ICOS Messprogramm für Klimagase
Klimagase werden im Rahmen des internationalen ICOS Messprogramms (ICOS) gemessen. Zwei wesentliche Voraussetzungen für unser Leben auf der Erde sind die Sonnenstrahlung und die Erdatmosphäre. Die Sonne liefert Energie, von der ein Teil die Erdoberfläche erwärmt, die diese Wärme dann, wie eine Herdplatte, an die Umgebung abgibt. Einige Gase in der Atmosphäre vermögen diese Wärmestrahlung aufzunehmen und daran zu hindern zurück in das Weltall zu gelangen. Dies führt dazu, dass sich die Wärme wie unter einer Decke staut und die Temperaturen von Luft, Land und Wasser erhöhen. Da die Gase eine dem Glas ähnliche Wirkung haben – kurzwelliges Sonnenlicht kann fast ungehindert hereinscheinen, die langwellige Wärmestrahlung bleibt unter dem Glasdach gefangen – werden sie als Treibausgase bezeichnet. Während das, wegen seiner großen Menge stärkste, Treibhausgas ‘Wasserdampf‘ natürliche Quellen hat, gibt es weitere Gase die in geringeren Konzentration vorkommen, aber wesentlich wirksamer sind. Hierzu zählen CO2, CH4 und N2O. Bedingt durch die technische Entwicklung (Autos, Flugzeuge, etc.), den zunehmenden Wohlstand und gestiegene Ansprüche sowie die steigende Weltbevölkerung, die nicht nur mit Nahrungsmitteln und Wohnraum versorgt werden muss, sondern auch die technischen Errungenschaften nutzen will, werden durch die Menschheit immer mehr dieser Treibhausgase produziert, gelangen in die Atmosphäre und führen zu einem weiteren Temperaturanstieg.
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Klimarelevante Spurengase mit anthropogenem Hintergrund (globale Mittelwerte der Mischungsverhältnisse in ppm = parts per million bzw. ppb = parts per billion)
GasQuellenSenken2021um 1750Zunahme 2020 – 2021CO2Verbrennung und Zersetzung organischer Substanz, …Aufnahme durch die Vegetation und die Ozeane415,7 ±0,1 ppm~ 278 ppm2,5 ppmCH4Sümpfe, Reisanbau, Lecks bei der Gasförderung, Verbrennung, …Reaktion mit OH1908,0 ±2 ppb~ 722 ppb18,0 ppbN2OKunstdüngereinsatz, Verbrennung, …Photolyse in der Stratosphäre334,5 ±0,1 ppb~ 270 ppb1,3 ppb
Datenquelle: WMO Greenhouse Gas Bulletin
Der globale Mittelwert setzt sich aus der Summe aller Prozesse zusammen bei der die Gase freigesetzt werden, abzüglich der Summen der Abbauvorgänge. Die Stärken der Quellen und Senken variiert dabei räumlich sehr beträchtlich (ein Industriegebiet und ein Nationalpark sind nicht das gleiche), weswegen für die Erfassung ein Messnetz notwendig ist, das dieser Verteilung Rechnung trägt und für das Untersuchungsgebiet, in unserem Fall die Bundesrepublik Deutschland, repräsentative Daten liefert.
Das Vorhaben ICOS-D-Atmosphäre soll eine zeitlich und räumlich hoch aufgelöste Bestimmung von Klimagasflüssen in Deutschland leisten. Hierzu ist ein Messnetz von neun Messstationen an hohen Türmen (bis zu 341 m) aufgebaut worden, um eine langfristig gesicherte Bereitstellung von Daten mit hohen Qualitätsanforderungen (ICOS-EU und GAW) und hoher Zeitauflösung zu ermöglichen.
Diese sind Grundlage für die inverse ’top-down’ Modellierung zur Abschätzung regionaler Klimagasbudgets sowie für die Erzeugung von Klimagasbilanzen auf Monatsbasis mit einer räumlichen Auflösung von 0.1 ° x 0.1 °.
Ziele des BMVI und DWD für ICOS sind:
- Daten und Produkte zur zukünftigen Entwicklung von Klimagasen in Deutschland und Europa erzeugen
- die langfristige Überprüfung von Emissionsminderungen
- die Basis für klimapolitische Entscheidungen liefern
Um diese gestellten Ziele zu erfüllen wird das ICOS-D Atmosphärenprogramm umfassen:
- 6 Hauptstationen und 2 Nebenstationen an hohen Türmen (> 100 m) und eine maritime Station
- Kontinuierliche Messung der Klimagase CO2, CH4 und N2O, spezieller Tracer wie CO und Radon sowie meteorologischer Parameter in jeweils 3-5 Höhen
- an den Hauptstationen zusätzlich die Installation spezieller Probensammler für die Analysen der Kohlenstoffisotope (14C und 13C) und weiterer Klimagase in den Zentralen Analytischen Laboren (CAL)
- ein Qualitätsmanagement-System mit Wartungsplan, Kontrollprozeduren und (teil-) automatisierten Datenflüssen
Status der ICOS-D Stationen
Ergebnisse
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Vorläufige aktuelle Konzentrationen der Klimagase CO2 und CH4 an der ICOS Messstation ‘Hohenpeißenberg‘ (Prüfgase werden für die Qualitätssicherung alle 7 Stunden gemessen und zweimal monatlich zudem zusätzlich für mehrere Stunden drei unterschiedliche Referenzgase)
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Aktueller Jahresgang der CO2 ,CO und CH4 Konzentration an den ICOS Messstationen Gartow (GAT), Hohenpeißenberg (HPB), Karlsruhe (KIT), Lindenberg (LIN), Torfhaus (TOH) und Steinkimmen (STE). In der Abbildung kann man sehr gut die Änderung der CO2 Konzentration im Verlaufe des Jahres verfolgen. Liegen die Werte im Winter wegen des verstärkten Bedarfs an Energie hoch, sinkt die Konzentration im Sommer auf ein Minimum, da einerseits durch die Vegetation viel CO2 aufgenommen wird, andererseits der Energiebedarf geringer ist.
Xem thêm : Kali pemanganat là gì? Ứng dụng của Kali pemanganat trong xử lý nước thải
Offizielle ICOS Daten können über das Carbon Portal abgerufen werden.
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Messtechnik
Klimagase Messtechnik
Der Messturm auf dem Hohenpeißenberg (Links), ein Windsensor in 93 m Höhe am Turm (im Hintergrund das Meteorologische Observatorium, Mitte), sowie rechts die Messtechnik (linker Schrank) und die Zuleitung der Luftproben von den drei Höhen (rechter Schrank)
Die Aufgabe höchstgenaue Messungen durchzuführen stellt größte Anforderungen an Messgeräte, Materialen und Arbeitsroutinen. Für das europäische Verbundprojekt ICOS wurden so verbindliche Qualitätsziele festgelegt (z.B. Messgenauigkeiten für die Gase CO2 ±0,1 ppm, CH4 ±2 ppb, N2O ±0,1 ppb), mit denen eine direkte Vergleichbarkeit der Ergebnisse von allen Stationen möglich ist.
Zur Bestimmung der Konzentrationen von CO2 und CH4 werden Picarro G2301 Analysegeräte genutzt, die mit dem Verfahren der Cavity Ring-Down Spectroscopy (CRDS) arbeiten. Das Analysesystem für N2O und CO nutzt Instrumente der Marke Los Gatos. Weiterhin werden die beiden Parameter Radon und 14C erfasst. Radon liefert Informationen über die vertikale Durchmischung der Atmosphäre und trägt hiermit zur Verbesserung der inversen Modellierung bei. Aus dem Auftreten des Isotops 14C im CO2 kann auf die Herkunft des CO2 geschlossen werden. Wegen des Zerfalls von 14C findet sich dieses nicht mehr in fossilen Energieträgern (wie Kohle, Öl und Gas) und damit auch nicht im CO2 aus deren Verbrennung.
Die Messung von CO2 und CH4 erfolgt am Messturm Hohenpeißenberg auf drei Höhen (50 m, 93 m, 131 m) mit einem zeitlichen Wechsel von 5 Minuten pro Messhöhe, so dass innerhalb einer Stunde vier vollständige Sätze von vertikalen Profilinformationen und zusätzlich Qualitätsüberprüfungen vorliegen.
Für die Erfassung der meteorologischen Parameter auf den 3 Höhen werden folgende Messinstrumente genutzt:
MessgrößeMessinstrumentLufttemperatur und -feuchteVaisala HMP155Windrichtung und -geschwindigkeit Thies Ultraschall 2-D AnemometerNiederschlagEigenbrodt RS85LuftdruckVaisala PTB330GlobalstrahlungKipp & Zonen CMP11
Diese Daten werden kontinuierlich mit einer zeitlichen Auflösung von 1 Minute bereitgestellt.
Als Standorte wurden zuerst der Fernsehturm bei ’Hohenpeißenberg’ in Oberbayern, der Messturm am Meteorologischen Observatorium des Deutschen Wetterdienstes in Lindenberg (Brandenburg) und der 340 m hohe Funkturm in Gartow (Niedersachsen) für den Messbetrieb eingerichtet. Die Messausstattung des sich bereits auf dem Ochsenkopf im Fichtelgebirge in Betrieb befindlichen Turmes ist den ICOS-Anforderung entsprechend nachgerüstet worden. Mittlerweile laufen vier weitere Stationen in Karlsruhe (Baden-Württemberg), Jülich (Nordrhein-Westfalen), Torfhaus (im Hochharz, Niedersachsen) und Steinkimmen (Niedersachsen). Eine marine Referenzstation auf Helgoland ist auch noch vorgesehen.
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Nguồn: https://thuvienhaichau.edu.vn
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