Flugzeuggetragene Eddy-Kovarianz-Messungen von landwirtschaftlichen Lachgas- und Methanemissionen
Im Juni 2023 haben DLR-Wissenschaftler vom Institut für Physik der Atmosphäre zusammen mit der DLR-Einrichtung Flugexperimente erfolgreich eine Flugzeugmesskampagne zur Bestimmung von landwirtschaftlichen Lachgas- (N2O) und Methanemissionen (CH4) in den Niederlanden durchgeführt. Diese Kampagne ist Teil des DLR-internen Projektes Greenhouse Gas Monitoring (GHGMon), welches zum Ziel hat, neue Messsysteme (in situ und Fernerkundung) und Modelllösungen zur Analyse industrieller N2O- und CH4-Emissionen – insbesondere auch aus Flächenquellen, wie der Landwirtschaft – zu entwickeln und zu evaluieren.
Nach Kohlenstoffdioxid (CO2) sind CH4 und N2O die zweit- und drittwichtigsten langlebigen, vom Menschen emittierten Treibhausgase. Anthropogene Emissionen von N2O und CH4 führen seit dem Beginn der Industrialisierung zu einem starken Anstieg der atmosphärischen Konzentrationen und somit zu einer Erwärmung der Atmosphäre. Um diese Erwärmung abzumildern und somit das 1.5°C-Ziel des Pariser Klimaabkommens noch zu erfüllen, müssen die anthropogenen Emissionen drastisch reduziert werden. Dabei spielt die Landwirtschaft eine zentrale Rolle (siehe Kapitel 5.2 in IPCC AR6 WG1). Sie ist, insbesondere durch die Verwendung von synthetischem Stickstoffdünger, mit Abstand die wichtigste anthropogene Quelle für N2O. Aber auch für CH4 ist die Landwirtschaft (insbesondere Viehwirtschaft und Reisanbau) der größte anthropogene Emissionssektor. Allerdings wird die Entwicklung effektiver Emissionsreduktionsstrategien dadurch erschwert, dass die Emissionen auf regionaler Skala aber kaum verstanden sind. Zum einen sind die zugrunde liegenden Prozesse komplex. Zum anderen handelt es sich um Flächenquellen, deren Vermessung sehr herausfordernd ist. Das Ziel der GHGMon-Flugzeugmesskampagne ist es, neue Methodiken zur Vermessung von Flächenquellen zu erproben und einzusetzen und somit regionale N2O und CH4 Emission aus der Landwirtschaft besser zu verstehen.
Als Studiengebiet für unsere Flugzeugmesskampagne wurden die Niederlande ausgewählt. Die Niederlande beherbergen eine der intensivsten Landwirtschaften weltweit und sind somit, nicht nur im europäischen Vergleich, sondern weltweit gesehen, ein Hotspot von landwirtschaftlichen N2O- und CH4-Emissionen. Um diese zu untersuchen, wurde für die Messkampagne ein Messsystem für flugzeuggetragene Eddy-Covariance Messungen von N2O und CH4 modifiziert. Der Eddy-Kovarianz- Ansatz ermöglicht die Berechnung von Emissionsflüssen aus Messungen von Spurengas-Mischungsverhältnissen und zugehörigen Vertikalwinden. Die Methode ist bei bodengebundenen Messsystemen weit verbreitet und etabliert. Die Verwendung im Flugzeug soll nun die Emissionsmessung von landwirtschaftlichen Flächenquellen auf regionaler Skala ermöglichen.
Im Rahmen unserer Messkampagne wurden 15 Forschungsflüge mit der DLR-Cessna in den Niederlanden durchgeführt. Dabei war das Team für drei Wochen in Lelystad stationiert. Mit neuesten In-situ-Messsystemen, welche speziell für den Einsatz auf einem Flugzeug optimiert wurden, konnten 45 Stunden an wissenschaftlichen Daten gesammelt werden. Dabei lag der Fokus auf Konzentrations- und Flussmessungen von N2O und CH4. Aber auch weitere Spurengase (z.B. CO, C2H6) und Isotopologe (13CH4) wurden gemessen, um Quellen besser charakterisieren und zugrundeliegende Prozesse besser verstehen zu können. In den nächsten Monaten werden die DLR-Wissenschaftler die Daten aufbereiten, auswerten und veröffentlichen. Dabei liegt der Fokus auf der Evaluierung des neuen Eddy-Kovarianz-Messsystems und der Quantifizierung der landwirtschaftlichen Emissionen in den beprobten Gebieten. Mit Hilfe von lokalen Partnern werden schließlich unsere Ergebnisse eingeordnet werden.