3D-Chemie-Transport-Modellierung
Fernerkundung, ob vom Boden, der Luft oder vom Satelliten aus, ermöglicht die Erkundung eines breiten Spektrums atmosphärischen-chemischer Parameter wie Spurengaskonzentrationen oder Gesamtozonsäulen. Die Beobachtungen bleiben jedoch stets auf das Sichtfenster des jeweiligen Messinstruments beschränkt. Um ein dreidimensionales Bild der Atmosphärenchemie zu erhalten, werden sogenannte 3D Chemie-Transportmodelle eingesetzt. Soweit möglich werden unbekannte Größen in diesen Modellen mit aktuellen Beobachtungswerten gefüllt oder (aus älteren Vorhersagen) abgeschätzt. Auf diese Weise wird sicher gestellt, dass Modelle ein realistisches Bild der Atmosphäre beschreiben.
Am EOC konzentrieren sich die Arbeiten zur modellbasierten Fernerkundung vor allem auf Ausbreitungsrechnungen für bodennahe Luftschadstoffe und stratosphärisches Ozon.
Vorhersagen zur Luftqualität prognostizieren Konzentration und Verteilung von bodennahen Luftschadstoffen, z.B. von Staubpartikeln oder Ozon. Ausgehend von den primären Schadstoffquellen, z.B. Straßenverkehr, und den herrschenden Wetterbedingungen (Wind, Sonnenschein oder Wolken) kann die Anreicherung und Ausbreitung von schädlichen Substanzen mit Hilfe von Chemie-Transportmodellen (CTMs) lokal, für einzelne Regionen, oder auch global, berechnet werden. Im Gegensatz zu Wettermodellen berücksichtigen CTMs die chemischen Wechselwirkungen zwischen allen als relevant angesehenen atmosphärischen Spurenstoffen. Die Kombination von modellbasierten Analysen mit satellitenbasierten Beobachtungen von Schadstoffverteilungen (Datenassimilation) ermöglicht eine erhebliche Qualitätssteigerung der Vorhersagen. Am EOC wird untersucht, wie die satellitenbasierte Daten für die Vorhersage von Luftschadstoffen genutzt werden können. Ein aktuelles Beispiel ist die Bedrohung des Luftraums durch Vulkanausbrüche: Satellitenbasierte Schwefeldioxid- und Vulkanasche-Messungen können – das zeigen aktuelle Untersuchungen am EOC -- für eine verbesserte Frühwarnung genutzt werden.
Die Stratosphäre ist ebenfalls Gegenstand der operationell am EOC mit Hilfe von CTMs durchgeführten Analysen und Vorhersagen. Hierzu werden Computermodelle mit einer globalen Abdeckung in Kombination mit Fernerkundungsdaten eingesetzt. Ziel ist insbesondere die Kontrolle der zum Schutz des stratosphärischen Ozons festgelegten Protokolle (Montreal und Kyoto). Industriell produzierte Chlor-Verbindungen reichern sich in der Stratosphäre an und führten ab dem Beginn der achtziger Jahre des vorigen Jahrhunderts zu einer nahezu vollständigen Zerstörung der schützenden Ozonschicht während des Südfrühlings über der Antarktis. Die Ergebnisse zeigen, dass der chemische Abbau dank der Protokolle zwar gestoppt werden konnte, eine Erholung der Ozonschicht aber noch nicht sicher erkennbar ist. Dies wird auch durch die Abbildung verdeutlicht. Sie zeigt die aus Modellen abgeleitete Ausdehnung des antarktischen Ozonlochs für August bis Dezember der Jahre 2007 bis 2010. Zu den in diesem Zusammenhang offenen Forschungsfragen gehört auch der Einfluss des Klimawandels, der eine Erholung der Ozonschicht verlangsamt. Im Auftrag der WMO informieren die Ozon-Info-Seiten des WDC-RSAT über die aktuelle Entwicklung.