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Treibhausgase: Satelliten Fernerkundung - bodengestützte Fernerkundung - Modellierung

News:

Steigende Methan-Emissionen in den USA: Turner et al., GRL, 2016

Nord-Süd Gradienten der Treibhausgase CO2 und CH4 gemessen von Bord der Polarstern: Klappenbach et al., AMT, 2015

Entwurf einer geostationären Treibhausgasmission, G3E - Geostationary Emission Explorer for Europe: Butz et al., AMT, 2015

Einfluss der Feuchtperiode 2010/2011 in Australia auf den regionalen Kohlenstoffkreislauf: Detmers et al., GRL, 2015

Vergleich zweier Datenassimilationsmethoden für CO2 Quell- und Senkenschätzung: Babenhauserheide et al., ACP, 2015

Vergleichsstudie zur Schätzung von CO2 Flüssen aus GOSAT Daten: Houweling et al., JGR, 2015

Spektroskopie getriebene CH4 Auswertefehler für S5 und S5P: Checa-Garcia et al. AMT, 2015

Europa's Kohlenstoffsenke größer als angenommen: Reuter et al., ACP, 2014

Update des Strahlungstransportmodels LINTRAN 2.0: Schepers et al., JQSRT, 2014

Inverse Modelliering von CO2 Flüssen basierend auf verschiedenen XCO2 Feldern von GOSAT: Takagi et al., GRL, 2014

Südostasiatischer Kohlenstoffkreislauf ist einen Faktor zwei dynamischer als von Modelen berechnet: Basu et al., GRL, 2014

 

Satelliten Fernerkundung


 

Mittlere CH4 Gesamtsäulenkonzentration (XCH4) von April 2009 bis Mai 2014. GOSAT Spektren wurden mittels des RemoTeC Algorithmus ausgewertet.

Bei der Satellitenfernerkundung von Kohlendioxid- and Methankonzentrationen in der Erdatmosphäre werde Spektren des von der Erde und der Atmosphäre zurückgestreuten Sonnenlichts ausgewertet. Solche Messungen werden derzeit vom Greenhouse Gases Observing SATellite (GOSAT) und seit Juli 2014 vom Orbiting Carbon Observatory (OCO-2) der NASA durchgeführt. Wir nutzen Absorptionsbanden der Moleküle CO2 und CH4 im kurzwellig-infraroten Spektralbereich, um Information über die atmosphärischen Konzentrationen zu gewinnen. Von größter Wichtigkeit ist es, den Weg des Sonnenlichts durch die Atmosphäre genau zu kennen und die streuenden Eigenschaften von Aerosolen und dünnen Eiswolken zu berücksichtigen.

Das Herz unseres Auswertealgorithmus ist ein Strahlungstransportmodell, das zusammen mit einer Parameterisierung der atmosphärischen Partikeleigenschaften in der Lage ist, den Lichtweg durch eine streuende Atmosphäre hochgenau zu modellieren. Auswertesimulationen und Anwendung unserer Auswertemethodik auf GOSAT und OCO-2 Spektren zeigen, dass CO2 and CH4 Gesamtsäulen mit sehr hoher Genauigkeit vom Satelliten gemessen werden können.

Unsere Daten finden sich zum Download unter der Rubrik Daten.

Bodengestützte Fernerkundung

Bodengebundene Messungen der CO2 und CH4 Gesamtsäulenkonzentration dienen zum einen der Validierung von Satellitenmessungen, zum anderen können sie auch direkt als Randbedingung für die Modellierung von Quellen und Senken der Treibhausgase genutzt werden. Die Netzwerke TCCON (Total Carbon Column Observing Network) and NDACC (Network for Detection of Atmospheric Composition Change) umfassen einige zehn bodengestützte Fourier Transform Spektrometer (FTS), die hochgenaue CO2 und CH4 Gesamtsäulen liefern. Typischerweise sind diese Messungen mit erheblichem technischen und logistischem Aufwand verbunden, so dass entlegene Regionen wie die Tropen nur spärlich in den Netzwerken repräsentiert sind. Wir entwickeln robuste und vielseitig einsetzbare Spektrometer, die auch an entlegenen Orten mit minimaler Infrastruktur und unter harschen Umweltbedingungen bei gleichbleibend hoher Genauigkeit der Messungen eingesetzt werden kann.

Diese Spektrometer decken die Absorptionsbanden von CO2 und CH4 um 1600 nm ab, sowie zu Kalibrationszwecken die O2 Bande um 1270 nm. Insbesondere konzentrieren wir uns auf mobile Anwendungen wie der Einsatz auf Schiffen oder Autos. Die Instrumente werden in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe Boden unter der Betreuung von Frank Hase entwickelt.

 

Modellierung

Die aus der satelliten- und bodengestützten Fernerkundung gewonnenen Datensätze der atmosphärischen CO2 und CH4 Konzentrationen sollen in Bezug auf die Quellen und Senken der Gase interpretiert werden. Zu diesem Zweck wird das Luftmassentransportmodel Tracer model 5 (TM5) betrieben. Basierend auf meteorologischen Beobachtungen berechnet TM5 die globale Bewegung der Spurengase und erlaubt in Verbindung mit einer inversen Methode Rückschlüsse auf Quellen und Senken. TM5 wird typischerweise mit einer globalen horizontalen Auflösung von 6x4 Grad (Länge x Breite) betrieben und verfügt über die Möglichkeit, interessante Regionen mit erhöhter Auflösung von 3x2 und 1x1 Grad zu modellieren. Vertikal verfügt das Modell über 34 Schichten. TM5 liefert ein adjungiertes Modell und ermöglicht dadurch die inverse Modellierung.

 

Wir arbeiten eng mit den TM5 Entwicklern und Nutzern in Utrecht und Wageningen zusammen.