Analyse von verkehrsbedingten Schadstoffemissionen mit Satellitendaten des EOC
11. Mai 2022
Analyse von verkehrsbedingten Schadstoffemissionen mit Satellitendaten des EOC
Verkehrsemissionen gefährden unsere Gesundheit. Vor allem an verkehrsreichen Standorten werden die Grenzwerte für Stickstoffdioxid (NO2) und Feinstaub oft überschritten. Forscherinnen und Forscher des EOC haben daher im Projekt S-VELD zusammen mit Partnern die bodennahe Konzentration von diesen Luftschadstoffen aus Satellitendaten abgeleitet und ihre Quellen und zeiträumliche Verteilung analysiert.
NO2-Emissionen
(Oben) Troposphärische NO2-Säulendichten aus Sentinel-5P für 2018-2020 (Jahresmittel) und (unten) die abgeleiteten bodennahen NO2-Konzentrationen mit in-situ NO2-Beobachtungen (eingefärbte Kreise). Die Abnahme der NO2-Emissionen im Corona Lock-Down ist deutlich erkennbar auf beiden Karten für 2020
Karten der PM2.5 Konzentrationen basierend auf Sentinel-3/SLSTR und Aqua/MODIS Satelliten-Beobachtungen als Jahresmittelwerte für 2018 und 2019. Insgesamt kann ein klarer Zusammenhang zwischen erhöhter Feinstaubbelastung und landwirtschaftlich genutzten Gebieten festgestellt werden
in Deutschland, wie sie im S-VELD Projekt abgeleitet wurden (rote Linie) und wie sie als a-priori eingegeben wurden (blaue Linie). Während des COVID-Lockdowns, der im Jahr 2020 rot markiert ist, zeigt sich ein wesentlich stärkerer Rückgang der Emissionen als im gleichen Zeitraum des Jahres 2019. Die mittlere Abnahme der NO2-Emissionen im Corona Lock-Down in 2020 beträgt 19%
In Zusammenarbeit mit nationalen und internationalen Partnerorganisationen wurden Luftschadstoffemissionen für das Bundesgebiet und für zwei Detail-Regionen in Nord- und Süd-Deutschland (Hannover-Braunschweig und Augsburg-München) aus Satelliten-Beobachtungen abgeleitet. So konnte ein besseres Verständnis der verkehrsbedingten Schadstoffemissionen entwickelt und deren Beitrag zur Umweltbelastung in Deutschland untersucht werden.
Mit den europäischen Atmosphäre-Satelliten von Copernicus kann die Luftqualität global in hoher Auflösung untersucht und überwacht werden. Am EOC wurden zunächst troposphärische NO2- und Aerosol-Daten aus Messungen von Sentinel-3 und Sentinel-5P bestimmt. Damit wurden hochaufgelöste Karten- und Datenprodukte der bodennahen NO2- und Feinstaubkonzentrationen gewonnen und über den Geoservice des EOC für die Nutzer bereitgestellt.
Die Sentinel-Satellitendaten wurden im Anschluss mit Schadstoffausbreitungs-Modellen kombiniert, um die räumliche und zeitliche Verteilung der Belastung durch Verkehrsemissionen zu analysieren. Darüber hinaus wurden die NO2-Satellitenmessungen systematisch mit Informationen zu den bekannten Emissionsquellen abgeglichen, um die Ableitung der bodennahen Stickoxid-Emissionen aus Satellitenmessungen zu verbessern. Basierend auf Sentinel-5P Beobachtungen wurden so u. a. korrigierte NO2-Emissionen für das Bundesgebiet und für Detailregionen abgeleitet.
Mit Hilfe des sog. Schadstoff-Labelings wurden zuletzt die Beiträge der wichtigsten NO2-Quellen zur Luftverschmutzung bestimmt. In urbanen Ballungsräumen wie dem Ruhrgebiet und Großstädte wie München oder Berlin dominiert z.B. klar der Verkehr als Stickoxid-Quelle. Als zweite wichtige Beitragsquelle konnten, speziell im Ruhrgebiet und in Brandenburg, industrielle Emissionen identifiziert werden.
Das Projekt S-VELD wurde im Rahmen der Förderrichtlinie mFUND vom Bundesministerium für Digitales und Verkehr über den Zeitraum von August 2018 bis Januar 2022 mit rund 1,9 Millionen Euro gefördert. Das DLR (Konsortialführer) war für die Ableitung bodennaher Schadstoffe und satellitenbasierter kleinräumiger Emissionen verantwortlich. Das Unternehmen IVU Umwelt GmbH aus Freiburg hat seine Expertise im Bereich verkehrlicher Emissionsmodellierung in das Projekt eingebracht. TNO (Utrecht, die Niederlande) und die Freie Universität Berlin haben neuartige Verfahren für die Ableitung und Analyse nicht-natürlicher Emissionen für das Bundesgebiet entwickelt.
Bei einer virtuellen Abschlusspräsentation wurden die wichtigsten Ergebnisse des S-VELD Projektes vorgestellt und die Bereitstellung der Sentinel-Satellitendaten über den Geoservice des EOC demonstriert. Das Projekt zeigt, wie die europäischen Sentinel-Satelliten wichtige Informationen zur Bewertung von Luftschadstoffen, ihrer Quellen und ihrer zeiträumlichen Verteilung in Deutschland und Europa liefern können und sich derartige Analysen für das Umwelt-Monitoring und als Entscheidungshilfe für Behörden eignen.
Im Rahmen des Förderprogramms mFUND unterstützt das BMDV seit 2016 Forschungs- und Entwicklungsprojekte rund um datenbasierte digitale Innovationen für die Mobilität 4.0. Die Projektförderung wird ergänzt durch eine aktive fachliche Vernetzung zwischen Akteuren aus Politik, Wirtschaft, Verwaltung und Forschung und die Bereitstellung von offenen Daten auf dem Portal mCLOUD.
