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.

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.

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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