Modul Q&S | Quellen und Senken von Treibhausgasen
Um die Entstehung der Treibhausgase Kohlendioxid, Lachgas und Methan mittels inverser Modellierung (Modul M) möglichst genau darstellen zu können, hat neben Beobachtungsdaten (Modul B), die Abschätzung von „a-priori“ oder „prior“ Flüsse des Treibhausgasaustausches zwischen Oberfläche und Atmosphäre eine zentrale Bedeutung.
Das Modul Quellen & Senken (Q&S) entwickelt Modellansätze, die es ermöglichen, diese „a-priori“ oder „prior“ Flüsse in hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung, zusammen mit einer Bewertung der Unsicherheiten zu simulieren. Die Berechnung dieser „a-priori“ Flüsse der Treibhausgase erfolgt durch die Bottom-up-Quantifizierung von Treibhausgasemissionen, die Parametrisierung von Prozess- und Ökosystemflüssen und anthropogenen Emissionen von Treibhausgasen auf lokaler bis regionaler Ebene. Vergleiche der Inversionsergebnisse mit den Modellergebnissen aus Modul Q&S führen zu einer stetigen Weiterentwicklung der THG-Emissionsabschätzung.
Der Kernbereich von Modul Q&S (QS_I) besteht in der ersten Phase von ITMS aus vier Arbeitspaketen (WP1 - WP4) und fünf assoziierten Projekten (QS_II) die neben den Kernmodulen Untersuchung zu spezialisierten Themen wie zum Beispiel Treibhausgasemissionen aus Mooren/organischen Böden (MODELPEAT), Land-, Forst- und Viehwirtschaft (Agri-For-Live), Gewässern (Coast GEm) durchführen, die dann in den weiteren Phasen zum operationellen Betrieb bereitgestellt werden sollen.
Modulkoordination Quellen und Senken (Q&S)
Das Modul Q&S wird koordiniert von Ralf Kiese, Clemens Scheer und Hannes Imhof vom KIT IMK-IFU.
QS_I WP1 | THG-Emissionen in den Sektoren Industrie, Verkehr, Energie und Abfall
Das Umweltbundesamt ist am Arbeitspaket 1 (WP1) beteiligt und stellt räumlich-zeitlich verteilte anthropogene Emissionen für die Sektoren Industrie, Verkehr, Energie und Abfall bereit.
Für die räumliche Verteilung von Luftschadstoffen wird bereits das Gridding Emission Tool for ArcGIS (Greta) betrieben. Greta wird im Rahmen des Projektes um Treibhausgase erweitert. Zudem wird die zeitliche Verteilung der Emissionen durch die Erweiterung des Tools Temporal Resolution of Emission data (TeReSE) umgesetzt.
Weiterführende Informationen:
Beteiligte Personen:
QS_I WP2 | Treibhausgasflüsse für die Sektoren Landwirtschaft und Forstwirtschaft
In Arbeitspaket 2 (WP2) liefert das Thünen-Institut räumlich heruntergerechneten Emissionsfelder der Treibhausgase CO2-, CH4- und N2O auf der Grundlage der nationalen UNFCCC-Berichterstattung gemäß dem "Nationalen Inventarbericht", wobei zwischen den verschiedenen Quellenkategorien wie Tierhaltungssysteme, direkte Bodenemissionen, indirekte Emissionen und Emissionen aufgrund von Landnutzungsänderungen unterschieden wird.
Beteiligte Institution: Thünen Institut, Institut für Agrarklimaschutz, Arbeitsgruppe Emissionsinventare
Beteiligte Personen:
QS_I WP3 | Biogene CO2 Flüsse
Der Aufbau eines flexiblen und einsatzfähigen Arbeitsablaufs zur Schätzung stündlicher biogener CO2-Flüsse ist Ziel von Arbeitspaket 3 (WP3). Diese Schätzungen werden mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung auf der Grundlage der Integration von maschinellem Lernen, Satellitendaten und Messungen von CO2-Flüssen und ergänzenden Parametern an Eddy-Kovarianz-Standorten in Deutschland durchgeführt. Dies wird als Grundlage für die Inversionsaktivitäten des ITMS-M-Moduls dienen. Diese Arbeit stützt sich auf die langjährige Erfahrung der MPI-BGC-Gruppe im Zusammenhang mit der FLUXCOM-Initiative.
Beteiligte Institution: Max-Planck Institut für Biogeochemie, Arbeitsgruppe Globale diagnostische Modellierung
Beteiligte Personen:
QS_I WP4 | Biogeochemische Modellierung des Treibhausgasaustauschs in Ökosystemen
In Arbeitspaket 4 (WP4) wird mittels des biogeochemischen Prozessmodells LandscapeDNDC die Quellen und Senkenstärke von Agrarflächen (Grünflächen und Ackerlnd) sowie von Waldgebieten bestimmt.
Als Eingangsdaten werden unter anderem Daten und Karten des Thünen Instituts sowie Fernerkundungsdatensätze genutzt (WP2).
Zur Kalibrierung und Evaluierung fließen Ergebnisse aus den bestehenden Netzwerke ICOS und TERENO mit ein. Die gewonnen a-priori-Abschätzungen mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung werden direkt für die inverse Modellierung von Modul M genutzt.
Beteiligte Institution: KIT IMK-IFU, Arbeitsgruppe Terrestrische Bio-Geo-Chemie
Beteiligte Personen:
QS_II | Agri-For-Live: Modellierung der Treibhausgasemissionen aus der Land-, Forst- und Viehwirtschaft in Deutschland
Das zu ITMS assoziierte Verbundprojekt Agri-For-Live mit den Partnern KIT, Thünen Instituts und FZJ befasst sich mit drei zentralen Aspekten von ITMS:
- Erhöhung der zeitlichen und räumlichen Auflösung der Aktivitätsdaten aus Land-, Forstwirtschaft und Landnutzung (AFOLU).
- Emission von Treibhausgasen (THG) aus der Viehhaltung.
- Biogeochemische Modellierung von THG-Austauschprozessen in land- und forstwirtschaftlichen Ökosystemen zur Verbesserung der räumlichen und zeitlichen Auflösung von Bottom-up-THG Inventaren.
Weitere Informationen finden Sie auf den Seiten von Agri-For-Live.
Beteiligte Institutionen:
- KIT IMK-IFU, Arbeitsgruppe Terrestrische Bio-Geo-Chemie
- Thünen Institut, Institut für Waldökosysteme, Institut für Agrarklimaschutz, Arbeitsgruppe Emissionsinventare
- FZJ Jülich, Arbeitsgruppe Stochastic Analysis Terrestrial Systems
QS_II | MODELPEAT: Modellierung von Treibhausgasemissionen aus Mooren: prozessbasierte, rationalisierte THG-Modellierung
Messungen mit Hilfe einer EC Station (rechts oben) und mit Hilfe von Kammermessungen (links unten) in Moorlandschaften, links unten eine Messkammer in einer Moorlandschaft, rechts unten eine Grafik mit THG Bilanz gegen Wasserstand und einer von links nach rechts abnehmenden Kurve. Diese zeigt, dass mit zunehmendem Wasserstand die Menger der Treibhausgase in CO2 Äquivalenten abnehmen.
Durch die starke landwirtschaftliche Nutzung von Mooren haben diese ihre ursprüngliche Kohlenstoffspeicherwirkung verloren und CO2 wird in großem Maße freigesetzt. Damit sind Moore eine nicht zu unterschätzende Quelle von Treibhausgasen, deren genaue Quellen- und Senkenstärke im Jahresverlauf noch nicht flächenhaft dargestellt werden können. Dies ist aber für eine integrierte Betrachtung wie sie im Rahmen von ITMS stattfindet von großer Bedeutung.
In MODELPEAT werden, durch die Weiterentwicklung empirischer und prozessorientierter Modellierungsansätze, Werkzeuge entwickelt, um für ITMS THG-Emissionen aus Moorböden in bisher unerreichter räumlicher und zeitlicher Auflösung bereitzustellen.
Weitere Informationen finden Sie auf den Seiten von MODELPEAT.
Beteiligte Institutionen:
- HSWT, Peatland Science Centre
- KIT IMK-IFU, Arbeitsgruppe Terrestrische Bio-Geo-Chemie
QS_II | ARTEMIS: Verbesserung der räumlich-zeitlichen Variabilität analysierter und near real-time Treibhausgasemissionen für Nordwesteuropa
Das zu ITMS assoziierte Verbundprojekt ARTEMIS, dass von der FU Berlin durchgeführt wird, hat das Ziel das Verständnis der Prozesse und Mechanismen, die die räumlich-zeitliche Variabilität der anthropogenen Treibhausgasemissionen verursachen, zu verbessern und einen Modellierungsansatz zu entwickeln, der hochaufgelöste Emissionsinformationen für ICON-ART liefert. ARTEMIS kooperiert dabei mit dem QS_I WP1 (UBA) um die räumlich und zeitliche Verteilung von Emissionen aus dem Nationalen Inventarbericht zu verbessern.
Besonderes Augenmerk wird auf die Einbeziehung verbesserter räumlicher Gittermethoden und die Parametrisierung der Auswirkungen sich ändernder meteorologischer Bedingungen auf die Emissionsvariabilität in Deutschland für die Sektoren Energie und Industrie, Straßenverkehr, Haushalte, Abfallwirtschaft und Landwirtschaft gelegt.
Weitere Informationen finden Sie auf den Seiten von ARTEMIS.
Beteiligte Institutionen:
- FU Berlin, Institut für Meteorologie, Arbeitsgruppe Troposphärische Umweltforschung
QS_II | Coast GEm: Treibhausgasemissionen aus deutschen Küstengewässern
Oben links ist die Beprobung von Wasser von einer Seite der Littorina zu sehen. Unten links ist eine Karte der Deutschen Bucht mit den Messstationen des CARMAFLUX-Projekts. Das Bild oben rechts zeigt das Helgoländer Unterwasser Observatorium. Unten rechts ist ein Detailbild der Unterwassersensoren zu sehen.
Im Projekt Coast-GEm liegt der Schwerpunkt auf der Quantifizierung von Treibhausgasquellen und -senken im Küstenbereich der deutschen Nordsee durch die Nutzung bestehender Überwachungsinfrastrukturen in Kombination mit Fahrten in der Küstenzone der Nordsee. Ergänzt werden diese durch Messungen in der Mündung der Elbe, die die größte Nährstoffquelle für die Deutsche Bucht ist und dadurch auch einen großen Einfluss ausübt.
Coast-GEm wird durch das von der Helmholtz-Gemeinschaft geförderte AGRIO-Projekt (2025 - 2027) begleitet, das das erste kontinuierliche gekoppelte hydrodynamisch und biogeochemisch Modellsystem erstellen wird. Dies wird durch die laterale und prozedurale Verknüpfung bestehender Modelle für das Fluss-Meer-Kontinuum der Elbe, erfolgen und alle drei Treibhausgase beschreiben..
Weitere Informationen finden Sie auf den Seiten von Coast GEm.
Beteiligte Institutionen:
- Alfred-Wegener-Institut Helgoland, Ökologie der Schelfmeere
- HEREON, Aquatische Nährstoffkreisläufe
QS_II | TORCH: Operationelle Charakterisierung der Unsicherheiten von hochauflösenden AI-basierten biogenen CO2-Flüssen
Um a-priori Schätzungen der biogenen CO2-Flüsse optimal in atmosphärische Inversionen integrieren zu können, braucht es Informationen über die Verlässlichkeit der Flüsse. Das Projekt TORCH bewertet die Unsicherheiten des Priors für biogene CO2-Flüsse, und ergänzt damit die Tätigkeiten in WP-Q&S_I.3 („Biogenic Fluxes“), bei denen Flussabschätzungen mittels machinellem Lernen abgeleitet werden.
Weitere Informationen finden Sie auf den Seiten von TORCH.
Beteiligte Institutionen:
- Max-Planck Institut für Biogeochemie, Arbeitsgruppe Globale diagnostische Modellierung