Ein Pilotprojekt hat die Emissionen und den Abbau von Kohlendioxid in einzelnen Nationen unter Verwendung von Satellitenmessungen geschätzt.
Ein NASA-Erdbeobachtungssatellit hat Forschern dabei geholfen, Kohlendioxidemissionen für mehr als 100 Länder auf der ganzen Welt zu verfolgen. Das Pilotprojekt bietet einen aussagekräftigen neuen Blick auf das Kohlendioxid, das in diesen Ländern emittiert wird und wie viel davon durch Wälder und andere kohlenstoffabsorbierende „Senken“ innerhalb ihrer Grenzen aus der Atmosphäre entfernt wird. Die Ergebnisse zeigen, wie weltraumgestützte Werkzeuge Erkenntnisse über die Erde unterstützen können, während Nationen daran arbeiten, Klimaziele zu erreichen.
Die internationale Studie, veröffentlicht in Erdsystemwissenschaftliche Daten und von mehr als 60 Forschern durchgeführt, verwendete Messungen der NASA-Mission Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) sowie ein Netzwerk von oberflächenbasierten Beobachtungen, um die Zunahme und Abnahme der atmosphärischen Kohlendioxidkonzentration von 2015 bis 2020 zu quantifizieren Mit diesem auf Messungen basierenden (oder „Top-down“)-Ansatz konnten die Forscher dann auf die Bilanz schließen, wie viel Kohlendioxid emittiert und entfernt wurde.
Obwohl die OCO-2-Mission nicht speziell darauf ausgelegt war, die Emissionen einzelner Nationen zu schätzen, kommen die Ergebnisse aus den über 100 Ländern zu einem günstigen Zeitpunkt. Die erste globale Bestandsaufnahme – ein Prozess zur Bewertung der kollektiven Fortschritte der Welt bei der Begrenzung der globalen Erwärmung, wie im Pariser Abkommen von 2015 festgelegt – findet 2023 statt.
Diese Animation zeigt die jährlichen Emissionen fossiler Brennstoffe von mehr als 100 Ländern von 2015 bis 2020. Länder mit hohen Emissionen, einschließlich der USA und China (hier in Dunkelrot), scheinen im Vergleich zu Ländern mit niedrigeren Emissionen aus der Seite zu springen. Bildnachweis: Scientific Visualization Studio der NASA
„Die NASA konzentriert sich darauf, erdwissenschaftliche Daten bereitzustellen, die sich mit realen Klimaherausforderungen befassen – wie zum Beispiel der Unterstützung von Regierungen auf der ganzen Welt, die Auswirkungen ihrer Bemühungen zur Kohlenstoffminderung zu messen“, sagte Karen St. Germain, Direktorin der Earth Science Division der NASA im NASA-Hauptquartier in Washington. „Dies ist ein Beispiel dafür, wie die NASA Anstrengungen entwickelt und verstärkt, um Kohlenstoffemissionen so zu messen, dass sie den Bedürfnissen der Benutzer entsprechen.“
Herkömmliche tätigkeitsbasierte (oder „Bottom-up“) Ansätze zur Kohlenstoffmessung beruhen auf der Zählung und Schätzung, wie viel Kohlendioxid in allen Sektoren einer Wirtschaft, wie Transport und Landwirtschaft, emittiert wird. Bottom-up-Kohlenstoffinventare sind entscheidend für die Bewertung der Fortschritte bei den Bemühungen zur Emissionsreduzierung, aber ihre Zusammenstellung erfordert beträchtliche Ressourcen, Fachwissen und Kenntnisse über das Ausmaß der relevanten Aktivitäten.
Diese Karte veranschaulicht die Veränderungen der Kohlenstoffmenge, die in organischen Stoffen an Land gespeichert ist, sogenannte terrestrische Kohlenstoffbestandsänderungen, von 2015 bis 2020. Aktivitäten wie verbesserte Landbewirtschaftung und Entwaldung, die in den Tropen umfangreicher ist als in anderen Regionen, wirken sich auf diese Bestände aus Änderungen. Bildnachweis: Scientific Visualization Studio der NASA
Aus diesem Grund könnte die Entwicklung einer Datenbank für Emissionen und Abbau über einen Top-down-Ansatz besonders hilfreich für Nationen sein, denen es an traditionellen Ressourcen für die Bestandserstellung mangelt, behaupten die Autoren der Studie. Tatsächlich enthalten die Ergebnisse der Wissenschaftler Daten für mehr als 50 Länder, die mindestens in den letzten 10 Jahren keine Emissionen gemeldet haben.
Die Studie bietet eine neue Perspektive, indem sie sowohl die Emissionen aus fossilen Brennstoffen als auch die Veränderungen des Gesamtkohlenstoffbestands in Ökosystemen, einschließlich Bäumen, Sträuchern und Böden, verfolgt. Die Daten sind besonders nützlich, um Kohlendioxidschwankungen im Zusammenhang mit Landbedeckungsänderungen zu verfolgen. Allein die Emissionen aus der Entwaldung machen einen überproportionalen Anteil des gesamten Kohlenstoffausstoßes im globalen Süden aus, der Regionen in Lateinamerika, Asien, Afrika und Ozeanien umfasst. In anderen Teilen der Welt deuten die Ergebnisse auf eine gewisse Reduzierung der atmosphärischen Kohlenstoffkonzentrationen durch verbesserte Landbewirtschaftung und Wiederaufforstung hin.
Die Autoren sagten, dass Bottom-up-Methoden zur Schätzung von Kohlendioxidemissionen und -entfernungen aus Ökosystemen unerlässlich sind. Diese Methoden sind jedoch anfällig für Unsicherheiten, wenn Daten fehlen oder die Nettoauswirkungen bestimmter Aktivitäten, wie z. B. Holzeinschlag, nicht vollständig bekannt sind.
„Unsere Top-Down-Schätzungen liefern eine unabhängige Schätzung dieser Emissionen und Entfernungen. Obwohl sie das detaillierte Prozessverständnis traditioneller Bottom-Up-Methoden nicht ersetzen können, können wir beide Ansätze auf Konsistenz prüfen“, sagte Philippe Ciais, Studienautor und Forscher Direktor am Laboratoire des Sciences du Climat et l’Environnement in Frankreich.
Kohlenstoff aufspüren
Die Studie bietet ein komplexes Bild von Kohlenstoff, der sich durch das Land, die Ozeane und die Atmosphäre der Erde bewegt.
Zusätzlich zu den direkten menschlichen Auswirkungen, die in den nationalen Inventaren berücksichtigt werden, können unbewirtschaftete Ökosysteme wie einige tropische und boreale Wälder – in denen Menschen einen minimalen Fußabdruck hinterlassen – Kohlenstoff aus der Atmosphäre binden und so die potenzielle globale Erwärmung verringern.
„Nationale Inventare sollen nachverfolgen, wie sich die Managementpolitik auf die Emissionen und den Abbau von CO2 auswirkt“, sagte Studienautor Noel Cressie, Professor an der University of Wollongong in Australien. „Der Atmosphäre ist es jedoch egal, ob CO2 durch Abholzung im Amazonas oder Waldbrände in der kanadischen Arktis ausgestoßen wird. Beide Prozesse werden die Konzentration von atmosphärischem CO2 erhöhen und den Klimawandel vorantreiben. Daher ist es wichtig, die Kohlenstoffbilanz zu überwachen von unbewirtschafteten Ökosystemen und identifizieren Sie alle Änderungen in der Kohlenstoffaufnahme.“
Mit Blick auf die Zukunft sagten die Forscher, dass ihr Pilotprojekt weiter verfeinert werden kann, um zu verstehen, wie sich die Emissionen einzelner Nationen verändern.
„Anhaltende, qualitativ hochwertige Beobachtungen sind entscheidend für diese Top-Down-Schätzungen“, sagte der Hauptautor Brendan Byrne, ein Wissenschaftler am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien. „Fortlaufende Beobachtungen von OCO-2- und Oberflächenstandorten werden es uns ermöglichen, zu verfolgen, wie sich diese Emissionen und der Abbau bei der Umsetzung des Pariser Abkommens ändern. Zukünftige internationale Missionen, die eine erweiterte Kartierung der CO2-Konzentrationen auf der ganzen Welt ermöglichen, werden es uns ermöglichen, diese von oben nach unten zu verfeinern Schätzungen und geben genauere Schätzungen der Emissionen und des Abbaus der Länder an.“
Der 2014 gestartete Satellit OCO-2 kartiert natürliche und menschengemachte Kohlendioxidkonzentrationen mit Hilfe von drei kameraähnlichen Spektrometern. Diese Geräte sind darauf abgestimmt, die einzigartigen Spektren oder Lichtsignaturen von Kohlendioxid zu erkennen. Sie messen das Gas indirekt daran, wie viel reflektiertes Sonnenlicht es in einer bestimmten Luftsäule absorbiert.
Mehr Informationen:
Brendan Byrne et al., Nationale CO2-Budgets (2015–2020), abgeleitet aus atmosphärischen CO2-Beobachtungen zur Unterstützung der globalen Bestandsaufnahme, Erdsystemwissenschaftliche Daten (2023). DOI: 10.5194/essd-15-963-2023