Sentinel-5P: Quantensprung in der Atmosphärenbeobachtung

Freitag, 1. Dezember 2017

Autoplay
Info an
Info aus
Informationen
Schließen
Vollbild
Normal
zurück
vor
{{index}}/{{count}}
Tipp:
<Escape>, um fullscreen zu beenden.
  • Schwefeldioxid%2dKarte: Vulkanausbruch auf Bali
    Schwefeldioxid-Karte: Vulkanausbruch auf Bali

    Der Copernicus Sentinel-5P Satellit erfasste am 27. November 2017 die Asche- und Gaswolke vom Ausbruch des Vulkans Gunung Agung auf Bali in Indonesien. Wie die Karte zeigt werden bei der Mission nicht nur verschiedene Luftschadstoffe, sondern auch Aerosole gemessen.

    Die Darstellung enthält modifizierte Copernicus-Sentinel-Daten 2017, prozessiert durch DLR/ESA.

  • Stickstoffdioxid%2dBelastung über Europa
    Stickstoffdioxid-Belastung über Europa

    Die Aufnahme von Sentinel-5P zeigt die Stickstoffdioxid-Belastung über Europa am 22. November 2017, mit sehr hohen Werten über der Po-Ebene in Norditalien und über dem Westen Deutschlands. Luftverschmutzungen durch Stickstoffdioxid resultieren hauptsächlich aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe in der Industrie und Abgasen aus dem Straßenverkehr. Das Bild deckt einen großen Teil Europas ab und zeigt damit die Schwadbreite des TROPOMI-Instruments von 2.600 Kilometer.

    Die Darstellung enthält modifizierte Copernicus-Sentinel-Daten (2017), prozessiert durch KNMI/ESA.

  • Wolkenbedeckung: Datenauflösung im Vergleich
    Wolkenbedeckung: Datenauflösung im Vergleich

    Sentinel-5P erstellt täglich rund 20 Millionen Einzelmessungen und ermöglicht damit eine weltweite Abdeckung mit einer 100-fach verbesserten räumlichen Auflösung als bisherige Atmosphären-Missionen. Hier im Vergleich: Wolkenmessung am 25. November 2017 von GOME-2/EUMETSAT (links) und von Sentinel-5P (rechts).

    Die Darstellung enthält modifizierte Copernicus-Sentinel-Daten (2017), prozessiert durch DLR/ESA.

  • Datenempfang: Bodenstation in Inuvik
    Datenempfang: Bodenstation in Inuvik

    Das DLR betreibt in Inuvik, Kanada eine eigene Empfangsanlage bei der Bodenstation International Station Facility (ISSF) des CCMEO (Canada Center for Mapping and Earth Observation). In Inuvik, wie auch in der KSAT-Bodenstation im norwegischen Svalbard, werden die wissenschaftlichen Daten der Sentinel-5P-Mission empfangen.

  • Die ersten Satellitenaufnahmen von Sentinel-5 Precursor stehen zur Verfügung
  • Datenservice liefert künftig aktuelle Informationen zu Luftqualität, Ozon und Klimafaktoren
  • Sentinel-5P bietet eine globale Abdeckung und teils 100-fache Auflösung als bisher verfügbar
  • Schwerpunkt(e): Erdbeobachtung, Digitalisierung, Big Data

Am 1. Dezember 2017 wurden am Earth Observation Center (EOC) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Oberpfaffenhofen die ersten Satellitenaufnahmen von Sentinel-5 Precursor präsentiert. Sie geben einen Vorgeschmack auf den neuen Datenservice. Künftig stehen aktuelle Informationen zu Luftqualität, Ozon und Klimafaktoren zur Verfügung – mit einer weltweiten Abdeckung und einer teils hundertmal höheren Auflösung als bisher. Sentinel-5P ist das jüngste Flottenmitglied des europäischen Erdbeobachtungsprogramms Copernicus: die gewonnenen Atmosphärendaten und Kartenprodukte sind für jedermann frei zugänglich.

"Sentinel-5P eröffnet eine völlig neuartige Beobachtung der Atmosphäre, in einer Auflösung wie wir sie bisher nicht gekannt haben. Mit Sentinel-5P können wir insbesondere unsere Erkenntnisse zur Luftqualität über den großen Städten und ihre Herkunft erweitern und auch Veränderungen, zum Beispiel durch politische Maßnahmen, beobachten", erklärt Prof. Dr. Stefan Dech, Direktor des Deutschen Fernerkundungsdatenzentrums des DLR.

Luftqualität und Gesundheitsvorsorge

Der Wächtersatellit ist mit einem hochsensiblen Spektrometer ausgestattet und erfasst wichtige Spurengase, Aerosole und Wolkeninformationen. Das TROPOMI-Instrument (TROPOspheric Monitoring Instrument) misst den Gehalt von Schwefeldioxid, Ozon, Formaldehyd, Stickstoffdioxid, Kohlenstoffmonoxid, Methan und Aerosolen sowie Parameter zur Höhe, Verteilung und dem Rückstrahlvermögen von Wolken. Umwelt- und Klimaforscher  können anhand der hochgenauen Daten Simulationsmodelle verbessern und präzisere Vorhersagen treffen.

Die neuen Datenprodukte sind jedoch nicht nur für viele wissenschaftliche Bereiche wertvoll, sondern auch für Unternehmen oder einzelne Bürger. Smartphone-Apps und Internetdienste mit Informationen zur Luftqualität oder Biowetter profitieren künftig von den hochgenauen Daten. Verschiedene Luftschadstoffe beeinträchtigen Risikogruppen wie Asthmatiker, Patienten mit Atemwegserkrankungen oder Herz-Kreislauf-Problemen, Allergiker, ältere Menschen und kleine Kinder. Detaillierte tagesaktuelle Informationen, wie etwa die örtliche Ozonbelastung, können damit wertvolle Hinweise für den Alltag liefern. Die Weltgesundheitsorganisation WHO zählt Luftverschmutzung inzwischen zu den größten Umweltrisiken weltweit.

Die ersten Daten

Statt bisher einem Messpunkt liefert Sentinel-5P nun mehr als 100 Messpunkte pro Flächeneinheit. Das Spektrometer erreicht dabei eine Auflösung von bis zu 3,5 Kilometer mal 7,5 Kilometer. Luftverschmutzungen und deren Quellen lassen sich dadurch sehr genau dokumentieren. Kohlekraftwerke, Raffinerien oder Vulkanausbrüche machen etwa durch erhöhte Schwefeldioxid-Werte auf sich aufmerksam. So zeigt eine der ersten Sentinel-5P Aufnahmen unter anderem auch den jüngsten Vulkanausbruch auf Bali. Die Auswertung der Aerosol- und Spurengasmessungen macht genau sichtbar wie sich die Asche- und Gaswolke über der indonesischen Insel seit dem Ausbruch des Vulkans Gunung Agung am 25. November ausbreitet.

Auch der tägliche Verkehr auf der Straße, auf dem Wasser oder in der Luft hinterlässt in der Atmosphäre Spuren in Form von Stickstoffdioxid, Ozon und anderen Schadstoffen. Mit Sentinel-5P können nun auch kleinere Quellen innerhalb einer Stadt erfasst werden, die die Verkehrs- und Energiemuster von Siedlungen offenbaren. Eine aktuelle Sentinel-5P-Auswertung zeigt hohe Stickstoffdioxid-Belastungen über dem Westen Deutschlands und Norditalien, die vor allem durch Autoabgase und die Verbrennung fossiler Brennstoffe in der Industrie hervorgerufen werden.

Wie die Karten entstehen

Die Algorithmen zur Datenauswertung und die Software zur Erstellung von einigen Atmosphären-Informationen wurden am DLR-Institut für Methodik der Fernerkundung entwickelt. Denn Sentinel-5P liefert keine fertigen Spurengaskarten, sondern zunächst nur ein Spektrum von Messdaten. Die Rohdaten müssen also durch komplexe mathematisch-physikalische Verfahren nutzbar gemacht werden: Die verschiedenen Parameter werden jeweils aus dem Spektrum extrahiert, nach Bedarf kombiniert und über spezielle Algorithmen abgeleitet – erst dann entsteht das Datenprodukt, wie etwa die Darstellung der Ozonwerte über einem bestimmten Gebiet.

"Die wegen der hohen Auflösung von TROPOMI enorme Datenrate und die hohen Anforderungen an die Genauigkeit der Atmosphäreninformation stellten unsere Algorithmenentwickler vor große Herausforderungen, obwohl wir auf eine zwanzigjährige Erfahrung auf diesem Gebiet zurückgreifen konnten. Erst modernste Verfahren, zum Beispiel des maschinellen Lernens, haben uns ermöglicht, den Datenstrom von 20 Millionen Messungen pro Tag schritthaltend zu hochqualitativen Informationsprodukten zu verarbeiten", so Prof. Dr. Richard Bamler, Direktor des DLR-Instituts für Methodik der Fernerkundung. Mit dem künftigen Datenservice von Sentinel-5P werden nur drei Stunden nach der Messung insgesamt 13 aktuelle Informationsprodukte zur Verfügung gestellt. Die Mission ist auf eine Laufzeit von mindestens sieben Jahren angelegt – mit stetig neuen globalen Atmosphärendaten.

Für den Empfang, die Prozessierung und die Verteilung der Daten ist das Deutsche Fernerkundungsdatenzentrum (DFD)  des DLR ist zuständig. Das DFD nutzt dazu unter anderem seine Bodenstationen in Inuvik im Norden Kanadas, aber auch Stationen von Technologiepartnern, zum Beispiel in Spitzbergen. Die große Herausforderung bei dieser Mission sind die komplexen, verzweigten Daten- und Informationsflüsse, die zur Erzeugung der Informationsprodukte notwendig sind. Satellitendaten und vielfältige Zusatzinformationen laufen in Oberpfaffenhofen zusammen. Hier sorgt das vom DFD konzipierte Datenmanagement- und Prozessierungssystem dafür, dass die ineinander verwobenen Verarbeitungsschritte reibungslos ablaufen und die Informationsprodukte kontinuierlich ausgeliefert werden.

Langzeit-Datenschatz

Neben ihrer hochaktuellen Verfügbarkeit sind die Atmosphärendaten insbesondere für die Langzeitbeobachtung von unschätzbarem Wert. Sentinel-5P stellt die kontinuierliche Beobachtung bestimmter Spurengase sicher. So bieten die Daten auch die Möglichkeit Veränderungsprozesse zu erkennen und zu verstehen. Erst der Blick auf jahrzehntelange Datenreihen macht verständlich, warum sich bestimmte Entwicklungen im Ökosystem Erde vollziehen und wie sie beeinflusst werden können.

In Oberpfaffenhofen und Neustrelitz betreibt das DFD das Deutsche Satellitendatenarchiv und sichert dort den täglich wachsenden Datenschatz von Sentinel-5P für künftige Generationen. Auch die Reprozessierung aller Missionsdaten, wenn in Zukunft neue Auswertetechniken zur Verfügung stehen werden, ist dadurch möglich. So bleiben die einzigartigen Einblicke des Satelliten auch über die Mission hinaus erhalten und können durch künftige Erdbeobachtungsmissionen weiter ergänzt werden.

Über die Mission

Der Satellit Sentinel-5P ist am 13. Oktober 2017 erfolgreich gestartet. Die Mission Sentinel-5P wurde im Rahmen des europäischen Erdbeobachtungsprogramms Copernicus von der  europäischen Raumfahrtorganisation ESA und der niederländischen Raumfahrtbehörde entwickelt, ebenso wie die wissenschaftliche Nutzlast, das TROPOMI-Instrument. Die Auswertung der Satellitendaten erfolgt durch das Königliche Niederländische Meteorologische Institut (KNMI) sowie durch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Gefördert wird die Mission durch die Mitgliedsstaaten der ESA, der niederländischen Raumfahrtbehörde und der Europäischen Union.

Zuletzt geändert am:
01.12.2017 15:52:09 Uhr

Kontakte

 

Bernadette Jung
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Politikbeziehungen und Kommunikation: Oberpfaffenhofen, Weilheim, Augsburg

Tel.: +49 8153 28-2251

Fax: +49 8153 28-1243
Prof. Dr. Richard Bamler
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Earth Observation Center (EOC): Institut für Methodik der Fernerkundung, Direktor

Tel.: +49 8153 28-2673

Fax: +49 8153 28-1420
Prof. Dr. Stefan Dech
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Earth Observation Center (EOC): Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum, Direktor

Tel.: +49 8153 28-2885

Fax: +49 8153 28-3444