y otros sistemas ópticos. Los espectrómetros miden la absorción de la luz solar directa por los gases traza atmosféricos, principalmente en la región del infrarrojo cercano . Esta técnica de teledetección produce una medición precisa y exacta de la abundancia total de la columna del gas traza . [ 10 ] El TCCON realiza mediciones en la región del infrarrojo cercano porque esta región contiene bandas de absorción para O₂ , CO₂ , CH₄ , CO y N₂O , que son los gases de interés, independientes de la temperatura y no sobresaturados. [ 10 ]

Normas técnicas

Se admiten nuevos sitios en la red cuando los investigadores demuestran que cuentan con el hardware y la capacidad de procesamiento de datos necesarios. Para ser admitidos en la red, los instrumentos del sitio deben ser extremadamente precisos para satisfacer las exigencias de la ciencia del ciclo del carbono . Para ello, la red se basa en espectrómetros Bruker IFS 125HR ubicados en todo el mundo. Estos capturan espectros de absorción solar en el infrarrojo cercano y permiten a los científicos observar datos de CO₂ y CH₄ en toda la columna atmosférica. La alta precisión de los instrumentos ayudó a los científicos a determinar que el intercambio estacional era un 25 % mayor de lo que predecían otros modelos. Esto se debe a que el enfoque vertical de TCCON hace que los datos sean resistentes a la turbulencia local y otros errores que distorsionan los datos de los sensores a nivel de superficie. [ 10 ]

La principal limitación de esta técnica es que no se pueden registrar mediciones cuando no hay sol (es decir, no hay mediciones disponibles durante la noche ni cuando hay mucha nubosidad). [ 10 ] Además, los costos operativos de todos los instrumentos son elevados debido a su complejidad, lo que conlleva una distribución dispersa de los sitios, con muchos sitios en algunas áreas y muy pocos en otras. Esto genera lagunas en los datos donde no hay sitios.

La uniformidad se mantiene en toda la red mediante el uso del mismo modelo FTS y el mismo software de recuperación. GGG es el software de TCCON. [ 1 ] Incluye la FFT I2S (interferograma a espectro) y las subrutinas de ajuste espectral GFIT. GFIT es también el algoritmo de ajuste que se utilizó para ATMOS, que voló en el transbordador espacial , [ 11 ] y se utiliza para el ajuste espectral de espectros obtenidos por un espectrómetro transportado por globo . [ 12 ]

Productos de datos

En 2024, el TCCON incorporó un nuevo software llamado GGG2020. Este software mejoró los datos terrestres y facilitó el trabajo de misiones satelitales modernas como OCO-3 y GOSAT-2 . La actualización optimizó la conversión de interferograma a espectro, mejoró los perfiles a priori y actualizó la espectroscopia. [ 1 ] El GGG2020 ahora detecta la no linealidad y puede descartar rápidamente los datos en función de los valores máximos y mínimos de su señal. El GGG2020 ahora es compatible con instrumentos portátiles como el EM27/SUN, lo que permite a los científicos monitorear los gases de efecto invernadero en centros urbanos y zonas remotas donde las estaciones tradicionales no pueden llegar. [ 13 ]

Sitios e instituciones participantes

Actualmente, las sedes de TCCON se encuentran en Estados Unidos , China , Canadá , Alemania , Polonia , Francia , Japón , Australia , Nueva Zelanda , Corea del Sur , Reunión y la Isla Ascensión . [ 1 ] Anteriormente, una de las sedes estaba en Brasil . Las sedes pueden cambiar cuando es necesario trasladar un instrumento a una nueva ubicación.

Los miembros de TCCON colaboran desde diversas instituciones. En Norteamérica, algunas de ellas son Caltech , JPL , el Laboratorio Nacional de Los Alamos , NASA Ames y la Universidad de Toronto . En Europa, algunas de ellas son el Instituto Tecnológico de Karlsruhe , el Instituto Max Planck de Biogeoquímica , la Universidad de Bremen , la Agencia Estatal de Meteorología , el Real Instituto Belga de Aeronomía Espacial , el Instituto Meteorológico Finlandés y la Universidad Pierre y Marie Curie . En el Pacífico occidental, algunas de ellas son la Universidad de Wollongong , el Instituto Nacional de Investigación del Agua y la Atmósfera , el Instituto Nacional de Estudios Ambientales , JAXA y el Instituto Nacional de Investigación Meteorológica de la República de Corea.

Mapa

Sitios de TCCON en todo el mundo, a octubre de 2025. [ 9 ]  verde = activo y con datos públicos disponibles, cian = activo y sin datos públicos aún, blanco = antiguo y con datos públicos, amarillo = posible sitio futuro   

Aspectos destacados del uso de datos

Los investigadores responsables de cada sitio procesan los datos de dicho sitio. Las concentraciones atmosféricas de gases se cargan y guardan en formatos uniformes, y los datos se alojan en la Biblioteca de Caltech y están disponibles en http://tccondata.org . Los datos se ponen a disposición del público siempre que se respete la licencia de datos. [ 14 ]

Los datos se han utilizado para una variedad de análisis. Algunos de ellos incluyen:

Soporte satelital

Las misiones satelitales apoyadas por TCCON incluyen el Satélite de Observación de Gases de Efecto Invernadero (GOSAT) , [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] SCIAMACHY , [ 28 ] y el Observatorio Orbital de Carbono-2 (OCO-2) . [ 8 ]

Véase también

Referencias

  1. 1 2 3 4 Wunch, D.; Toon, GC; Sherlock, V.; Deutscher, NM; Liu, X.; Feist, DG; Wennberg, PO (2015). Versión de datos GGG2014 de la Red de Observación de la Columna Total de Carbono (PDF) . Oak Ridge, Tennessee, EE. UU.: Centro de Análisis de Información sobre Dióxido de Carbono, Laboratorio Nacional de Oak Ridge. doi : 10.14291/tccon.ggg2014.documentation.R0/1221662 . Recuperado el 12 de mayo de 2016 .
  2. ^ Laughner, Josué L.; Dibujos animados, Geoffrey C.; Mendonca, José; Petri, Christof; Roche, Sébastien; Vaya, Debra; Blavier, Jean-François; Griffith, David WT; Heikkinen, Pauli; Keeling, Ralph F.; Kiel, Matthäus; Kivi, Rigel; Roehl, Coleen M.; Stephens, Britton B.; Baier, Bianca C. (6 de mayo de 2024). "Versión de datos GGG2020 de la Red de Observación de la Columna de Carbono Total" . Datos científicos del sistema terrestre . 16 (5): 2197– 2260. Código bibliográfico : 2024ESSD...16.2197L . doi : 10.5194/essd-16-2197-2024 . ISSN 1866-3508 . 
  3. 1 2 Yang, Z., RA Washenfelder , G. Keppel-Aleks, NY Krakauer, JT Randerson, PP Tans, C. Sweeney y PO Wennberg (2007), Nuevas restricciones sobre el flujo neto de la temporada de crecimiento del hemisferio norte, Geophysical Research Letters, 34(12), 1-6, doi : 10.1029/2007GL029742 . Disponible en: http://www.agu.org/pubs/crossref/2007/2007GL029742.shtml
  4. ↑ Chevallier, F. et al. (2011), Flujos globales de CO2 inferidos a partir de mediciones de muestras de aire superficial y de recuperaciones de TCCON de la columna total de CO2, Geophysical Research Letters, 38(24), 1-5, doi : 10.1029/2011GL049899 .
  5. ↑ Verificación de las emisiones de gases de efecto invernadero: métodos para respaldar los acuerdos climáticos internacionales, http://www.nap.edu/catalog/12883.html
  6. ↑ "Acerca de GOSAT - Proyecto GOSAT" . www.gosat.nies.go.jp . Archivado del original el 1 de noviembre de 2008.
  7. ↑ Boland, S. et al. (2009), La necesidad de mediciones de dióxido de carbono atmosférico desde el espacio : Contribuciones de un nuevo vuelo rápido del Observatorio Orbital de Carbono, http://www.nasa.gov/pdf/363474main_OCO_Reflight.pdf
  8. 1 2 NASA.gov
  9. 1 2 Página web de TCCON, https://tccon-wiki.caltech.edu/Sites , consultada el 20 de marzo de 2026
  10. 1 2 3 4 Wunch, D., GC Toon, J.-FL Blavier, RA Washenfelder , J. Notholt, BJ Connor, DWT Griffith, V. Sherlock y PO Wennberg (2011), La red de observación de la columna total de carbono, Philosophical Transactions of the Royal Society - Series A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 369(1943), 2087-2112, doi : 10.1098/rsta.2010.0240 .
  11. ↑ Página web del JPL y la NASA sobre el programa ATMOS, http://remus.jpl.nasa.gov/atmos/onshuttle.html , consultada el 6 de febrero de 2016.
  12. ↑ Página web del interferómetro MkIV del JPL de la NASA : https://airbornescience.nasa.gov/instrument/MkIV , consultada el 6 de febrero de 2016.
  13. ↑ Frey, Matthias; Sha, Mahesh K.; Hase, Frank; Kiel, Matthäus; Blumenstock, Thomas; Harig, Roland; Surawicz, Gregor; Deutscher, Nicholas M.; Shiomi, Kei; Franklin, Jonathan E.; Bösch, Hartmut; Chen, Jia; Grutter, Michel; Ohyama, Hirofumi; Sun, Youwen (2019-03-11). "Construyendo la Red Colaborativa de Observación de la Columna de Carbono (COCCON): estabilidad a largo plazo y rendimiento del conjunto del espectrómetro de transformada de Fourier EM27/SUN" . Atmospheric Measurement Techniques . 12 (3): 1513– 1530. Bibcode : 2019AMT....12.1513F . doi : 10.5194/amt-12-1513-2019 . ISSN 1867-1381 . 
  14. ↑ Página web de la política de uso de datos de TCCON https://tccon-wiki.caltech.edu/Network_Policy/Data_Use_Policy , consultada el 6 de febrero de 2016
  15. ↑ Wunch, D., PO Wennberg, GC Toon, G. Keppel-Aleks y YG Yavin (2009), Emisiones de gases de efecto invernadero de una megaciudad norteamericana, Geophys. Res. Lett., 36, L15810, doi:10.1029/2009GL039825.
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  18. ↑ Wunch, D., et al.: Un método para evaluar el sesgo en las mediciones globales de columnas totales de CO2 desde el espacio, Atmos. Chem. Phys., 11, 12317-12337, doi:10.5194/acp-11-12317-2011, 2011.
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