Modernste Überwachung anthropogener CO2-Emissionen unterstützt Wissenschaft und Politik
Die genaue Überwachung der anthropogenen CO2-Emissionen stellt eine der dringendsten Herausforderungen der Klimawissenschaft dar. Die Schwierigkeit besteht darin, die relativ geringen, kontinuierlichen, mit der Verbrennung fossiler Brennstoffe verbundenen atmosphärischen (die globale Erwärmung beschleunigenden) CO2-Emissionen von den viel umfangreicheren, aber sich gegenseitig ausgleichenden, Flüssen zwischen Vegetation, Ozeanen und der Atmosphäre zu trennen. Das Team des EU-finanzierten Projekts CORSO(öffnet in neuem Fenster) hat sich dieser Herausforderung mit zusätzlichen Varianten der Beobachtung und Methodik angenommen. Die Ergebnisse bringen das System zur Überwachung und Verifizierung anthropogener CO2-Emissionen (CO2MVS) des Copernicus-Dienstes zur Überwachung der Atmosphäre (CAMS) voran.
Durch fossile Brennstoffe verursachten CO2-Emissionen von natürlichen Flüssen trennen
„Es wurden Satellitenbeobachtungen von Stickstoffdioxid- und Kohlenmonoxidkonzentrationen in der Atmosphäre, die durch einige der gleichen Verbrennungsprozesse wie CO2 entstehen, aber ein viel deutlicheres Signal erzeugen, mit CO2-Emissionen in Verbindung gebracht. Dadurch konnten die mit fossilen Brennstoffen zusammenhängenden CO2-Quellen besser erkannt und quantifiziert werden“, erklärt Projektkoordinator Richard Engelen vom Europäischen Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage (ECMWF)(öffnet in neuem Fenster). Das Team von CORSO verglich die neuen CO2-„Proxy“-Daten sowie die Daten der globalen Datenbank für punktuelle Emissionsquellen, die im Rahmen des Vorgängerprojekts CoCO2 entwickelt wurde, mit NO2- und CO-Satellitendaten. Die Konsistenz zwischen Datenbank und Satellitenbeobachtungen wurde bestätigt, während in der Datenbank einige Ungenauigkeiten zutage traten. Das Team korrigierte fehlerhafte und fehlende Kraftwerksstandorte, aktualisierte länder- und brennstoffabhängige Emissionskennzahlen und überprüfte die Standorte und Kapazitäten von Ölkraftwerken im Nahen Osten. „Das CORSO-Team arbeitete an der verbesserten Erkennung hochgradiger Emissionen in Afrika und Europa. Außerdem haben wir demonstriert, dass Satellitenbeobachtungen von Emissions-Hotspots nicht nur zur Validierung globaler Datenbanken über punktuelle Quellen, sondern auch deren aktiver Verbesserung dienen können“, fügt Engelen hinzu. Die Arbeit von CORSO konzentrierte sich auf die Vegetation, wobei In-situ- und Satellitenbeobachtungsdaten eingeführt wurden. Radiokohlenstoff ist zwar in den Vegetationsflüssen enthalten, nicht aber in den Emissionen fossiler Brennstoffe, während der „potenzielle atmosphärische Sauerstoff“ in erster Linie die Emissionen fossiler Brennstoffe widerspiegelt. Der Wert von bodengestützten Beobachtungen mit hoher zeitlicher Auflösung konnte durch Tests mit inverser Modellierung erfolgreich bestätigt werden. Die Forschungsgruppe wertete außerdem Satellitenbeobachtungen zu Indikatoren für den Vegetationszustand und die Kohlenstoffflüsse zwischen Landoberfläche und Atmosphäre aus. Dazu zählten die Bodenfeuchtigkeit und die solar induzierte Fluoreszenz (die von Pflanzen während des Kohlenstofffixierungsprozesses abgegeben wird). Im Rahmen der CAMS-Dienste werden nun sowohl In-situ- als auch Satellitenvegetationsansätze umgesetzt.
Weiterentwicklung des globalen CAMS-Überwachungssystems
Das Integrierte Vorhersagesystem (IFS) des Europäischen Zentrums für mittelfristige Wettervorhersage wird den Kern des globalen CAMS-CO2MVS-Systems bilden. Mithilfe der CORSO-Ergebnisse werden die Fähigkeit des Integrierten Vorhersagesystems zur Überwachung anthropogener Emissionen aufgewertet. Am unmittelbarsten wird das Integrierte Vorhersagesystem die Satellitenbeobachtungen über Bodenfeuchte und solar induzierte Fluoreszenz aufnehmen, um seine Darstellungen der Vegetation und der Kohlenstoffflüsse zu optimieren. Die verbesserten Emissionsfaktoren in Bezug auf koemittierte Spezies und die Unsicherheiten bei früheren Emissionen fossiler Brennstoffe tragen zur besseren Schätzungen des Integrierten Vorhersagesystems hinsichtlich verbrennungsbedingter CO2-Emissionen bei.
Offene Ressource für Wissenschaft und Politik
„Die Schätzung der anthropogenen CO2-Emissionen anhand von Beobachtungen der atmosphärischen Konzentrationen ist eine schwierige Sache. Im Rahmen des Projekts wurden mehrere ergänzende Datenquellen zusammengeführt, die nachweislich dazu beitragen, Emissionen aus fossilen Brennstoffen besser von natürlichen Flüssen zu unterscheiden“, berichtet Engelen abschließend. Neben der Weiterentwicklung des CAMS-CO2MVS-Systems sind die CORSO-Ergebnisse auch für die breiter aufgestellte wissenschaftliche Gemeinschaft, die an einem besseren Verständnis des Kohlenstoffkreislaufs arbeitet, überaus relevant. Sie sind zudem für Verantwortliche der Politik von Bedeutung, die zuverlässige, überprüfbare Emissionsdaten auf Länder- und Stadtebene benötigen. Die Projektdaten, -modelle und -ergebnisse werden für die nächsten vier Jahre sowohl über die Projektwebsite als auch über das Zenodo-Portal zugänglich sein, um zu gewährleisten, dass die Fortschritte bei einer der wichtigsten Überwachungsaufgaben der Klimawissenschaft weiterhin für Forschungsgruppen und für Entscheidungen Verantwortliche gleichermaßen offen zur Verfügung stehen werden.
