MAGIC4AMPAC = Monitoring of Atmospheric composition and Greenhouse gases through multi-Instruments Campaigns for (4) Arctic Methane and Permafrost Challenge
Ziel
Aufbereitung und Auswertung von Methanmessungen zweier Kampagnen in Lappland
Methan ist als Treibhausgas auf einer 100-Jahres-Skala etwa 28-mal stärker als Kohlendioxid. Anthropogene Quellen von Methan tragen zu etwa einem Viertel der gegenwärtigen, vom Menschen verursachten globalen Erwärmung bei. Methan hat eine atmosphärische Lebensdauer von etwa neun Jahren, d.h. viel kürzer als die beiden anderen wichtigen und langlebigen Treibhausgase Kohlendioxid und Distickstoffoxid. Zusammengenommen bedeuten diese Eigenschaften, dass eine Reduzierung der Methanemissionen eine wirksame Abschwächung des Klimawandels auf dekadischen Zeitskalen ermöglichen würde.
Globale Methanemissionen mit Unsicherheiten.
Lappland ist die Region in Europa, wo die Methanemissionen aus Feuchtgebieten am stärksten dominieren. Die Unsicherheiten sind groß, unter anderem durch die Unterschiede zwischen Bottom-up- und Top-down-Abschätzungen. (Modifiziert von M. Saunois et al., 2020: "The global methane budget 2000-2017", Earth Syst. Sci. Data, 12, 1561-1623)
Die Unterscheidung zwischen anthropogenen und natürlichen Methanquellen ist etwas künstlich, da die meisten natürlichen Quellen durch menschliche Aktivitäten beeinflusst werden. Ein Beispiel für anthropogen veränderte natürliche Quellen ist das Auftauen des Permafrosts. Der Permafrost speichert die doppelte Menge an Kohlenstoff, die sich derzeit in der Atmosphäre befindet, und die Arktis erwärmt sich aufgrund des Klimawandels besonders schnell. Die Rückkopplung zwischen den steigenden Temperaturen, dem Auftauen des Permafrosts und der Freisetzung von Methan stellt einen potenziellen Kipppunkt im Klimasystem der Erde dar. Zu den anderen Quellen des Treibhausgases Methan in Nordskandinavien gehören die Öl- und Gasindustrie, aber es dominieren die starken natürliche Quellen. In Feuchtgebieten, Torfmooren, Seen und Teichen wird Methan durch organische Zersetzungsprozesse erzeugt. Diese natürlichen Prozesse hängen zum Beispiel von der Temperatur und der Wassersättigung ab, also vom Klima und auch vom vom Menschen verursachten Klimawandel.
Inventare und Modelle der natürlichen Methanemissionen in den hohen nördlichen Breiten unterscheiden sich zum Teil erheblich. Eine Quelle der Unsicherheit wird durch das Vorschaubild veranschaulicht: Die kleinräumige Heterogenität der Landschaft ist eine Herausforderung, zum Beispiel die Ausdehnung von Seen und Teichen im Vergleich zu verschiedenen Feuchtgebietstypen. Solche Unsicherheiten betreffen vor allem Bottom-up-Ansätze, die mikrobielle Prozesse mit Landschaftsmerkmalen, meteorologischen Parametern und Emissionen in Beziehung setzen, die schließlich in Klimamodelle einfließen. Top-down-Ansätze sind komplementär. Sie beruhen auf Messungen der atmosphärischen Methankonzentrationen und setzen diese in Beziehung zu den Emissionsflüssen an der Oberfläche. Die Unsicherheiten bei Top-Down-Schätzungen hängen in erster Linie von der Datenabdeckung ab, die bei Methanmessungen in hohen nördlichen Breitengraden immer noch schlecht ist. Dies ist auf die begrenzte Zugänglichkeit und die Herausforderungen für passive Satellitensensoren zurückzuführen, die mit hohen Sonnenzenitwinkeln und schwierigen Oberflächen- und thermodynamischen Bedingungen zurechtkommen müssen. Zusammengefasst: Die hohen nördlichen Breiten sind ein wichtiger, aber schlecht verstandener Beitrag zum globalen Methanhaushalt.
Projekt
Flüge der drei Forschungsflugzeuge bei MAGIC-2021.
Die Arctic Methane and Permafrost Challenge (AMPAC) ist eine transatlantische Initiative von NASA und ESA, die Aktivitäten wie die Vernetzung der auf diesem Gebiet Forschenden, Workshops und Schulungen, Analyse von Wissenslücken, Datenerfassung und -austausch, Benchmarking, die Weiterentwicklung von Erdbeobachtungsprodukten, die Abstimmung von Bottom-up- und Top-down-Ansätzen, gemeinsame Kampagnen und die Vorbereitung künftiger Missionen erleichtern soll. MAGIC ist eine französische Initiative und steht für Monitoring of Atmospheric composition and Greenhouse gases through multi-Instruments Campaigns.
Das von der ESA finanzierte Projekt MAGIC4AMPAC trägt zur Verbesserung der Datengrundlage von Methanbeobachtungen in den hohen nördlichen Breiten bei. Es konzentriert sich auf ausgewählte Beobachtungen auf Flugzeugen und Ballons aus zwei separaten Messkampagnen, die gleichzeitig in Lappland stattfanden: MAGIC-2021und HEMERA-2021. Das Projekt gliedert sich in Arbeitspakete zur Datenbereitstellung, zur Satellitenauswertung, zum Instrumentenvergleich und zur Analyse von Methanverteilungen und -flüssen.
Das Projekt hat eine starke methodische Komponente. Instrumentierungen und Messstrategien der Forschungsfugzeuge bei MAGIC-2021 waren teilweise neu und experimentell. Feuchtgebiete sind flächige Methanquellen, was ganz andere Herausforderungen für Messungen and Auswertungen mit sich bringt als die von den beteiligten Gruppen bis dato betrachteten Punktquellen. Die im Rahmen von MAGIC4AMPAC gewonnenen Lehren aus MAGIC-2021 tragen maßgeblich zur Verbesserung bzw. Neuentwicklung von Instrumenten, Messstrategien und Auswerteroutinen bei. Das ist auch relevant für die Abschätzung der Emissionen aus anderen flächigen Quellen, z.B. der Landwirtschaft (z.B. GHGMon) oder Seen.
MAGIC4AMPAC ist eng mit dem MAGIC-Konsortium verbunden und bringt Gruppen des Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), des Forschungszentrums Jülich (FZJ), des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und des King's College London (KCL) zusammen.
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Kontakt
Dr. Anke Roiger
Abteilungsleiterin
Institut für Physik der Atmosphäre
Atmosphärische Spurenstoffe
Münchener Straße 20, 82234 Oberpfaffenhofen-Wessling
