04. Dez. 2017

SO2-Wolke, die am 27.11.17 vom Agung auf Bali emittiert wurde, gemessen von Tropomi an Bord von Sentinel-5P.

Im DLR-Fernerkundungszentrum Oberpfaffenhofen sind die ersten Bilder des neuen europäischen Erdbeobachtungssatelliten Sentinel-5P vorgestellt worden. Der Satellit umkreist die Erde seit dem 13. Oktober auf einem niedrigen Orbit in 824 Kilometern Höhe. Die Daten sollen unter anderem über das Copernicus-Atmosphärenmonitoring-System CAMS zeitnahe Informationen über die Luftqualität in Europa  und der Welt liefern.

Tief Jürgen brachte am ersten Novemberwochenende den ersten kräftigen Wintereinbruch dieses Jahres. Der Alpenraum versank im Schnee, im Nordwesten gab es das sprichwörtliche Novembergrau: Tiefhängende Wolken und ein eisiges Gemisch aus feuchtem Nebel und Nieselregen. Am Dienstag darauf war Jürgen schon weitergezogen, eine Hochdruckbrücke über der Nordsee schirmte den Kontinent von der Wetterküche Nordatlantik ab und ließ an der Nordsee die Sonne wieder hervorkommen. Diese Gelegenheit nützte Europas jüngster Erdbeobachtungssatellit Sentinel-5P zu einem Schnappschuss der südlichen Nordseeküste. 

Sichtlich stolz präsentierten ihn Pepijn Veefkind vom Niederländischen Meteorologischen Institut (KNMI) und Diego Loyola vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) auf einer Presseveranstaltung in Oberpfaffenhofen, die so etwas wie den offiziellen Arbeitsbeginn des jüngsten Mitglieds der Sentinel-Satellitenflotte markierte. Zu sehen war ein grob gepixeltes Atmosphärenband über den Benelux-Ländern, den angrenzenden Teilen Deutschlands und Frankreichs und der Nordsee. Über der Deutschen Bucht und über Nordfrankreich war es blau, über den Niederlanden jedoch gelb mit etlichen orangefarbenen Flächen und vier tiefroten Flecken darin. Das Bild präsentierte einen Ausschnitt aus dem Lichtspektrum, in dem man die Konzentration von Stickstoffdioxid in der Atmosphäre erkennen kann. "Das Rote sind NO2-Fahnen aus den Ballungszentren Belgiens und der Niederlande und aus dem Ruhrgebiet", erklärte Veefkind. Zusammen mit anderen Stickoxiden bereitet die Verbindung derzeit zahlreichen deutschen Großstädten Probleme, weil die innerstädtische Belastung alle EU-Grenzwerte sprengt.  

Globale Ozonverteilung am 25.11.17, gemessen von Tropomi an Bord von Sentinel-5P.

Globale Ozonverteilung am 25.11.17, gemessen von Tropomi an Bord von Sentinel-5P.

Bild: KNMI/ESA
Globale Kohlenmonoxidbelastung der Atmosphäre im November, gemessen von Tropomi an Bord von Sentinel-5P.

Globale Kohlenmonoxidbelastung der Atmosphäre im November, gemessen von Tropomi an Bord von Sentinel-5P.

Bild: SRON/ESA
Stickstoffdioxid in der Atmosphäre über den Niederlanden am 07.11.17, gemessen von Tropomi an Bord von Sentinel-5P.

Stickstoffdioxid in der Atmosphäre über den Niederlanden am 07.11.17, gemessen von Tropomi an Bord von Sentinel-5P.

Bild: KNMI/ESA
Stickstoffidoxid in der Atmosphäre über Europa am 22.11.17, gemessen von Tropomi an Bord von Sentinel-5P.

Stickstoffidoxid in der Atmosphäre über Europa am 22.11.17, gemessen von Tropomi an Bord von Sentinel-5P.

Bild: KNMI/ESA
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Globale Ozonverteilung am 25.11.17, gemessen von Tropomi an Bord von Sentinel-5P.

Bild: KNMI/ESA

Globale Kohlenmonoxidbelastung der Atmosphäre im November, gemessen von Tropomi an Bord von Sentinel-5P.

Bild: SRON/ESA

Stickstoffdioxid in der Atmosphäre über den Niederlanden am 07.11.17, gemessen von Tropomi an Bord von Sentinel-5P.

Bild: KNMI/ESA

Stickstoffidoxid in der Atmosphäre über Europa am 22.11.17, gemessen von Tropomi an Bord von Sentinel-5P.

Bild: KNMI/ESA

Das Bild von Sentinel-5P lieferte eine anschauliche Illustration dazu. Deutlich erkennbar waren Brüssel und Amsterdam, die beiden Welthäfen Rotterdam und Antwerpen und vor allem der Ballungsraum an Rhein und Ruhr mit seinen über zehn Millionen Menschen, mit starken Industriegürteln und dem dichtesten Verkehrsnetz des Kontinents. „Für solche Überblicke ist der Satellit besser geeignet als die Messstationen am Boden, denn er liefert Messwerte, die ein größeres Areal repräsentieren. Gerade für Zeitreihen und Trendanalysen ist das sehr wichtig", betont Thilo Erbertseder vom Deutschen Fernerkundungszentrum des DLR in Oberpfaffenhofen. Dort werden die Messdaten von Sentinel-5P gesammelt und aufbereitet, um dann an eine Vielzahl von Kunden weiterverteilt zu werden.

Bis Ende April wird die Erprobungsphase des Satelliten dauern, Ende 2018 werden die Daten dann normal strömen. Der Satellit umkreist die Erde in 824 Kilometern Höhe und fliegt von dabei entlang der Längengrade von Pol zu Pol. 100 Minuten braucht er für eine Umrundung des Planeten, sodass jeder Punkt der Oberfläche mindestens einmal am Tag überflogen wird. "Je weiter man zum Pol komm, desto mehr überlappen sich die Bahnen", erklärt Erbertseder. In den höheren Breiten gibt es also mehrere Messungen pro Tag. "In Deutschland“, sagt der Fernerkundungsspezialist, "haben wir eine sehr gute tägliche Abdeckung."

Unter den zahlreichen Erdbeobachtungssatelliten, die vor allem Europa und die USA auf verschiedenen Umlaufbahnen kreisen lassen, ist Sentinel-5P derjenige, der die Schadstoffbelastung der Atmosphäre am schärfsten beobachtet. Das einzige Instrument an Bord ist das Spektrometer Tropomi aus den Niederlanden. Es fängt die Lichtreflexion der Erdoberfläche auf, und misst auf verschiedenen Spektralbereichen kontinuierlich sechs Luftschadstoffe. Der Sensor erzielt dabei eine rekordverdächtige Auflösung von 7,5 Mal 3,5 Kilometer am Boden. "Wir erreichen eine neue Qualität in Sachen Datenqualität und Auflösung“, kommentierte Josef Aschbacher, Direktor des Erdbeobachtungsprogramms der Europäischen Raumfahrtagentur ESA. Von einem "Game Changer" war daher mehrfach auf der Veranstaltung die Rede.

Zum Beweis wurden weitere Beobachtungskarten vorgestellt. Sie zeigten etwa die Kohlenmonoxidbelastung der Atmosphäre, die unter anderem ein Indiz liefert für die Intensität von Waldbränden und Brandrodung in den Tropen. Auch eine Karte der Eruptionswolke wurde gezeigt, die der balinesische Vulkan Agung zu Anfang der Woche erzeugt hatte. Schwefeldioxid und Aerosole gehören auch zu den Schadstoffen, die Tropomi misst. Das dient nicht allein der Kontrolle der Luftqualität, sondern wird auch wichtige Informationsgrundlage für die Steuerung des Luftverkehrs liefern. "Hätten wir so etwas gehabt, als der Eyjafjallajökull 2010 ausbrach, hätten die Flugverbote in Europa viel gezielter verhängt werden können", betonte DLR-Forscher Diego Loyola. 

Die Daten werden über zwei Empfangsstationen in Alaska und auf Spitzbergen nach Oberpfaffenhofen geleitet, wo das Datenzentrum der Sentinel-5P-Mission beheimatet ist. Hier werden die Satelliten-Messungen geprüft und für verschiedene Nutzungen aufbereitet. "Wir haben einerseits Nahe-Echtzeitdaten", erklärt Thilo Erbertseder, „bei denen ganz schnelle Algorithmen die Daten innerhalb von maximal drei Stunden verarbeiten und an die Nutzer weitergeben." Empfänger ist unter anderem das Europäische Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage im englischen Reading, das mit diesen Daten seine Prognosemodelle für die Ausbreitung unterschiedlicher Luftschadstoffe füttert.

Daneben werden auch hochgenaue Datenprodukte bereitgestellt, die nur ganz geringe Fehler in Punkto Messgenauigkeit aufweisen. "Die werden für Klimastudien und Trendanalysen verwendet, die auch langfristig statistisch belastbar sein müssen", so Erbertseder. Die Sentinel-5P-Daten werden langfristig im DLR-Zentrum in Oberpfaffenhofen archiviert und stehen über Copernicus allen Nutzern zur Verfügung.

Die Sentinel-Satelliten sind eine Koproduktion der ESA mit der Europäischen Union, sie bilden das Rückgrat für das europäische Erdbeobachtungsprogramm Copernicus, das nach Angaben von Stefan Dech, Chef des Deutschen Fernerkundungszentrums, "größte Erdbeobachtungsprogramm der Welt". Bis Ende der nächsten Dekade sind 13 Satelliten fest eingeplant, die mit unterschiedlichen Instrumenten Atmosphäre und Oberfläche des Planeten vermessen. Die Finanzierung von vier weiteren Einheiten ist ebenfalls gesichert. Sentinel-5P ist ein Sonderfall, denn er ist als Unikat geplant. Er soll die Lücke in der Atmosphärenvermessung überbrücken, die zwischen dem Ausfall von Envisat 2012 und dem Start von Sentinel-5 2020 klafft. Alle anderen Sentinel-Satelliten sind in doppelter oder sogar vierfacher Ausführung geplant.