Luftqualitätsdaten in verwertbare Informationen verwandeln
Der Copernicus-Dienst zur Überwachung der Atmosphäre (CAMS)(öffnet in neuem Fenster) spielt eine wichtige Rolle für Beobachtungsmaßnahmen hinsichtlich Atemluft und Treibhausgasen in der Erdatmosphäre. Als Teil des europäischen Copernicus-Programms liefert CAMS kostenlose, kontinuierliche Daten über die atmosphärischen Verhältnisse und unterstützt damit direkt die globale Politik in den Bereichen Umweltbelastung, Nachhaltigkeit und saubere Energie. Das EU-finanzierte Projekt CAMEO wurde ins Leben gerufen, um diesen Dienst auf dem neuesten Stand zu halten. „Wir haben uns Maßnahmen verschrieben, die sicherstellen, dass CAMS für neue Satellitenmissionen bereit ist, insbesondere für geostationäre Missionen, die mit häufigen Aktualisierungen einhergehen“, erklärt Projektkoordinator Johannes Flemming. CAMEO arbeitete an der besseren Kombination von Copernicus-Satellitendaten mit Modellen für bessere regionale und globale Vorhersagen. „Gleichermaßen wichtig ist, dass wir verbesserte Unsicherheitsinformationen entwickelt haben, da wir Unsicherheiten in CAMS-Produkten so quantifizieren, dass die Nutzerinnen und Nutzer ein klareres Bild davon haben, was die Daten wirklich für sie bedeuten“, fügt Flemming hinzu.
Vorbereitungen für neue Satellitendaten
Ein wichtiger Schwerpunkt war die Vorbereitung der CAMS-Produkte auf die Verarbeitung von Daten neuer geostationärer Satelliten, einschließlich GEMS und TEMP sowie des kommenden Satelliten Sentinel-4(öffnet in neuem Fenster). Die Forscherinnen und Forscher haben zudem die Darstellung von Aerosolen durch Vorhersagesysteme und Satellitenmessungen harmonisiert, einschließlich ihrer Blockierung und Streuung von Sonnenlicht und der jeweiligen Richtung. „Ein wichtiger Erfolg war die Harmonisierung der Annahmen über die Wechselwirkung von Aerosolen mit Licht zwischen Vorhersagemodellen und Abfragemethoden für Satellitendaten, um die Konsistenz der Daten zu verbessern“, betont Flemming. „Es ist uns zudem gelungen, die von Aerosolen beeinflusste Strahlungsdichte mit dem integrierten Vorhersagesystem(öffnet in neuem Fenster) zu assimilieren.“ Mehrere regionale CAMS-Modelle verwenden jetzt Schwefeldioxiddaten des Satelliten Sentinel-5P, und es laufen Vorbereitungen für die Berücksichtigung von Kohlenmonoxid und Formaldehyd. In Europa fügten die Forscherinnen und Forscher Aerosoldaten aus einem bodengestützten Lidar-Netz in das CHIMERE-Modell ein und verbesserten so die vertikalen Aerosolbeobachtungen. Außerdem wurde eine Erprobung durchgeführt, um Vorbereitungen für zukünftige Satellitendaten wie Stickstoffdioxid vom Satelliten Sentinel-4 und Ammoniak vom Satelliten IRS-MTG zu treffen. Diese Maßnahmen werden zu verbesserten operationellen Luftqualitätsvorhersagen über Europa durch CAMS führen.
Den natürlichen Emissionen auf der Spur
Ein weiterer Durchbruch war die Schätzung der natürlichen Emissionen von Isopren – einer von Pflanzen freigesetzten Verbindung – mittels Satellitenbeobachtungen von Formaldehyd. Um dies zu erreichen, entwickelte das Team ein vereinfachtes Modell für das Verhalten von Isopren in der Atmosphäre. Auch bei den bodengestützten Daten wurden erhebliche Verbesserungen erzielt. Das Team erweiterte die Datenbanken für Strahlungs-, Staub-, Stickstoff- und Sulfatablagerungen an der Oberfläche, um die Datenqualität zu verbessern. Es wurde auch eine neue datengestützte Methode zur Verringerung der Unsicherheiten in CAMS-Sonnenstrahlungsprodukten entwickelt, indem Faktoren wie etwa die Wolkendecke in den Fokus gerückt wurden. Die Analyse erfasste sogar, wie sich Staub über den Ozeanen absetzt und welche Auswirkungen er auf Solarenergieanlagen hat. Hinsichtlich der Quantifizierung der Unsicherheit von CAMS-Emissionsdaten, CAMS-Produkten für die Sonnenstrahlungsindustrie und Ablagerungsflüssen wurden erhebliche Verbesserungen erreicht. Darüber hinaus wurden die CAMS-Werkzeuge zur Unterstützung der politischen Entscheidungsfindung bei der Planung von Emissionsreduzierungsmaßnahmen und zur Ermittlung der Luftverschmutzungsursachen verfeinert.
Herausforderungen auf dem Weg in Zukunft
„Eine große Herausforderung bei der Vorbereitung von CAMS-Produkten für kommende Satellitenmissionen besteht darin, dass es noch keine aktuellen Satellitendaten gibt. Da bestimmte Satelliten (etwa 3MI und Sentinel-4) noch nicht einsatzbereit sind, muss sich die Forschung bei der Erprobung und Entwicklung auf Proxydaten oder synthetische Daten verlassen“, erklärt Flemming. „Das erschwert eine umfassende Vorbereitung, da die genauen Fehlereigenschaften der realen Daten eine Unbekannte bleiben.“ Die Satellitendaten verbessern bereits die regionalen und globalen Vorhersagen von CAMS, ihre positive Wirkung bietet jedoch weiteres Steigerungspotenzial. Eine der wichtigsten Prioritäten für die Zukunft besteht darin, der Nutzerschaft die Unsicherheiten in den CAMS-Emissionen und den politischen Produkten klar zu machen, um sicherzustellen, dass diese Informationen allerseits effektiv genutzt werden können. Die CAMS-Nutzerschaft begrüßt die Verfügbarkeit der Unsicherheitsinformationen für ausgewählte CAMS-Produkte, es bedarf allerdings noch eines intensiven Dialogs mit den Nutzerinnen und Nutzern, damit diese Informationen an die spezifischen Anforderungen der Anwendungsbereiche angepasst werden können.
