Satelliten blicken ständig aus der Umlaufbahn auf die Erde, um Messungen vorzunehmen, und diese Woche stach eine Gruppe von Wissenschaftlern in See, um einige dieser Datenpunkte zu überprüfen.
Am 2. Juni stach das Forschungsteam SCOAPE (Satellite Coastal and Oceanic Atmospheric Pollution Experiment) in Zusammenarbeit mit dem Bureau of Ocean Energy Management des US-Innenministeriums zu seiner zweiten Kampagne in See, um oberflächenbasierte Messungen von Luftschadstoffen durchzuführen.
Der wichtigste Schadstoff, den die Wissenschaftler messen, ist Stickstoffdioxid (NO2), die Verbindung, die mit Sonnenlicht reagiert und bodennahes Ozon bildet, sagte Anne Thompson, emeritierte Wissenschaftlerin für Atmosphärenchemie am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, und leitende Forscherin an der University of Maryland, Baltimore County.
Im Golf von Mexiko gibt es eine große Zahl an Öl- und Erdgasbohrplattformen, die NO2-Quellen sind. Indem Wissenschaftler diese Emissionen von der nahegelegenen Meeresoberfläche aus messen, können sie Messungen aus einem ganz anderen Blickwinkel validieren. Das von den Wissenschaftlern verwendete Forschungsschiff Point Sur gehört der University of Southern Mississippi und wird vom Louisiana Universities Marine Consortium betrieben.
„Wir sind die Augen auf der Oberfläche, um zu verstehen, wie gut die Augen am Himmel funktionieren“, sagte Ryan Stauffer, Wissenschaftler am Labor für Atmosphärenchemie und -dynamik am Goddard. Stauffer ist auch der leitende Forscher des SCOAPE II-Projekts.
Für die erste Iteration des Projekts im Jahr 2019 wurden Schiffsmessungen mit Daten verglichen, die vom Ozone Monitoring Instrument an Bord des Aura-Satelliten der NASA und vom Tropospheric Monitoring Instrument an Bord des Sentinel-5 Precursor-Satelliten der ESA (European Space Agency) gesammelt wurden. Beide Instrumente fliegen auf polarumlaufenden Satelliten, die jeden Tag einmal über jeden Teil der Erde hinwegfliegen. Sie erfassen jeden Tag zur gleichen Zeit Momentaufnahmen, können jedoch die kurzlebigen NO2-Emissionen, die zu unterschiedlichen Zeiten kommen und gehen, nicht erfassen.
Im Jahr 2024 arbeitet das Forschungsteam an der Validierung der Messungen von TEMPO (Tropospheric Emissions: Monitoring of Pollution Instrument), das im April 2023 auf einem kommerziellen Satelliten gestartet wurde. Das TEMPO-Instrument bietet aufgrund seiner geostationären Umlaufbahn eine andere Perspektive als die NO2-Messungen – es konzentriert sich ausschließlich auf Nordamerika und hat die Region des Golfs von Mexiko ständig im Blick. Dadurch können Wissenschaftler die Emissionen besser quantifizieren und über alle Tageslichtstunden hinweg Vergleiche anstellen.
Aus dem Weltraum erfassen Satelliten die gesamte Luftsäule, das heißt, sie messen die Konzentration von NO2 von der Land- oder Meeresoberfläche bis hinauf zur Atmosphäre. Mit SCOAPE nehmen Wissenschaftler Messungen vom Schiff aus vor, etwa 10 Meter über dem Meeresspiegel, und konzentrieren sich dabei auf die Luft, die die Menschen atmen.
Wenn Wissenschaftler mehr darüber erfahren, wie sich diese Oberflächenmessungen im Vergleich zu dem vergleichen lassen, was Satelliten in der Gesamtsäule sehen, können sie herausfinden, wie sie Satellitendaten am effektivsten nutzen können. Die Messung von NO2 aus dem Weltraum in den letzten zwei Jahrzehnten hat Wissenschaftlern geholfen zu verstehen, wie sich die Verbindung auf die Luftqualität auswirkt, und hat dazu beigetragen, politische Maßnahmen zur Reduzierung der Schadstoffemissionen zu entwickeln.
Während der SCOAPE-Kampagne 2019 entdeckten Forscher Methankonzentrationen – ein bedeutendes Treibhausgas – in der Nähe der Golfküste. Dieses Mal wollen die Wissenschaftler diese Konzentrationen auch von der Oberfläche aus genau messen. Sie werden das bildgebende Spektrometerinstrument Airborne Visible and InfraRed Imaging Spectrometer–3 der NASA auf einem B-200-Flugzeug von Dynamic Aviation montieren, um Methanmessungen über dem Golf zu sammeln. Dies wird ein zusätzliches Verständnis der Emissionen dieses starken Treibhausgases aus der Öl- und Gasförderung im Golf von Mexiko liefern.
Bisher war es schwierig, Methan aus dem Weltraum zu messen, aber Wissenschaftler arbeiten daran, diese Möglichkeiten zu entwickeln. Wie bei NO2 helfen Oberflächenmessungen den Wissenschaftlern, die aus dem Weltraum durchgeführten Messungen besser zu verstehen.