Luftverschmutzungen genauestens auf der Spur: Sentinel-5P-Datenservice gestartet

Mittwoch, 11. Juli 2018

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  • Ozonloch über der Antarktis
    Ozonloch über der Antarktis

    Im Rahmen der Sentinel-5P-Mission entsteht im Laufe eines Tages ein kompletter globaler Datensatz zur Zusammensetzung der Atmosphäre. Das DLR Earth Observation Center (EOC) erstellt aus den Daten unterschiedliche Produkte, die spätestens drei Stunden nach den Messungen zur Verfügung stehen. Das Beispiel hier zeigt die Ozonverteilung über der südlichen Halbkugel (9.-10. November 2017) - auffällig ist die sehr dünne Ozonschicht (blau) über der Antarktis.

  • Auflösung im Vergleich: TROPOMI/Sentinel%2d5P und GOME%2d2/MetOp
    Auflösung im Vergleich: TROPOMI/Sentinel-5P und GOME-2/MetOp

    Das TROPOMI-Instrument an Bord von Sentinel-5P arbeitet mit einer räumlichen Auflösung von 7 x 3,5 Kilometer und übertrifft damit vergleichbare Satelliten um das Hundertfache. Zum Vergleich: Die Grafik hier zeigt die Ausbreitung der Schwefeldioxid-Wolke des Sierra Negra Vulkans am 27. Juni 2018 - links die Messung von TROPOMI/Sentinel-5P und rechts die Messung der EUMETSAT MetOp-A und -B -Satelliten.

    Die Darstellung enthält modifizierte Copernicus-Sentinel-Daten (2018), prozessiert durch DLR/BIRA.

  • Sentinel%2d5P erfasst schweren Vulkanausbruch
    Sentinel-5P erfasst schweren Vulkanausbruch

    Am 26. Juni 2018, gegen 20:12 Uhr Ortszeit, kam es zum Ausbruch des Sierra Negra Vulkans auf der Galapagosinsel Isabela. Sentinel-5P befand sich genau zum Zeitpunkt über dem Gebiet und konnte bei seinen Messungen extreme hohe Schwefeldioxid-Konzentrationen nachweisen. Mit mehr als 500 DU (Dobson unit) übertrafen die Messwerte die übliche Messskala um das Hundertfache.
    Die Darstellung enthält modifizierte Copernicus-Sentinel-Daten (2018), prozessiert durch DLR/BIRA.

  • Produktvergleich: Schwefeldioxid%2dWolke über Hawaii
    Produktvergleich: Schwefeldioxid-Wolke über Hawaii

    Die hohe Auflösung des neuen Copernicus-Satelliten Sentinel-5 Precursor (S5P), erlaubt es erstmals, nahegelegene Emissionsquellen getrennt zu erfassen und die Ausbreitung von Vulkanaschewolken genauer zu verorten. Die Grafik hier zeigt die Schwefeldioxid-Wolke über Hawaii nach Ausbruch des Kilauea Vulkans: links die Messung des TROPOMI-Instruments von Sentinel-5P und rechts die Messung durch das GOME-2-Instrument an Bord der EUMETSAT MetOp-A und –B -Satelliten. GOME-2 arbeitet mit einer Auflösung von 40×80 Quadratkilometern, so dass eine Unterscheidung der Schwefeldioxidquellen unmöglich ist.

    Die Darstellung enthält modifizierte Copernicus-Sentinel-Daten (2018), prozessiert durch DLR/BIRA.

  • Wolkenband über Hawaii
    Wolkenband über Hawaii

    Optische Sensoren können nicht durch Wolken oder andere Sichtbarrieren hindurchdringen, so dass der Blick auf die Erde oftmals eingeschränkt ist. Die Aufnahme von Hawaii stammt vom Radiospektrometer MODIS, das an Bord der Terra- und Aqua-Satelliten der NASA im Einsatz ist.

  • Sentinel-5P Datenprodukte sind ab sofort frei verfügbar
  • Täglich globale Messungen von Ozon, Stickstoffdioxid, Kohlenstoffmonoxid, Aerosol- und Wolkeneigenschaften
  • Das DLR Earth Observation Center (EOC) ist für das Nutzlastbodensegment der Sentinel-5P-Mission und gemeinsam mit KNMI für die Auswertung der Satellitendaten verantwortlich
  • Schwerpunkte: Raumfahrt, Erdbeobachtung, Big Data

Luftverschmutzung zählt zu den größten Gesundheitsgefahren weltweit. So sterben jährlich rund sieben Millionen Menschen durch Schadstoffbelastung, wie die Weltgesundheitsorganisation WHO in einer weltweiten Studie aktuell ermittelt hat. Industrieabgase und Schadstoffausstöße von Autos und anderen Verkehrsmitteln tragen zu den Todesfällen erheblich bei, da die Schmutzpartikel tief in Atemwege, Lungen und das Herz-Kreislaufsystem eindringen. Zur genauen Lokalisierung von Schadstoffquellen und zur Analyse der globalen Schadstoffverteilung gibt es nun einen besonderen Dienst aus dem All.

Der europäische Erdbeobachtungssatellit Sentinel-5 Precursor liefert täglich globale Messungen von Ozon, Stickstoffdioxid, Kohlenstoffmonoxid, Aerosol- und Wolkeneigenschaften. Die Daten des Messinstruments TROPOMI sind ab sofort frei zugänglich. Entscheidungsträger, Umweltbehörden und Wissenschaftler sind auf die hochgenauen Produkte angewiesen, um die globalen Herausforderungen Luftverschmutzung und Klimawandel besser verstehen und bekämpfen zu können. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) ist für das Nutzlastbodensegment der Sentinel-5P-Mission und gemeinsam mit dem Königlichen Niederländischen Meteorologischen Institut (KNMI) für die Auswertung der Satellitendaten verantwortlich.

In den kommenden Monaten wird der Sentinel-5P-Service laufend erweitert werden, mit globalen Analyseprodukten von Schwefeldioxid, Formaldehyd, troposphärischem Ozon, Ozonprofilen, Methan und Aerosolhöhen. Diese Informationen dienen nicht nur der Atmosphären- und Klimaforschung oder Gesundheitsvorsorge, sondern werden unter anderem auch in der Flugverkehrssicherheit zur besseren Vorhersage von Vulkan-Aschewolken genutzt.

So erfasste der Wächtersatellit am 26. Juni 2018, kurz vor Ende seiner Testphase, zeitnah den Ausbruch des Sierra Negra Vulkans auf den Galapagosinseln. Genau zum Zeitpunkt des Ausbruchs, gegen 20:12 Uhr Ortszeit, konnte Sentinel-5P extrem hohe Schwefeldioxid-Konzentrationen über dem Vulkan nachweisen und die Ausbreitung der Gaswolke sehr genau verorten.

Komplexe Verarbeitung, unerreichte Qualität

Das multispektrometrisch arbeitende Messinstrument TROPOMI (Tropospheric Monitoring Instrument) mit seiner räumlichen Auflösung von 3,5 Kilometer mal 7 Kilometer übertrifft vergleichbare Satelliten um das Hundertfache. So können erstmals Luftverschmutzungen von einzelnen Städten und Stadtgebieten aus dem All detektiert werden. Der Satellit umkreist die Erde 14 Mal pro Tag mit sich ergänzenden Orbits. Maximal drei Stunden nach der Messung stehen die einzelnen Datenprodukte bereits zur Verfügung, ob Ozonwerte oder Schwefeldioxid-Konzentration. Der nahe-Echtzeit Service ist technisch anspruchsvoll aber für die Nutzer wichtig, da Veränderungsprozesse in der Atmosphäre oft sehr schnell ablaufen. Insgesamt liefert Sentinel-5P damit täglich einen vollständigen globalen Datensatz zur Zusammensetzung der Atmosphäre.

Die komplexen technischen Prozesse, die notwendig sind, um insgesamt 12 Endprodukte mit einem täglichen Datenvolumen von bis zu zwei Terrabyte bereitzustellen, machen die Sentinel-5P-Mission einzigartig. Die TROPOMI-Messwerte durchlaufen dafür eine hochkomplexe Verarbeitungskette: Die rohen Spektraldaten werden von Bodenstationen in der Arktis empfangen und zum DLR über breitbandige globale Glasfaserverbindungen übertragen. Dort werden sie analysiert, gefiltert, zu einzelnen Datenprodukten aufbereitet und automatisch auf einem Webserver bereitgestellt. Entwickelt wurde das Prozessierungssystem vom DLR-Earth Observation Center (EOC) und dem KNMI. Das DLR betreibt die Prozessoren und sorgt für den reibungslosen Ablauf der komplexen Arbeitsschritte. So werden neben den TROPOMI-Daten auch Satellitendaten von internationalen Partnerorganisationen integriert, die am EOC in Oberpfaffenhofen laufend empfangen werden. Die Fernerkundungsexperten stellen dadurch sicher, dass die Auswertungen global hochgenau und auf dem neuesten Stand sind.

Offener Webservice und sicherer Datenverkehr

Die verschiedenen Sentinel-5P-Produkte werden über den "Copernicus Open Access Hub", ein offenes Datenportal der ESA bereitgestellt. Besondere Anwender, etwa das Europäische Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage (ECMWF), werden vom EOC zusätzlich über einen eigenen Datenzugang versorgt, um die unmittelbare Datenversorgung zu gewährleisten. Darüber hinaus bietet das DLR über den "EOC Geoservice" eigene, ergänzende Sentinel-5P-Produkte an. Dieser offene Webservice ermöglicht es Nutzern, die Daten für ausgewählte Regionen in verschiedenen Projektionen und Dateiformaten anzusehen, herunterzuladen oder direkt in ihre eigenen Systeme zu integrieren.

Damit die Atmosphärendaten auch in Zukunft jederzeit genutzt werden können, ist das Datenmanagement entscheidend. Für Sentinel-5P - wie auch für weitere Missionen des europäischen Copernicus Programms - übernimmt das EOC als Service die Langzeit-Archivierung der Daten. Im Kontext dieser neuen Herausforderungen erweiterte die DLR-Einrichtung erst kürzlich die Kapazität seiner Datenbibliothek um 60 Petabyte.

Dank seiner besonderen Infrastruktur und langjährigen Erfahrung war und ist das EOC auch mit dem Nutzlastbodensegment von Sentinel-5P betraut, vom Aufbau bis zum Betrieb. Damit sind die DLR-Experten nun für den gesamten Datenverkehr zuständig - vom Empfang, über die Verarbeitung und das Datenmanagement, bis hin zur Verteilung und Langzeitspeicherung der wertvollen Erdbeobachtungsprodukte.

Der TROPOMI-Datenempfang wird durch ein Konsortium bestehend aus dem DLR, dem norwegischen Unternehmen KSAT sowie dem schwedischen Unternehmen SSC realisiert. Das Konsortium nutzt dabei die polnahen Bodenstationen Svalbard in Norwegen und Inuvik in Kanada. Auf dem Gelände der Inuvik Satellite Station Facility (ISSF) der kanadischen Erdbeobachtungsbehörde CCMEO betreibt das DLR in diesem Zusammenhang eine eigene Empfangsanlage.

Einen nicht zu unterschätzenden Beitrag zur Erfüllung der Nahe-Echtzeitanforderungen leisten die globalen Kommunikationsnetze für Wissenschaft und Forschung Cybera, CANARIE, Uninett, NORDUnet, GÉANT und DFN, die das Rückrat der Datenübertragung bilden. Ganz wesentlich war auch die Inbetriebnahme des 1.154 Kilometer langen Mackenzie Valley Fibre Links durch die kanadische Arktis im Juni 2017.

Über die Mission

Der Satellit Sentinel-5P ist am 13. Oktober 2017 erfolgreich gestartet. Das TROPOMI-Instrument an Bord des Satelliten wurde im Rahmen des europäischen Erdbeobachtungsprogramms Copernicus von der Europäischen Raumfahrtorganisation ESA und der Niederländischen Raumfahrtorganisation NSO entwickelt. 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 NSO und der Europäischen Union.

  • Copernicus - das europäische Erdbeobachtungsprogramm

    Die Sentinel-Satelliten sind Teil des Copernicus-Programms der Europäischen Union. Es dient der Sammlung und Auswertung von Fernerkundungsdaten der Erde. Die Daten werden von Behörden, Unternehmen, der Wissenschaft und interessierten Bürgern genutzt.
    Copernicus besteht aus sechs Satellitenfamilien, den sogenannten Sentinels ("Wächtern"), die die Erde und Atmosphäre erfassen und somit wichtige Daten zu Klimaschutz, nachhaltiger Entwicklung, humanitärer Hilfe, ziviler Sicherheit und zum Zustand der Ozeane, des Landes und der Vegetation liefern. Ergänzt werden die Satelliten-Daten durch Messgeräte am Boden, in der Luft und in Gewässern.
    Den Betrieb der insgesamt 20 Umweltsatelliten übernehmen die europäische Weltraumagentur ESA und die Europäische Organisation für die Nutzung meteorologischer Satelliten, EUMETSAT.
    In Deutschland ist das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) federführend für Copernicus verantwortlich. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) begleitet das Programm in Deutschland.

  • Deutsche Partner in Industrie und Forschung

    Sentinel-5P ist eine Kooperation zwischen den Niederlanden und der ESA, die 40 Prozent der Kosten trägt. In Deutschland ansässige Firmen wie Airbus Defence & Space in Friedrichshafen haben jedoch entscheidende Teile des Satelliten (Massenspeicher und Strahlungskühler) bzw. des Messinstruments TROPOMI beigesteuert. Wichtige Bauteile des Instruments und der Plattform wurden bei verschiedenen Unternehmen in Deutschland hergestellt - zum Beispiel bei der STI GmbH (Solarzellen) und der ZARM Technik AG. An den Sentinel-Missionen und damit am Copernicus-Programm beteiligt ist auch das Deutsche Erdbeobachtungszentrum des DLR in Oberpfaffenhofen, das das Nutzlast-Bodensegment aufgebaut hat und für ESA betreibt. Ein Konsortium unter Beteiligung des DLR, der Universität Bremen und des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz hat die wissenschaftliche Datenverarbeitung aufgebaut.

Zuletzt geändert am:
16.07.2018 14:28:51 Uhr

Kontakte

 

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

Politikbeziehungen und Kommunikation: Oberpfaffenhofen, Augsburg, Weilheim

Tel.: +49 8153 28-2251

Fax: +49 8153 28-1243
Dr.-Ing. Diego Loyola
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Methodik der Fernerkundung (IMF), Atmosphärenprozessoren

Tel.: +49 8153 28-1367

Fax: +49 8153 28-1446