Für unser Klima auf der Erde spielen verschiedene kurzlebige und langlebige Spurengase eine zentrale Rolle. Das langlebige Treibhausgas Methan (CH4), auf das in dieser Matrixgruppe ein besonderer Fokus gesetzt wird, steht bezüglich des anthropogenen Treibhauseffektes an zweiter Stelle. Besonders kritisch hinsichtlich CH4 sind die unverstandenen Veränderungen in der Wachstumsrate der letzten Jahrzehnte. Auch die Quellen des drittwichtigsten anthropogenen Treibhausgases, Lachgas (N2O), werden in der Matrixgruppe thematisiert.
Daneben gibt es viele Spurengase mit sehr viel kürzeren Lebenszeiten, die in dieser Matrixgruppe simultan betrachtet werden sollen. Beispiele dafür sind Ozon, Stickoxide, Kohlenstoffmonoxid, Schwefeldioxid, oder Nichtmethan-Kohlenwasserstoffe. Diese haben Lebenszeiten zwischen Stunden, Tagen und mehreren Wochen.
Sowohl CH4 als auch kurzlebige Spurengase beeinflussen die Verteilung und Konzentration des Hydroxyl-Radikals (OH), welches die Oxidationskapazität der Atmosphäre bestimmt. Die Oxidationskapazität ist wiederum entscheidend für den Abbau von CH4 und anderen Spurenstoffen und beeinflusst auf diese Weise sowohl die Luftqualität am Boden als auch die chemische Bildung von Wasserdampf in der Stratosphäre.
Molekularer Wasserstoff (H2) hat keinen direkten Strahlungseffekt. Er hat jedoch das Potential, durch den Einfluss auf OH andere klimarelevante Spurengase zu beeinflussen und soll deshalb ebenfalls in dieser Matrixgruppe berücksichtigt werden.
Das Ziel der Matrixgruppe ist es, die Forschungsarbeiten mit unterschiedlichen methodischen Ansätzen zum Thema klimarelevanter Spurengase am IPA zu bündeln und Synergien zu nutzen. Eingebettet in die DLR-Programmatiken Raumfahrt, Luftfahrt und Verkehr liegt der Fokus dabei auf den folgenden wissenschaftlichen Fragen:
Wie ändern sich diese Eigenschaften und Prozesse in einem sich ändernden Klima und welche Rückkopplungen gibt es bezüglich klimarelevanter Spurengase?
Welche Rolle spielen CH4, kurzlebige Spurenstoffe und H2 für die Oxidationskapazität der Atmosphäre?
Wie groß sind die Quellen und Senken und wie groß ist die Variabilität des Mischungsverhältnisses von atmosphärischem Methan und Lachgas?
Welche direkten und indirekten Klimaeffekte haben kurzlebige Spurengase wie Stickoxide und Ozon?
Welche Minderungsstrategien für kurzlebige Spurengase sind unter Berücksichtigung der Balance zwischen der Klimawirkung und den Nebeneffekten für die Luftqualität erfolgversprechend?
Diese Fragen untersuchen wir mit einem breiten Methodenspektrum. Hierfür stehen folgende Forschungswerkzeuge zur Verfügung:
Flugzeuggestützte aktive Fernerkundung mit dem CHARM-F LIDAR
In-situ Messungen von Methan und anderen Spurengasen auf Flugzeugen und anderen Plattformen
Globale und regionale numerische Modelle zur Beschreibung atmosphärischer Vorgänge
Inverse Modellierung zur Abschätzung von Emissionen aus Beobachtungsdaten
Nutzung von Fernerkundungsdaten (z.B. Satellitenmissionen Sentinel-5P, GOSAT oder von bodengebundenen Stationen wie TCCON).
Methodenspektrum von Messungen und Modellierung von Spurengasen
Beispiele für das breite Methodenspektrum von Messungen sowie Modellierung auf unterschiedlichen zeitlichen und räumlichen Skalen, welches eine umfangreiche Untersuchung des Einflusses klimarelevanter Spurengase auf die Atmosphäre ermöglicht. Die blauen Pfeile markieren den Übergang von den aktuell am meisten genutzten Modellen auf ICON/MESSy
Blick in die DLR Cessna Caravan während der CoMet Mission zur Bestimmung der Methanemissionen mit CHARM-F und in-situ Methoden im Oberschlesischen Kohlerevier.
