Quelle: Universität Bremen 10. Juli 2024.

10. Juli 2024 – Deutschland investiert derzeit Milliardensummen, um den Ausstoß von Treibhausgasen durch Stahlwerke deutlich zu reduzieren. Dies soll vor allem durch die Umstellung auf den Wasserstoffbetrieb passieren. Aber wie misst man überhaupt die Menge an Treibhausgasen, die beim Produktionsprozess entstehen? „Bisher war man weitgehend auf Angaben und Berechnungen der Stahlhersteller angewiesen“, sagt Dr. Heinrich Bovensmann vom Institut für Umweltphysik (IUP) der Universität Bremen. „Nun haben wir ein Verfahren entwickelt, mit dem man diese Freisetzungen auch unabhängig messen und berechnen kann – mit Satellitendaten zur Zusammensetzung der Atmosphäre.“

Bei der Herstellung von Stahl entstehen große Mengen an Kohlenstoffdioxid (CO₂) und Kohlenstoffmonoxid (CO). 2022 betrugen beispielsweise die deutschen CO₂-Emissionen der Roheisen- und Stahlerzeugung nach Angaben des Umweltbundesamtes rund 23,5 Millionen Tonnen. Dass diese Emissionen auch aus dem Weltraum feststellbar sind, wissen die IUP-Forschenden spätestens seit dem großen Moorbrand im Emsland im September und Oktober 2018: „Das war kein offenes Feuer, sondern eins, das im Boden schwelte“, so Heinrich Bovensmann. „Solch ein Brand erzeugt besonders viel Kohlenstoffmonoxid, was wir dann auch mit den hochgenauen Bildern des 2017 gestarteten Erdbeobachtungssatelliten Sentinel-5P sichtbar gemacht haben.“ Was aber auch zu sehen war, war eine Kohlenstoffmonoxid-Abgasfahne aus dem Ruhrgebiet – die des größten deutschen Stahlstandortes in Duisburg.

Dem Kohlenstoffmonoxid mit Satelliten auf der Spur
Postdoktorand Oliver Schneising aus dem IUP-Team interessierte sich fortan für diese Emissionen und untersuchte Satellitendaten auch im Hinblick auf weitere deutsche Stahlstandorte mit integrierten Hüttenwerken. Hier wies er die Kohlenstoffmonoxid-Freisetzungen in Duisburg, Dillingen,Salzgitter Bremen und Eisenhüttenstadt zweifelsfrei nach. „Die primäre Stahlerzeugung erfolgt weltweit überwiegend mit dem sogenannten Linz-Donawitz-Verfahren. Bei diesem Verfahren wird Sauerstoff auf kohlenstoffreiches Roheisen aufgeblasen, um den Kohlenstoffgehalt mittels Oxidation zu minimieren und so hochwertigen kohlenstoffarmen Stahl zu erhalten“, erläutert der Bremer Wissenschaftler. „Das dabei freigesetzte Kohlenstoffmonoxid – CO – lässt sich mit der neuen Generation von Satellitensensoren vom Weltraum aus besser bestimmen als das Treibhausgas CO₂ selbst.“

Um aus den Erdfernerkundungsmessungen die CO-Emissionen zu bestimmen, sahen sich die Bremer Forschenden um Schneising die meteorologischen Verhältnisse – insbesondere den Wind – zu den Messzeitpunkten genau an. „Wir haben die CO-Emissionen der oben genannten Stahlstandorte bestimmt und zu den CO₂-Emissionen ins Verhältnis gesetzt, die von den Stahlherstellern für dieselbe Zeitperiode berichtet wurden“, sagt Schneising. „Diese Analyse ergibt standortübergreifend eine sehr hohe Korrelation von CO mit CO₂. Dies rechtfertigt es, aus den CO-Beobachtungen auch die CO₂-Emissionen zu bestimmen.“ Das von der IUP-Forschungsgruppe entwickelte Verfahren wurde inzwischen nach fachlicher Begutachtung in einer renommierten wissenschaftlichen Fachzeitschriften veröffentlicht.

Treibhausgas-Monitoringsystem für Deutschland in der Entwicklung
Die Arbeiten des Instituts für Umweltphysik zu diesem Thema finden im Rahmen einer umfangreichen Forschungsinitiative statt, die das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) finanziert. Sie hat den Titel „Integriertes Treibhausgas-Monitoringsystem für Deutschland“ (ITMS) und wird vom Deutschen Wetterdienst sowie dem Max-Planck-Institut für Biogeochemie geleitet. „Das ITMS-Projekt zielt auf die Entwicklung und Umsetzung eines Systems ab, das atmosphärische Beobachtungen vom Boden, aus der Luft und aus dem Weltraum mit hochauflösende Emissionsinventaren und hochauflösenden atmosphärischen Modellen kombiniert und zur Überwachung und Dokumentation von Treibhausgas-Quellen und -Senken nutzt“, erläutert Dr. Heinrich Bovensmann vom IUP, welches die Bremer Beteiligung für das Institut koordiniert. „Die Universität Bremen ist dabei für einen großen Teil der Aktivitäten mitverantwortlich. Sie stimmt die Aktivitäten im Bereich der Beobachtungsdaten ab, wobei kontinuierlich erhobene Beobachtungen aus Messnetzwerken und von Satelliten eine wichtige Rolle spielen.“

Die Forschungsgruppe des Instituts für Umweltphysik hat ihre Ergebnisse mittlerweile im angesehenen Fachmagazin „Atmospheric Chemistry and Physics“ der European Geosciences Union publiziert: https://acp.copernicus.org/articles/24/7609/2024/
pdf: https://acp.copernicus.org/articles/24/7609/2024/acp-24-7609-2024.pdf

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• Klimawandel

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Quelle: DLR.

25. August 2021 – Die Arktis erwärmt sich deutlich schneller als andere Teile der Erde. Dabei tauen in den Regionen nördlich des Polarkreises unter anderem Permafrostböden auf und setzen das gegenüber CO₂ vielfach wirkungsvollere Klimagas Methan frei. Ebenso gasen subpolare Feuchtgebiete Methan aus. Vom 14. bis 27. August 2021 findet die internationale Forschungskampagne MAGIC 2021 statt. Ausgehend von Kiruna/Schweden erfassen die rund 80 Forschenden Klimagasquellen und -senken in Skandinavien. Drei Messflugzeuge, 20 Ballons und drei Erdbeobachtungssatelliten liefern Daten zur Region. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) beteiligt sich mit in-situ-Messungen auf der DLR eigenen Cessna Grand Caravan und mit CHARM-F (CH₄ Atmospheric Remote Monitoring) einem neuentwickelten Flugzeug getragenen Lidar-Instrument zur Methan- und CO₂-Detektion. Eine weltraumtaugliche Variante des Lidars soll ab 2027 bei der Satellitenmission MERLIN zur globalen Methan-Detektion aus dem All eingesetzt werden. Der bei MAGIC 2021 verwendete Demonstrator unterstützt die Vorbereitung dieser deutsch-französischen Mission. An MAGIC 2021 sind insgesamt 17 Forscherteams aus sieben Nationen unter Leitung der französischen Raumfahrtagentur CNES und Forschungseinrichtung CNRS beteiligt.

Kohlendioxid (CO₂) und Methan (CH₄) sind die beiden bedeutendsten anthropogenen Treibhausgase. Insbesondere der Eintrag von Methan in die Erdatmosphäre ist noch zu wenig erforscht. In Skandinavien gibt es verschiedene Methan-Quellen, die entweder menschlichen Aktivitäten entspringen (Förderung und Verteilung von Gas und Öl) oder natürlichen Ursprungs sind (Feuchtgebiete, Torfmoore, Seen). In diesen feuchten Regionen finden organische Abbauprozesse unter Ausschluss von Luft statt, wobei Methan natürlich entsteht.

„Für die Klimaforschung sind diese Daten enorm wichtig. Denn diese Emissionen sind nur unzureichend quantifiziert“, erläutert Dr. Susann Groß, Leiterin der DLR-Programmdirektion für Raumfahrtforschung und -technologie. „Kontinuierliche Messungen in der Region sind aufgrund der geringen Bevölkerungsdichte, des langen Winters und der Wetterbedingungen eher selten. Die Forschenden wollen verstehen, welchen Einfluss die natürlichen Methanquellen haben und wie sie sich mit der Erderwärmung verändern.“

Die hohen geografischen Breiten gelten zudem als Senke für atmosphärisches CO₂. Hier ist von Interesse, ob sich die Aufnahme des CO₂ in der Biosphäre durch die starke Erwärmung der Arktis verringert und sich das arktische Ökosystem von einer Senke zu einer Quelle entwickelt.

Von der bodennahen Grenzschicht bis in die Stratosphäre

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erfassen die Klimagaskonzentrationen von der bodennahen Grenzschicht bis hinauf in die Stratosphäre in 3 Ebenen. In der Stratosphäre lassen sie im Rahmen der Kampagne Ballons bis in Höhen von 40 Kilometer aufsteigen, die mit Fernerkundungs- und in-situ Instrumenten die Konzentrationen erfassen. Das französische Forschungsflugzeug ATR-42 fliegt in rund sechs Kilometern Höhe und trägt erstmals das DLR-Lidar CHARM-F an Bord. Dieses misst die Methan- und CO₂-Konzentrationen mittels Laser zwischen Flugzeug und Boden.

Im Tiefflug entlang der bodennahen Grenzschicht fliegt die Cessna des DLR und misst direkt die Konzentration in rund 500-1.500 Meter Höhe. Eine Twin Otter des Britischen Polarforschungsinstituts (BAS) ergänzt diese Messungen durch Sondierung der Landoberfläche und dessen Temperatur, mithilfe eines passiven Fernerkundungsinstruments des Jet Propulsion Laboratory der NASA. Die koordinierten Messungen sollen im Rahmen der AMPAC-Initiative gemeinsam ausgewertet werden.

Kleinste Konzentrationsunterschiede verraten Methanquellen

„Wir wollen herausfinden, wo in Nordskandinavien die Methanemissionen herkommen und wohin sie transportiert werden“, erläutert Dr. Andreas Fix vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre. „Gleichzeitig erproben wir unser hochpräzises Lidar. Dessen Technologie wird zukünftig auf dem deutsch-französischen Klimasatelliten MERLIN für eine kontinuierliches Methan-Monitoring aus dem All eingesetzt werden.“ Diese Technik erlaubt es, Methan und CO₂ mit eigener Lichtquelle, dem Laser, unabhängig vom Sonnenlicht aus großer Entfernung und mit hoher Genauigkeit zu messen. Besonders vielversprechend ist die erstmalige Kombination aus dem Treibhausgas-Lidar mit einem Lidar der französischen Forschungsorganisation ONERA, das gleichzeitig vom Bord der ATR-42 das Windfeld misst. Die Forschenden hoffen auf diese Weise, die Treibhausgasflüsse vom Flugzeug aus direkt bestimmen zu können.

Eine generelle Herausforderung bei der Messung von Treibhausgasen sind deren äußerst geringe Konzentrationsunterschiede. Denn auch nahe starker Quellen sind die Werte meist nur weniger als ein Prozent gegenüber der Hintergrundkonzentration erhöht. Eine äußerst sensitive und präzise Messung ermöglichen in-situ Methanmessungen nahe über dem Boden. „Über die Lufteinlässe der DLR-Cessna erfassen wir mit unseren Geräten die Konzentration der Klimagase Methan und CO₂ direkt am Ort des Flugzeugs“, erklärt Dr. Anke Roiger vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre. „Dazu messen wir gleichzeitig den dreidimensionalen Wind. Das erlaubt uns, erhöhte Konzentrationen und Quellen am Boden zu verbinden sowie deren Quellstärke abzuschätzen.“

Rund um das nordschwedische Kiruna kann die DLR-Cessna in einem Radius von 300 Kilometern eingesetzt werden. „Für die Messflüge im Sichtflug über die weiten Waldgebiete Nordskandinaviens benötigen wir eine ausreichend hohe Wolkenuntergrenze und gute Sicht, um abgestimmt mit den anderen Maschinen der Forschungskampagne zu fliegen“, sagt Testpilot Dr. Marc Puskeiler von den DLR-Flugexperimenten. „Herausforderungen für die Flugplanung sind die oft sehr kurzfristig, teilweise noch im Flug modifizierten Flugmuster sowie die wenigen Flugplätze für Ausweichlandungen und Tankstopps in diesem sehr dünn besiedelten Gebiet.“ Nach Möglichkeit der Wetterbedingungen fliegt die DLR-Cessna koordiniert mit der französischen ATR-42 und der britischen Twin Otter. Erste Ergebnisse der Mission werden für 2022 erwartet.

Forschungskampagne Magic 2021

Um ihre Verteilung der beiden bedeutendsten anthropogenen Treibhausgase Kohlendioxid (CO₂) und Methan (CH₄) in der Atmosphäre und die damit verbundenen Emissionen besser verstehen zu können, wurde 2017 die Initiative MAGIC (Monitoring Atmospheric composition and Greenhouse gases through multi-Instrument Campaigns) gestartet. Nach drei vorbereitenden Kampagnen in den letzten Jahren auf dem französischen Festland findet die Kampagne 2021 in Nordnorwegen, Schweden und Finnland, mit besonderem Fokus auf den natürlichen und anthropogenen Methanemissionen statt. In die Forschungsarbeiten fließen auch Beobachtungen der Satelliten OCO-2 (NASA), Sentinel-5P (ESA) sowie MetOp (ESA-EUMETSAT) ein.

In der großangelegten internationalen Forschungskampagne arbeiten die französischen Einrichtungen CNRS, CNES und Onera gemeinsam mit dem Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), der Swedish Space Corporation, dem Finnischen Meteorologischen Institut, der Universität Groningen, dem King’s College London, dem British Antarctic Survey sowie dem Jet Propulsion Laboratory der NASA zusammen. Die Finanzierung erfolgt hauptsächlich durch CNES, CNRS und ESA, mit einem Beitrag von Eumetsat sowie dem DLR.

Deutsch-Französische Klimamission MERLIN

Der deutsch-französische Kleinsatellit MERLIN (Methane Remote Sensing LIDAR Mission) ist eine Klimamission, die das Treibhausgas Methan in der Erdatmosphäre beobachten soll. Mit Hilfe eines Lidar-Instruments (Light Detecting and Ranging) wird MERLIN ab dem Jahr 2027 aus einer Höhe von rund 500 Kilometern das Treibhausgas in der Erdatmosphäre aufspüren und überwachen. Ziel der dreijährigen Mission ist unter anderem die Erstellung einer globalen Weltkarte der Methankonzentrationen. Außerdem soll die Mission Aufschluss darüber geben, in welchen Regionen der Erde Methan in die Atmosphäre eingebracht wird (Methanquellen) und in welchen Gebieten es ihr wieder entzogen wird (Methansenken).

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• Klimawandel

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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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• Raumfahrt und Corona-Virus

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Quelle: ESA.

Das Dashboard ermöglicht die Überwachung wichtiger Umweltparameter – wie Veränderungen der Luft- und Wasserqualität, wirtschaftliche und menschliche Aktivitäten einschließlich Industrie, Schifffahrt, Bauwesen, Verkehr sowie die landwirtschaftliche Produktivität.

Eine der Plattformfunktionen ermöglicht es, die Luftverschmutzung weltweit zu verfolgen. Die auf den Daten des Copernicus-Satelliten Sentinel-5P basierende Karte zeigt etwa die durchschnittlichen Stickstfoffdioxid-Konzentrationen über einige größere Städte und Regionen auf.

Das RACE-Dashboard ist auch ein gutes Beispiel dafür, wie künstliche Intelligenz zur Überwachung von Wirtschaftsindikatoren eingesetzt werden kann. Josef Aschbacher, ESA-Direktor für Erdbeobachtung, präsentierte anhand von zwei Beispielen, wie die Kombination von künstlicher Intelligenz und kommerziellen Satellitendaten zur Überwachung von Produktions- und Flugverkehrsveränderungen eingesetzt werden kann. Demonstriert wurde dies anhand eines Autoherstellers in Deutschland und dem Flughafen von Barcelona.

Josef Aschbacher kommentiert: „Einzigartige Daten aus dem Weltraum sind entscheidend für die Unterstützung des Krisenmanagements während der Coronavirus-Pandemie. Als Antwort darauf freue ich mich, die Zusammenarbeit zwischen der ESA und der Europäischen Kommission ankündigen zu können, um Europa sowohl jetzt als auch während des wirtschaftlichen Neustarts zu unterstützen“.

„Europa verfügt über ausgezeichnete Erdbeobachtungskapazitäten und wir freuen uns, diese zum Nutzen der europäischen und globalen Bürgerinnen und Bürger zur Verfügung zu stellen. Das Copernicus-Programm und die Erdbeobachtungsprogramme der ESA sind Quellen von großem wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Nutzen. In allen europäischen Ländern und den ESA-Mitgliedstaaten ist das RACE-Dashboard beispielhaft dafür, wie Erdbeobachtungsdaten sowohl sozioökonomische als auch ökologische Veränderungen veranschaulichen können“.

Aschbacher fährt fort: „In den kommenden Monaten wird das RACE-Dashboard erweitert, um zusätzliche Standorte in ganz Europa zu überwachen und es wird mit neuen Daten angereichert, die von den Copernicus Sentinel-Satelliten und Missionen Dritter bereitgestellt werden“.

Pierre Delsaux, stellvertretender Generaldirektor der Europäischen Kommission für die Verteidigungsindustrie und die Raumfahrt, fügt hinzu: „Das Instrument, das wir heute gestartet haben, beweist das bedeutende Potenzial und die Vielseitigkeit des EU-Raumfahrtprogramms und seinen Beitrag zu den Ambitionen eines grünen, widerstandsfähigen und modernen Europas. Die Raumfahrt ist ein strategischer Sektor für die EU, für unsere Belastbarkeit und strategische Autonomie. RACE verdeutlicht die Rolle, die das EU-Raumfahrtprogramm für die nachhaltige und langfristige Erholung Europas spielen kann“.

Das RACE-Dashboard enthält nicht nur Daten, die von den Copernicus Sentinel-Satelliten und ESA-Drittmissionen zur Verfügung gestellt wurden, sondern auch Beiträge von Aerospacelab, Airbus, BIRA-IASB, CLEOS, CNR ISMAR, EarthPulse, ECMWF, EMSA, EOX, Euro Data Cube, GMV, ICEEYE, KNMI, KSAT, Mundi Web Services, Planetek Hellas, RHEA, SERCO, S&T, S5P PAL, SEN4CAP, Sen4Stat, Sinergise, SISTEMA, SPACEKNOW, SRON, UCLouvain, Universität Bremen und Vodafone.

Das RACE-Dashboard kann hier abgerufen werden: https://race.esa.int/.

Über die Sentinel-Satelliten des Copernicus-Programms
Die Sentinel-Satelliten sind eine Flotte von Systemen in Eigentümerschaft der EU. Sie liefern eine Fülle von Daten und Bildern, die das Herzstück des EU-Umweltprogramms Copernicus darstellen. Die Europäische Kommission leitet und koordiniert das Programm, das darauf abzielt, das Umweltmanagement zu verbessern und so unser aller Leben zu schützen. Die ESA ist für die Raumfahrtkomponente des Programms verantwortlich und entwickelt in diesem Rahmen im Auftrag der Europäischen Union die Sentinel-Satelliten und stellt sicher, dass die von ihnen gesammelten Daten für die Copernicus-Dienstleistungen zur Verfügung stehen. Der Betrieb der Sentinel-Satelliten wurde der ESA und EUMETSAT übertragen.

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• Raumfahrt und Corona-Virus

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Quelle: ESA.

Kohlenstoffdioxid entsteht in der Regel durch die Verbrennung fossiler Energieträger, deren Produktion zu den größten Verursachern von Methan-Emissionen gehört. Laut des letztjährigen Berichts „State of the Global Climate“ der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) betragen die derzeitigen Kohlenstoffdioxid- und Methan-Konzentrationen heute 150 % bzw. 250 % des vorindustriellen Niveaus vor 1750.

Die Überwachung von Methan ist also überaus wichtig. Deshalb arbeiten Forscherteams des SRON und von GHGSat seit Anfang 2019 an der Entdeckung von Methan-Hotspots. Das SRON-Team nutzt Daten des Copernicus-Satelliten Sentinel-5P, um Emissionen weltweit ausfindig zu machen, während das GHGSat-Team die Daten der GHGSat-Satelliten auswertet, um die Emissionen zu quantifizieren und bestimmten Anlagen zuzuordnen.

Im Zuge dieser Kollaboration wurden auch im Jahr 2020 mehrere neue Hotspots entdeckt, zum Beispiel über einem Kohlebergwerk in China. Die Forschenden haben darüber hinaus Methan-Emissionen über dem Permbecken – der größten ölproduzierenden Region in den USA – identifiziert. Sie beobachteten die Konzentrationen im März und April 2020 und verglichen diese mit denen im entsprechenden Vorjahreszeitraum, um herauszufinden, inwieweit sich die Aktivitäten im Zuge der COVID-19-Pandemie auf die Methan-Emissionen auswirken.

Eine erste Auswertung der Daten zeigt, dass die Methan-Konzentrationen im Jahr 2020 erheblich höher waren als 2019. Claus Zehner, ESA-Missionsmanager für Copernicus Sentinel-5P, sagt dazu: „Eine Erklärung für diesen Anstieg könnte sein, dass das Gas, aufgrund der geringeren Nachfrage in Zeiten von COVID-19, verbrannt und entlüftet wird – was zu höheren Methan-Emissionen über diesem Gebiet führt.“

Ilse Aben vom SRON ergänzt: „Wenn man nur die Sentinel-5P-Daten für das Permbecken nutzt, sind diese Ergebnisse allerdings nicht eindeutig, da die Anzahl der Beobachtungen begrenzt ist.“

Die räumliche Verteilung der von Sentinel-5P beobachteten Konzentrationen zeigen sowohl für 2020 als auch für 2019 lokale Anstiege der Methan-Konzentrationen in den Permbecken-Abschnitten in Delaware und Midland. Will man diese Anstiege bestimmten Anlagen zuordnen, braucht man allerdings höherauflösende Messungen, wie die von GHGSat.

Die gemeinsame Analyse der regionalen Methan-Daten von GHGSat und Sentinel-5P wird weiterhin dabei helfen, die Auswirkungen von COVID-19 auf die Emissionen der Erdgasindustrie zu erforschen und zu quantifizieren – und zwar herunter bis auf die Ebene einzelner industrieller Anlagen.

Stephane Germain, CEO von GHGSat, erläutert: „GHGSat arbeitet weiterhin eng mit der ESA und dem wissenschaftlichen SRON-Team für Sentinel-5P zusammen. Damit bringen wir die wissenschaftliche Verwendung von Satellitenmessdaten der Treibhausgase in der Atmosphäre voran und stellen industriellen Betreiberinnen und Betreibern gleichzeitig praktische Informationen zur Verfügung, damit diese die Emissionen ihrer Anlagen gezielt reduzieren können. Die nächsten GHGSat-Satelliten, die im Juni und Dezember 2020 ins All starten sollen, werden unser kollektives Verständnis zu industriellen Emissionen auf der ganzen Welt noch weiter verbessern.“

Eric Laliberté, Director General Utilization bei der kanadischen Raumfahrtbehörde Canadian Space Agency (CSA), sagt: „Die Canadian Space Agency hat sich der Entwicklung von Weltraumtechnologien und der Unterstützung innovativer Missionen verschrieben, die dabei helfen, den Klimawandel besser zu verstehen und diesem entgegenzuwirken. Die von GHGSat erzielten Ergebnisse haben bereits erste Auswirkungen und wir freuen uns sehr, die Zusammenarbeit mit GHGSat und der ESA fortzuführen – um die Treibhausgasemissionen auf der ganzen Welt besser zu verstehen.“

Claus Zehner fügt hinzu: „Um die GHGSat-Messdaten noch besser wissenschaftlich nutzen zu können, hat die ESA gemeinsam mit der Canadian Space Agency und GHGSat ein sogenanntes Announcement of Opportunity, also eine Ausschreibung, organisiert. In diesem Rahmen sollen der Wissenschaftsgemeinde etwa 5 % der Messkapazitäten des nächsten kommerziellen Satelliten GHGSat-C1, der auch Iris-Satellit genannt wird, zur Verfügung gestellt werden.“

Der Copernicus-Satellit Sentinel-5P kann mit seinem hochmodernen Instrument Tropomi auch andere Schadstoffe messen, zum Beispiel Stickoxide, Kohlenstoffmonoxid, Schwefeldioxid und Aerosole – die alle unsere Luftqualität beeinträchtigen.

Über die Sentinel-Satelliten des Copernicus-Programms
Die Sentinel-Satelliten sind eine Flotte von Systemen in Eigentümerschaft der EU. Sie liefern eine Fülle von Daten und Bildern, die das Herzstück des EU-Umweltprogramms Copernicus darstellen. Die Europäische Kommission leitet und koordiniert das Programm, das darauf abzielt, das Umweltmanagement zu verbessern und so unser aller Leben zu schützen. Die ESA ist für die Raumfahrtkomponente des Programms verantwortlich und entwickelt in diesem Rahmen im Auftrag der Europäischen Union die Sentinel-Satelliten und stellt sicher, dass die von ihnen gesammelten Daten für die Copernicus-Dienstleistungen zur Verfügung stehen. Der Betrieb der Sentinel-Satelliten wurde der ESA und EUMETSAT übertragen.

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• Klimawandel

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Quelle: DLR.

Doch der Vergleich ist trügerisch. Dieses Jahr sorgte Polarluft in weiten Teilen Europas sowie eine andauernde Westwindlage, bei der sich die Schadstoffe nicht anreichern konnten, bereits für ungewöhnlich saubere Luft. Die Beurteilung des Corona-Effekts ist daher komplex. Wissenschaftler des Earth Observation Center (EOC) im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) konnten den „Corona-Effekt“ jetzt wissenschaftlich stichhaltig belegen.

Langzeitanalysen und der Einfluss des Wetters
Seit vielen Jahren liefert der europäische Satellit MetOP-A täglich Messungen der globalen Schadstoffverteilung. Die Langzeitanalysen zeigen: starke witterungsbedingte Schwankungen des Luftschadstoffs NO₂ gab es immer. Allerdings erfasst der Satellit die gesamte Atmosphäre. In zunehmender Höhe können Winde Luftschadstoffe verfrachten, verdünnen oder Belastungen aus entfernten Regionen hereintragen. Daher sind diese Messungen alleine kein Beweis. Auch am Boden werden durch Winde und Niederschläge Schadstoffe verlagert oder ausgewaschen. Daher sind die Messdaten von Bodenstationen alleine auch nicht aussagekräftig genug.

Die Lombardei in Italien wurde früh von Corona heimgesucht. Ab dem 8. März 2020 hatte die italienische Regierung daraufhin in rascher Folge Quarantäne-Maßnahmen beschlossen. Satelliten- und Bodenmessungen zeigen entsprechend seit dem Lockdown eine Abweichung vom langjährigen Mittelwert. Ein erstes Indiz.

Doch wie berücksichtigen die DLR-Wissenschaftler den Einfluss des Wetters? Hierfür wird die Schadstoffbelastung am Computer simuliert.

Die Wissenschaftler starteten ihre Berechnung mit Emissionswerten von Schadstoffen, die über mehrere Jahre gemittelt wurden und die Normalsituation abbilden. Damit ist sichergestellt, dass das Modell von den Corona bedingten-Maßnahmen nichts weiß. Es berücksichtigt aber von Stunde zu Stunde die realen Wetterbedingungen. Anschließend folgt der Vergleich mit den diesjährigen Messdaten. Die modellierte Normalsituation wurde dazu von den tatsächlichen Bodenmesswerten abgezogen. Und tatsächlich: ab dem 8. März führt der Lockdown in der Lombardei zu einer echten Reduktion der NO₂-Belastung um etwa 20 µg/m³. Ein Rückgang um 45 Prozent.

Kombinierte Analyse
Einzig Satelliten erlauben eine kontinuierliche globale Messung von Schadstoffen. Die Untersuchung zeigt, wie gut diese Messungen zu Bodenwerten und Modellen passen. Doch erst eine kombinierte Betrachtung von Satellitenmessungen, In-situ-Daten und Computermodellierungen ermöglichen einen wissenschaftlich stichhaltigen Nachweis des „Corona-Effekts“.
Für pauschale Bewertungen ist das atmosphärische Geschehen zu komplex. Das wird in anderen Regionen dieser Welt deutlich. Dort liegen die derzeitigen Messwerte zum Teil innerhalb der Schwankungsbreite der letzten Jahre. Ob dies auf spezielle lokale Witterungsbedingungen oder ein späteres Einsetzen der Lockdown-Maßnahmen zurückzuführen ist, bleibt ohne genaue Untersuchung unklar.

Die Analyse für die Lombardei wurde mit Daten des europäischen Satelliten MetOp-A durchgeführt. Seit 2018 stehen mit dem europäischen Satellit Sentinel-5P nun auch Messungen in weit höherer Auflösung zur Verfügung. Diese werden künftig helfen, Emissionsquellen und Schadstofftransporte besser nachzuvollziehen. Noch fehlen hier die langen Zeitreihen, so dass nur Vergleiche zwischen 2019 und 2020 möglich sind. Um hier den Wettereffekt zumindest zu reduzieren, wurden am DLR global Monatsmittel gebildet. Hierfür wurden über zwei Monate hinweg 1,2 Billionen Einzelmessungen mit DLR Algorithmen verarbeitet und auf ihre Qualität hin geprüft. Auch diese Daten zeigen – wenn auch nicht wetterunabhängig – eine klare Reduktion der Emissionen.

Die am DLR erzeugten Daten werden unter anderem in dem vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur geförderten Projekts S-VELD genutzt, um den Einfluss von Verkehrsemissionen auf die Luftqualität in Deutschland zu analysieren.

Diese Analyse beinhaltet vom DLR prozessierte und modifizierte Daten des Copernicus Sentinel-5 Precursor Satelliten (2019-2020).

Die operativen GOME-2 Daten werden im Rahmen des EUMETSAT AC-SAF Projekts durch das DLR bereitgestellt.

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• Raumfahrt und Corona-Virus

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Quelle: ESA.

16. April 2020 – Im Rahmen unserer Klimaschutzinitiative wurde ein neuer Datensatz bereitgestellt, der ausführlich das Vorkommen von Kohlendioxid und Methan aufzeigt – zwei der wichtigsten von Menschenhand verursachte Gase, die für die globale Erwärmung verantwortlich sind.

Die atmosphärische Treibhausgas-Konzentrationen befinden sich auf Rekordniveau. Die Weltorganisation für Meteorologie veröffentlichte in ihrem Bericht zum Stand des globalen Klimas, dass die Konzentration von Kohlendioxid und Methan im letzten Jahr um 150% bis 250% höher lag als in der „vorindustriellen Zeit“. 

In Anbetracht der wichtigen Bedeutung dieser „wesentlichen Klimavariablen (ECV’s)„, wurde eine neue Zeitreihe von Treibhausgasdaten durch das ESA-Klimaschutzinitiative-Projekt Greenhouse Gases CCI erzeugt. Hierzu wurden verschiedene Daten einer Reihe von atmosphärischen Satelliten zusammengeführt, die Treibhausgase aus dem Weltraum messen.

Darunter sind Daten des Copernicus Sentinel-5P-Satelliten, des Orbiting Carbon Observatory (OCO-2) der NASA, der TanSat-Mission der chinesischen Raumfahrtbehörde sowie der Gosat-2-Mission der japanischen Raumfahrtbehörde enthalten.

In Verbindung miteinander stellen diese Missionen ein noch nie dagewesenes Niveau an hochpräzisen Daten bereit. Die somit vorhandene hohe Auflösung und Abdeckung ermöglicht es, von Menschenhand geschaffene und natürliche Emissionsquellen auf regionaler Ebene zu charakterisieren und die Variation beider Gase über die jahreszeitlichen Zyklen – Jahr für Jahr – festzustellen.

Die aktuellen Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten streben eine Verbesserung der derzeitigen operationellen Produkte an, die ursprünglich von der Klimaschutzinitiative entwickelt, aber vom Copernicus Climate Change Service der Europäischen Union übertragen worden sind und nun jährlich erweitert werden.

Michael Buchwitz, Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Universität Bremen und wissenschaftlicher Leiter der Treibhausgas-Initiative: „Wir haben bei der Verbesserung des Umgangs mit Unsicherheiten und Verzerrungen in den Daten und bei der Erhöhung der räumlichen Abdeckung erhebliche Fortschritte erzielt. Zum ersten Mal erhalten wir nun auch detaillierte Informationen über örtlich begrenzte Methanemissionsquellen wie Öl- und Gasfelder“.
So liefern insbesondere Daten des Copernicus Sentinel-5P-Satelliten spektakuläre Ergebnisse. Sein hochmodernes Instrument Tropomi ist in der Lage, atmosphärische Gase der Erde über einen 2.600 km breiten Streifen zu überwachen, so dass Luftschadstoffe genauer und mit einer höheren räumlichen Auflösung als je zuvor aus dem Weltraum abgebildet werden können.

„Sentinel-5P wird durch seine hohe räumliche Auflösung in Kombination mit der räumlichen Abdeckung eine entscheidende Bedeutung bei der Beobachtung von atmosphärischem Methan zugeschrieben“.

Indem neue Daten von verschiedenen Satelliten herangezogen werden, können Wissenschaftler Unklarheiten reduzieren und die Präzision der langfristigen Klimaaufzeichnungen verfeinern. Diese Daten bilden wiederum die empirische Grundlage für eine genauere Modellierung von Emissionen sowie Quellen und Senken, die für die Vorhersage künftiger Treibhausgaskonzentrationen in der Atmosphäre verwendet werden. Diese Daten bilden die Grundlage für Beschlüsse, um sich den Folgen einer sich verändernden Welt anzupassen.

Die Fähigkeit zur Erkennung von Methanemissionen aus punktuellen Quellen, die auf menschliche Aktivitäten zurückzuführen sind, hat sich erheblich verbessert. Diese Daten können Staaten dabei unterstützen, die Wirksamkeit der Maßnahmen zur Reduzierung des CO2-Ausstoßes zu bewerten, nationale Emissionsverzeichnisse zu überprüfen und die Fortschritte bei der Einhaltung ihrer Verpflichtungen zur Emissionsreduzierung im Rahmen des Pariser Klimaabkommens zu messen.

Der neue Datensatz ist über die ESA-Klimaschutzinitiative frei verfügbar. Dieses Forschungs- und Entwicklungsprogramm vereint und kalibriert Messungen von mehreren Satellitenmissionen, um eine globale Zeitreihe zu erstellen, die 21 Schlüsselkomponenten des Klimasystems berücksichtigt.

Die Langzeitdatensätze erstrecken sich über Jahrzehnte und ermöglichen den Wissenschaftlern, Klimatrends zu identifizieren, Erdsystemmodelle zu entwickeln und zu testen, die künftige Veränderungen vorhersagen und Entscheidungsträger informieren, um die Auswirkungen abzuschwächen und sich an diese anzupassen.

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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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• Raumfahrt und Corona-Virus

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Quelle: ESA.

Die Animation zeigt die Fluktuation der Stickstoffdioxid-Emissionen in Europa vom 1. Januar 2020 bis zum 11. März 2020, wobei ein gleitender 10-Tage-Durchschnitt verwendet wurde. Die Daten stammen von Tropomi, einem Instrument an Bord des Copernicus Sentinel-5P Satelliten, das eine Vielzahl von Luftschadstoffen rund um den Globus kartografiert.

Claus Zehner, ESA-Missionsleiter von Copernicus Sentinel-5P, kommentiert: „Der Rückgang der Stickstoffdioxid-Emissionen über der Po-Ebene in Norditalien ist besonders deutlich.

Obwohl es aufgrund der Bewölkung und des sich ändernden Wetters leichte Abweichungen in den Daten geben könnte, sind wir recht sicher, dass die Verringerung der Emissionen, die wir sehen können, mit der Sperrzone in Italien zusammenfällt, die zu weniger Verkehr und industriellen Aktivitäten führt.“

Josef Aschbacher, ESA-Direktor für Erdbeobachtungsprogramme, sagt: „Copernicus Sentinel-5P Tropomi ist heute das genaueste Instrument zur Messung der Luftverschmutzung aus dem Weltraum. Diese Messungen, die dank der freien und offenen Datenpolitik weltweit verfügbar sind, liefern wichtige Informationen für Bürger und Entscheidungsträger.“

Die Coronavirus-Krankheit (COVID-19) wurde vor kurzem von der Weltgesundheitsorganisation zur Pandemie erklärt, wobei derzeit weltweit mehr als 125.000 Fälle dieser Krankheit gemeldet wurden. In Italien stieg die Zahl der Coronavirus-Fälle drastisch an und macht es damit zum Land mit der größten Zahl von Fällen außerhalb Chinas.

In dem Versuch, die Ausbreitung der Krankheit einzudämmen, kündigte Italiens Premierminister Giuseppe Conte eine Abriegelung des gesamten Landes an – Schulen, Restaurants, Bars, Museen und andere Orte im ganzen Land wurden geschlossen.

Sentinel-5P steht für Sentinel-5 Precursor (Vorläufer) und ist die erste Copernicus-Mission, die sich der Überwachung unserer Atmosphäre widmet. Der Satellit trägt das Tropomi-Instrument zur Kartierung einer Vielzahl von Spurengasen wie Stickstoffdioxid, Ozon, Formaldehyd, Schwefeldioxid, Methan, Kohlenmonoxid und Aerosolen – die alle die Luft, die wir atmen, und damit unsere Gesundheit und unser Klima beeinflussen.

Angesichts der wachsenden Bedeutung und Notwendigkeit einer kontinuierlichen Überwachung der Luftqualität werden die bevorstehenden Missionen Copernicus Sentinel-4 und Sentinel-5 als Teil des Copernicus-Programms der EU die wichtigsten Spurengase und Aerosole überwachen. Diese Missionen werden Informationen über die Luftqualität, das stratosphärische Ozon und die Sonnenstrahlung liefern sowie das Klima beobachten.

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• Raumfahrt und Corona-Virus

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Quelle: Chrunitschew, Dutch Space, ESA, Eurockot, KNMI, NSO. Vertont von Peter Rittinger.

Der beim Start voraussichtlich rund 900 Kilogramm schwere Satellit auf Basis des AstroBus-L 250 M entsteht derzeit in einer Fabrik von Airbus Defence & Space in Stevenage in Großbritannien rund 50 Kilometer nördlich von London. Sentinel 5p ist Teil eines von der Europäischen Union finanzierten und von der ESA umzusetzenden Programms namens Copernicus, dass die offizielle Bezeichnung GMES trägt. GMES steht für Global Monitoring for the Environment and Security, übersetzt weltweites Beobachten von Umwelt und Sicherheit.

Die Aufgabe von Sentinel 5p im Rahmen von GMES wird es sein, die Luftqualität in der Atmosphäre fortlaufend zu messen. Dafür wird der Satellit mit einem Spektrometer namens TROPOMI ausgestattet. TROPOMI steht für TROPOspheric Monitoring Instrument, übersetzt Instrument zur Beobachtung der Troposphäre.

Das Instrument soll die mit SCIAMACHY (SCanning Imaging Absorption SpectroMeter for Atmospheric CHartographY) an Bord des am 1. März 2002 gestarteten ESA-Erdbeobachtungssatelliten Envisat und von OMI (Ozone Monitoring Instrument) an Bord des am 15. Juli 2004 gestarteten Erdbeobachtungssatelliten Aura der US-amerikanischen Luft- und Raumfahrtagentur NASA begonnenen Untersuchungen fortsetzen.

Aktuelle Daten von SCIAMACHY stehen wegen des überraschenden Ausfalls von Envisat am 8. April 2012 nicht mehr zur Verfügung. Aura wird seinen Betrieb deutlich vor dem Start eines Satelliten namens Sentinel 5 (ohne p in der Bezeichnung) mit dem ursprünglich geplanten Nachfolgeinstrument für SCIAMACHY eingestellt haben. Sentinel 5p kommt deshalb die wichtige Funktion zu, einem Instrument eine Plattform zu bieten, das die Lücke füllen und eine Datenkontinuität sicherstellen kann. Das p in Sentinel 5p steht dementsprechend für precursor, übersetzt Vorläufer oder Wegbereiter. TROPOMI soll die Lücke füllen.

TROPOMI ist eine Konstruktion von Dutch Space, einem Unternehmen von Airbus Defence & Space, und wird in Zusammenarbeit mit dem Königlich-Niederländischen Meteorologischen Institut (KNMI), dem Niederländischen Institut für Weltraumforschung (SRON) und der Niederländischen Organisation für Angewandte Naturwissenschaftliche Forschung (TNO) realisiert. Finanziert wird das Instrument gemeinsam von der ESA und der niederländischen Raumfahrtorganisation (NSO, Netherlands Space Office).

Es deckt einen Bereich vom Ultravioletten bis zur kurzwelligen Infrarotstrahlung im Spektrum ab (270 – 775 Nanometer), und besitzt zusätzlich die Fähigkeit, kurzwellige Infrarotstrahlung zwischen 2.305 und 2.385 Nanometern zu erfassen. Das eigentliche Instrument hat eine Masse von 206,6 Kilogramm, sein Steuerrechner von 17,4 Kilogramm.

7 Jahre lang soll TROPOMI arbeiten und dabei Informationen über die Zusammensetzung der Atmosphäre und unter anderem deren Gehalt an Stickstoffdioxid (NO₂), Schwefeldioxid (SO₂), Kohlenmonoxid (CO), Formaldehyd (CH₂O) und Aerosolen bestimmen und Daten über den Gehalt von Ozon (O₃) sammeln.

Der für Sentinel 5p vorgesehene Erdorbit wird eine Wiederholrate von 17 Tagen erlauben, das bedeutet, der Satellit überfliegt mit seiner Instrumentennutzlast alle 17 Tage bzw. alle 227 Umläufe die selbe Stelle der Erdoberfläche. Die Schwadbreite von TROPOMI beträgt ~ 2.600 Kilometer.

Damit das rund 220 Kilogramm schwere Instrument TROPOMI mit einem Stromverbrauch von maximal 200 Watt sinnvoll betrieben werden kann, soll Sentinel 5p auf eine annähernd polare, sonnensynchrone, 98,74 Grad gegen den Erdäquator geneigte Umlaufbahn in rund 830 Kilometern (824 laut NSO) über der Erde gebracht werden.

Eurockot, ein Gemeinschaftsunternehmen des europäischen Luft- und Raumfahrtkonzerns Airbus Defense und Space (51%) und des russischen Raumfahrtunternehmens Chrunitschew (49%), wird für den Start von Sentinel 5p eine sogenannte Konversionsrakete namens Rokot bzw. Rockot, eine ehemalige Interkontinentalrakete des Typs SS-19 (alias Stiletto, russische Bezeichnung RS-18), einsetzen, welche um eine neue Oberstufen des Typs Bris-KM von Chrunitschew ergänzt wurde.

Als Starttermin wird derzeit einer im Jahre 2016 anvisiert. Wie bei früheren Rockot-Missionen wird auch der Start mit Sentinel 5p aus einem Startbehälter auf der Startanlage 133/3 des Kosmodroms Plesezk im Norden Russlands erfolgen.

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