Die Troposphäre ist die unterste Schicht der Erdatmosphäre und erstreckt sich von der Erdoberfläche bis knapp über 13 Kilometer in den Himmel. Sie enthält auch etwa 10 % des Ozons in der Atmosphäre, aber diese 10 % werden stark von menschlichen Aktivitäten beeinflusst und spielen eine entscheidende Rolle bei der Bildung von Smog, der für die menschliche Gesundheit gefährlich ist, so ein internationales Team unter der Leitung von Forschern der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS).
Das Team bewertete kürzlich die aktuellen Möglichkeiten zur Überwachung des troposphärischen Ozons, fasste Fortschritte und Herausforderungen zusammen und schlug neue Wege vor. Sie veröffentlichten ihre Rezension am 2. August in der Zeitschrift für Fernerkundung.
Ozon in der Troposphäre entsteht vor allem durch Stickoxide und flüchtige organische Verbindungen – beides Nebenprodukte menschlicher Aktivitäten, die das Klima verändern, wie etwa das Verbrennen nicht erneuerbarer Brennstoffe, sagten die Forscher. Ozon ist auch mit Wetterprozessen verbunden und kann Atemwegserkrankungen verursachen, ähnlich wie Feinstaub 2,5, ein weiterer Schadstoff, der mit dem Klimawandel in Verbindung gebracht wird.
Um Konzentrationsniveaus und Schwankungen von Ozon in der Troposphäre zu überwachen, messen Forscher derzeit entweder direkt Ozon in bestimmten Bereichen auf der Erdoberfläche oder verwenden Sensoren, die das Gas aus der Ferne erkennen können. Der Einsatz dieser Sensoren, die normalerweise an Satelliten, Flugzeugen oder Wetterballons angebracht sind, wird als Fernerkundung bezeichnet.
Direkte Messungen sind zwar genau, berücksichtigen jedoch nicht alle atmosphärischen Eigenschaften. Ähnlich wie bei der Messung der Temperatur eines bestimmten Steins ist die Temperatur möglicherweise genau, liefert jedoch keine Informationen über die umgebende Umwelt. Schließlich könnte der Stein in einer schneebedeckten Tundra direktem Sonnenlicht ausgesetzt gewesen sein.
„Wir haben die aktuellen Beobachtungstechniken und Abfragealgorithmen überprüft, ihre Entwicklungstendenzen analysiert und Bereiche identifiziert, die verbessert werden müssen“, sagte Co-Autor Jian Xu, Professor am National Space Science Center, CAS. „Unser Ziel war es, die Grenzen bestehender Methoden aufzuzeigen und einige potenzielle technologische Lösungen für eine genauere Fernerkundung von troposphärischem Ozon aus dem Weltraum vorzuschlagen.“
Den Forschern zufolge ist die Fernerkundung nach wie vor die beste Methode zur Überwachung von Ozon. Instrumente, darunter verschiedene Arten von Sensoren, und Datenverarbeitungstechniken haben sich deutlich verbessert und werden dies auch weiterhin tun. Co-Autor Husi Letu, Professor am Aerospace Information Research Institute, CAS, merkte an, dass eine bessere Instrumentenkalibrierung und standardisierte Analyseansätze ebenfalls dazu beitragen würden, das Feld voranzubringen.
„Die jüngsten Fortschritte bei Satellitenbeobachtungstechniken und Abrufalgorithmen für troposphärisches Ozon haben die Produktgenauigkeit und räumliche Auflösung/Abdeckung deutlich verbessert“, sagte Letu. „Diese Entwicklungen sind für ein besseres Luftqualitätsmanagement und eine wirksame Schadstoffbekämpfung von wesentlicher Bedeutung und unterstreichen die Bedeutung kontinuierlicher Innovationen auf diesem Gebiet.“
Die Forscher empfahlen außerdem, dass künftige Ansätze kombinierte aktive und passive Sensorik, integrierte Physik und Abrufalgorithmen für maschinelles Lernen implementieren und verfeinern sollten.
Weitere Informationen:
Jian Xu et al, Fernerkundung von troposphärischem Ozon aus dem Weltraum: Fortschritte und Herausforderungen, Zeitschrift für Fernerkundung (2024). DOI: 10.34133/remotesensing.0178
Zur Verfügung gestellt vom Journal of Remote Sensing