Quelle: ESA.

In diesem Jahr wurden Satellitendaten in großem Umfang zur Überwachung der Luftqualität verwendet, dessen Schwankungen aus den strengen COVID-19-Maßnahmen hervorgingen. Der Satellit Sentinel-5P ist Teil des europäischen Copernicus-Programms und überwacht seit seinem Start im Jahr 2017 kontinuierlich die Luftverschmutzung.

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Königlich-Niederländischen Meteorologischen Instituts (KNMI) und des Belgischen Instituts für Weltraum-Aeronomie (BIRA-IASB) haben Satellitendaten von Sentinel-5P und bodengestützte Daten verwendet, um den Zusammenhang zwischen COVID-19 und den Auswirkungen der Luftverschmutzung in ganz Europa zu ermitteln.

Die nachstehende Grafik zeigt die Durchschnittswerte der Stickstoffdioxidkonzentrationen in den fünf europäischen Großstädten Mailand, Madrid, Paris, Berlin und Budapest. Das obere Panel veranschaulicht die Konzentrationen im Jahr 2019 im Vergleich zu 2020 unter Verwendung von Sentinel-5P-Daten, während das untere Panel In-situ-Beobachtungen aufzeigt.

Die Grautöne kennzeichnen den Zeitraum der COVID-19-Maßnahmen im Jahr 2020, wobei schrittweise von strengen (dunkelgrau) zu lockeren (hellgrau) Maßnahmen übergegangen wird. Die rot dargestellten Prozentsätze veranschaulichen die Reduzierung im Jahr 2020 im Vergleich zu 2019 im gleichen Zeitraum.

Die Daten zeigen, dass der stärkste Rückgang von 40-50 % in der ersten Phase des Lockdowns in Südeuropa, insbesondere in Spanien, Italien und Frankreich zu verzeichnen war. Im Juli und August 2020 lagen die Konzentrationen immer noch 10 % bis 20 % unter den Werten vor der COVID-19-Pandemie.

Bas Mijling, Atmosphärenforscher am KNMI: „Die in Berlin durchgeführten Quarantänemaßnahmen führten zu einem Rückgang von etwa 20 % mit kleinen Abweichungen bis August 2020. In Osteuropa waren die Auswirkungen der Maßnahmen im Allgemeinen weniger dramatisch als in Südeuropa und in Frankreich, wo während der strengen Maßnahmen im März und April ein Rückgang von etwa 40-50 % beobachtet wurde.

„Weitere Forschungsarbeiten finden derzeit im Rahmen des ICOVAC-Projekts der ESA und der Studie über die Auswirkungen der COVID-19-Sperrmaßnahmen auf Luftqualität und Klima statt.“

Jenny Stavrakou, Atmosphärenwissenschaftlerin am BIRA-IASB, fügt hinzu: „Der Einfluss der Meteorologie auf die Stickstoffdioxid-Beobachtungen könnte erheblich sein und sollte nicht übersehen werden. Deshalb ist es notwendig, Daten über längere Zeiträume zu analysieren, um den Einfluss menschlicher Aktivitäten auf die Beobachtungen besser abschätzen zu können“.

Sie fährt fort: „Für den Vergleich der Monatsmittelwerte von 2019 und 2020 schätzen wir, dass eine Messunsicherheit von etwa 15-20 % bezüglich der durch COVID-19 ausgelösten Reduktion besteht. Durch den Vergleich der satellitengestützten und bodengestützten Daten über die Verringerung der Stickstoffdioxidkonzentrationen in verschiedenen Städten finden wir eine zufriedenstellende Übereinstimmung der Unterschiede, die innerhalb der durch die meteorologischen Schwankungen ausgelösten Messunsicherheiten liegen.

Claus Zehner, Copernicus Sentinel-5P Mission Manager der ESA, sagt: „Was wirklich bemerkenswert ist, ist die gute Übereinstimmung zwischen den Sentinel-5P-Satellitendaten und den bodengestützten Messungen. Dies zeigt, dass die Überwachung der Luftqualität aus dem Weltraum zu einer regelmäßigen Berichterstattung über die Luftqualität in den europäischen Ländern beitragen kann, was bisher nur durch bodengestützte Messungen erreicht wurde“.

Die strengen Maßnahmen in Europa zwischen März und April führten in dicht besiedelten und industrialisierten Gebieten, darunter im Ruhrgebiet in Deutschland und der Po-Ebene in Norditalien, zu einem deutlichen Rückgang der Stickstoffdioxidwerte.

Diese Rückgänge werden auf den erheblichen Einfluss des Verkehrs sowie des Industrie- und Energiesektors auf die Stickstoffdioxidwerte zurückgeführt. Die Konzentrationen scheinen im Juli-August 2020 wieder nahezu normale Werte zu erreichen, außer in Großstädten, in denen die menschlichen Aktivitäten noch nicht vollständig wieder aufgenommen wurden.

Stickstoffdioxid wird bei der Kraftstoffverbrennung aus Fahrzeugen, Kraftwerken und Industrieanlagen in die Atmosphäre freigesetzt und kann erhebliche Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben – was die Wahrscheinlichkeit der Entwicklung von Atemproblemen erhöht. Der Copernicus Sentinel-5P verfügt über das Tropomi-Gerät – ein hochmodernes Instrument, das den einzigartigen Fingerabdruck atmosphärischer Gase erkennt, um Luftschadstoffe genauer und mit einer höheren räumlichen Auflösung als je zuvor abzubilden.

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Quelle: ESA.

COVID-19 hat sich rasch ausgebreitet – weltweit sind 170 Länder mit mehr als 530.000 bestätigten Fällen betroffen. Die Weltgesundheitsorganisation WHO hat den Ausbruch des Coronavirus zu einer globalen Pandemie erklärt und berichtet seitdem von einer schnellen Ausbreitung.

Um die weitere Zunahme von COVID-19-Infektionen einzudämmen, ergreifen Länder auf der ganzen Welt ungewöhnlich strenge Maßnahmen – Städte und sogar ganze Länder werden isoliert.

Mit Hilfe des Copernicus-Satelliten Sentinel-5P wurde kürzlich die Luftverunreinigung in Europa und China erfasst und ein signifikanter Rückgang der Stickstoffdioxid-Konzentration festgestellt – parallel zu den strengen Isolierungsmaßnahmen.

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Königlich-Niederländisches Meteorologisches Institut (KNMI) nutzen diese Daten, um sowohl das Wetter als auch die Umweltverschmutzung über Europa zu überwachen.

Die neuen Daten belegen einen starken Rückgang der Stickstoffdioxid-Konzentrationen in den Großstädten in ganz Europa – insbesondere in Mailand, Paris und Madrid.

Die Satellitenbilder veranschaulichen die Stickstoffdioxid-Konzentrationen vom 14. bis 25. März 2020 im Vergleich zum Monatsdurchschnitt der Werte seit 2019.

Henk Eskes (KNMI) erläutert, aus welchem Grund diese Daten gewählt wurden: „Die Stickstoffdioxid-Konzentrationen variieren infolge von Wetterschwankungen täglich. Aus den Daten eines einzigen Tages können somit keine eindeutigen Aussagen getroffen werden.“

„Indem wir Daten eines bestimmten Zeitraums, in diesem Fall 10 Tage, zusammenführen, werden die meteorologischen Schwankungen teilweise ausgeglichen. Auf diese Weise können wir die Auswirkungen von Veränderungen, die auf menschliche Aktivitäten zurückzuführen sind, beobachten .“

„Unsere Atmosphärenchemie ist nicht geradlinig. Deshalb kann sich der prozentuale Konzentrationsrückgang vom Emissionsrückgang unterscheiden. Um die Emission auf Grundlage der Satellitenbeobachtungen zu quantifizieren, bedarf es Atmosphärenchemie-Modelle, welche die täglichen Wetterschwankungen berücksichtigen, in Kombination mit inversen Modellierungstechniken.“

Das KNMI-Team kooperiert mit Wissenschaftlern weltweit im Rahmen einer umfassenden Analyse, um den Einfluss der Isolierungsmaßnahmen abzuschätzen. Zu diesem Zweck werden terrestrische Daten, Wetterdaten und inverse Modelle zur Interpretation der beobachteten Konzentrationen verwendet.

Henk erklärt weiter: „Um die Veränderungen der Emissionen durch den Verkehr und die Industrie quantitativ zu bestimmen, müssen wir die Tropomi-Daten des Copernicus-Satelliten Sentinel-5P mit Modellen der Atmosphärenchemie verbinden. Diese Untersuchungen haben bereits begonnen, werden aber noch einige Zeit in Anspruch nehmen.“

Beobachtet werden zudem weitere Länder in Nordeuropa, darunter die Niederlande und das Vereinigte Königreich, allerdings gibt es hier noch größere Schwankungen aufgrund wechselnder Wetterbedingungen. Weitere Messungen von dieser Woche sollen dazu beitragen, die Veränderungen des Stickstoffdioxids über Nordwesteuropa zu bewerten.“

Claus Zehner, ESA-Missionsleiter des Copernicus-Sentinel-5P-Satelliten: „Die besonderen Eigenschaften des Copernicus-Sentinel-5P-Satelliten mit seiner im Vergleich zu anderen atmosphärischen Satellitenmissionen hohen räumlichen Auflösung und der genauen Fähigkeit, Spurengase zu beobachten, ermöglichen die Durchführung dieser einzigartigen Stickstoffdioxid-Konzentrationsmessungen vom Weltraum aus“.

Josef Aschbacher, ESA-Direktor für das Erdbeobachtungsprogramm: „Die langfristige Zusammenarbeit zwischen ESA und KNMI ist sehr wertvoll und zeigt, wie wichtig ergänzende Analysen verschiedener Partnerorganisationen sind. Wir stellen fest, dass der Copernicus-Sentinel-5P-Satellit die beste Ausrüstung für die Überwachung von Stickstoffdioxid-Konzentrationen auf globaler Ebene ist.“

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