Klimaforschung

Neue Methode zur globalen Messung von Treibhausgasen

Am Wegener Center für Klima und Globalen Wandel der Universität Graz haben ForscherInnen die erste Methode zur langfristigen und hoch präzisen Messung von Treibhausgasen in der freien Atmosphäre entwickelt, um damit tiefere Einsichten in die globalen Klimaveränderungen zu ermöglichen.

Um Treibhausgase in der Atmosphäre zu messen, schickten Grazer ForscherInnen Infrarotlaser-Signale über 144 km von La Palma nach Teneriffa. (Grafik: Uni Graz, Wegener Center/IAC Tenerife)

Nach einem Pionierexperiment, das 2011 auf den Kanarischen Inseln durchgeführt wurde, sind nun sämtliche Daten wissenschaftlich ausgewertet. Die Ergebnisse bestätigen die Theorie: Die von den Grazer ForscherInnen beschriebene Methode der Infrarotlaser-Okkultation funktioniert und kann einen Quantensprung in der globalen Klimabeobachtung auslösen. Die Erkenntnisse wurden kürzlich im Fachjournal „Atmospheric Measurement Techniques“ veröffentlicht.

Die neue Messmethode, die Univ.-Prof. Dr. Gottfried Kirchengast, Leiter des Wegener Center der Uni Graz, mit seinem Team entwickelt hat, beruht auf Infrarotlaser-Signalen, die von einem Sender- zu einem Empfänger-Satelliten geschickt werden. Bei ihrem Weg durch die freie Atmosphäre, die etwa 2 bis 3 km über der Oberfläche beginnt, werden die Signale gebrochen und teilweise absorbiert, so dass sie gedämpft beim Empfänger ankommen. „Die verschiedenen Treibhausgase – wie zum Beispiel Kohlendioxid, Methan oder Wasserdampf – absorbieren die Infrarotlaser-Signale auf ganz bestimmten Wellenlängen stark und dazwischen fast gar nicht. Jedes Gas hat ganz charakteristische Absorptionslinien. Bei Wahl der richtigen Linien lässt sich dann die jeweilige Konzentration der Gase ermitteln“, erklärt Kirchengast.

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Die Lasersignale erlaubten unter anderem die Konzentration von CO2 zuverlässig und übereinstimmend mit Vergleichsmessungen vor Ort zu berechnen. (Grafik: Proschek et al. (2015))

Ihre Feuerprobe bestand die Theorie vor vier Jahren auf den Kanarischen Inseln: Mit einem internationalen Team haben die Grazer ForscherInnen von einer Sendestation am Kraterrand des Roque de los Muchachos auf La Palma Infrarotlaser-Signale über 144 km zu einem Teleskop der ESA im Observatorium del Teide auf Teneriffa geschickt. Gleichzeitig wurden als Referenz Bodenmessungen durchgeführt.

Nun, nachdem die Fülle an gewonnenen Daten detailliert ausgewertet wurde, steht fest: „Die neuartige Methode der Infrarotlaser-Okkultation ist in der Lage, Treibhausgaskonzentrationen in der freien Atmosphäre weltweit zuverlässig zu messen“, bestätigt Dr. Veronika Proschek, Postdoc am Wegener Center und Erstautorin der jüngst veröffentlichten Arbeit. Außerdem lässt sich auch die Windstärke über die Infrarotlaser-Signale bestimmen, wie eine weitere Publikation des Teams kürzlich erstmals nachwies. „Die Daten weisen eine Qualität auf, die selbst ausgesuchte Bodenstationen lokal nur schwer erreichen“, unterstreicht Kirchengast.

Zwischen Sendersatellit (LEOTx) und Empfängersatellit (LEORx) lässt sich mit der Methode auch der Wind in der Stratosphäre weltweit genau messen. (Grafik: Uni Graz, Wegener Center, Plach et al. (2015))

Nach diesen erfolgreichen Ergebnissen will der Klimaforscher mit seinem Team den Weg in Richtung einer Satellitenmission fortsetzen.

Publikationen:
Proschek, V., G. Kirchengast, S. Schweitzer, J.S.A. Brooke, P.F. Bernath, and 12 further co-authors (2015), Retrieval and validation of carbon dioxide, methane and water vapor for the Canary Islands IR-laser occultation experiment, Atmospheric Measurement Techniques, 8, 3315-3336, DOI:10.5194/amt-8-3315-2015. http://www.atmos-meas-tech.net/8/3315/2015.

Plach, A., V. Proschek, and G. Kirchengast (2015), Profiling wind and greenhouse gases by infrared-laser occultation: results from end-to-end simulations in windy air, Atmospheric Measurement Techniques, 8, 2813-2825, DOI:10.5194/amt-8-2813-2015. http://www.atmos-meas-tech.net/8/2813/2015

Die Arbeiten wurden von der Europäischen Weltraumorganisation ESA und der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft FFG (Weltraumprogramm ASAP) gefördert und sind im Forschungsschwerpunkt „Umwelt und Globaler Wandel“ der Universität Graz verankert.

Kontakt:
Univ.-Prof. Dr. Gottfried Kirchengast
Wegener Center für Klima und Globalen Wandel der Universität Graz
E-Mail: gottfried.kirchengast@uni-graz.at

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