Einsatz von „Sentinel-Satelliten“ zur Überwachung der Treibhausgasemissionen

Der kürzlich veröffentlichte Sechste Sachstandsbericht des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen (IPCC-AR6) warnte davor dass der Klimawandel bereits alle bewohnten Regionen der Welt betrifft und das Ausmaß der jüngsten Veränderungen im Zeitmaßstab der Jahrtausende beispiellos ist. Die Diskussionen auf der COP26 haben die kritische Notwendigkeit für die Länder hervorgehoben, die Reduzierung der Treibhausgasemissionen (THG) zu beschleunigen und längerfristig in Richtung Netto-Null zu gehen. Dies erfordert eine groß angelegte Klimafinanzierung mit privater Kapitalmobilisierung in Billionenhöhe durch nachhaltigkeitsbezogene Anleihen und Impact Investments, während die Länder den Übergang zu einer kohlenstoffarmen Wirtschaft vollziehen. Diese Initiativen werden neue Leistungskennzahlen benötigen, die die Reduzierung der Treibhausgasemissionen messen.

Begrenzte Informationen haben die Entscheidungsfindung behindert

Die Leistungsmessung in diesem Bereich wurde durch das nahezu vollständige Fehlen direkt gemessener lokaler und regionaler THG-Daten zur Problemdiagnose und Programmbewertung behindert. Konsequent gemessene THG-Schätzungen sind spärlich und beruhen meist auf Emissionsparametern aus technischen Studien, die auf umfragebasierte Aktivitätsmessungen für Verkehr, Energieerzeugung und Produktion angewendet werden. Die Parameter sind für Entwicklungsländer besonders suspekt, weil viele mit Datenbanken und Modellen in einkommensstarken Volkswirtschaften kalibriert wurden.

Satellitenbasierte Daten sind der Schlüssel zur globalen Leistungsverfolgung

Sentinel-Satelliten können mächtige Verbündete sein, mit hochauflösenden THG-Messungen, die jetzt von vielen Plattformen verfügbar sind, darunter die OCO-2- und OCO-3-Instrumente der NASA, die METOP-A- und TROPOMI- (Sentinel-5P)-Plattformen der Europäischen Weltraumorganisation, Chinas TANSAT und GOSAT und GOSAT-2 der Japan Space Exploration Agency.

In einem kürzlich Arbeitspapier, haben wir neue Satellitendaten verwendet, um die CO2-Emissionen von über 1.000 Städten weltweit zu messen und zu analysieren. Wir haben uns für das OCO (Orbiting Carbon Observatory)-2 der NASA entschieden, das Open Access, ein langes Panel von konsistent gemessenen täglichen Beobachtungen und die höchste räumliche Auflösung unter den verfügbaren Quellen bietet. Wir haben uns auf Städte mit mehr als 500.000 Einwohnern konzentriert, da diese Orte eine hohe Konzentration an Wirtschaftstätigkeit und Emissionen aufweisen.

Unser ökonometrisches Modell des CO2-Ausstoßes von Städten berücksichtigt ihre kohlenstoffintensivsten Industrieaktivitäten (Kraftwerke, Stahlwerke, Raffinerien, Zementwerke); lokale Brände (Kohlenstoffemissionen aus der Verbrennung von Land- und Forstwirtschaft); Einkommen; Bevölkerungen; Bevölkerungsdichten; und klimaabhängigen Wärmebedarf. Nachdem das Modell diese Faktoren berücksichtigt hat, liefern die Regressionsresiduen Leistungsindikatoren, die Städte identifizieren, deren CO2-Emissionen kleiner oder größer als die modellbasierten Erwartungen sind. Dies liefert die erste empirische Scorecard des städtischen CO2-Emissionsmanagements, die auf tatsächlichen CO2-Beobachtungen basiert.

Wie performen Global Cities?

Abbildung 1. Rückstände von regressionsvorhergesagten CO2-Konzentrationen (ppm) für Städte mit mehr als 500.000 Einwohnern

Abbildung 1. Rückstände von regressionsvorhergesagten CO2-Konzentrationen (ppm) für Städte mit mehr als 500.000 Einwohnern

Quelle: Urbane CO2-Emissionen: Eine globale Analyse mit neuen Satellitendaten.

Abbildung 1 zeigt, dass die durch Städteregressionsresiduen gemessene Leistung sowohl innerhalb als auch zwischen den Regionen große Unterschiede aufweist. Abbildung 2 zeigt jedoch, dass sich die regionalen Muster erheblich unterscheiden. China weist auffallend viele große positive Rückstände auf (was darauf hindeutet, dass die CO2-Emissionen über den Erwartungen liegen), während die ehemaligen Comecon-Länder viele große negative Rückstände aufweisen.

Abbildung 2. CO2-Leistung der Stadt nach Region

Abbildung 2. CO2-Leistung der Stadt nach Region

Hinweis: CHN China; AFR Afrika südlich der Sahara; EAP Ostasien & Pazifik (ohne China); MENA Mittlerer Osten & Nordafrika; LAC Lateinamerika & Karibik; SAS Südasien (ohne Indien); NAM Nordamerika; IND Indien; WEU Westeuropa; CEC Ehemalige Comecon-Staaten (Sowjetunion, Osteuropa).
Quelle:
Urbane CO2-Emissionen: Eine globale Analyse mit neuen Satellitendaten.

Andere Regionen mit größer als erwarteten Residuen sind Ostasien und der Pazifik, Afrika südlich der Sahara sowie der Nahe Osten und Nordafrika. Westeuropa und Indien weisen kleiner als erwartete Residuen auf, während sich die Verteilungen für Nordamerika, Lateinamerika und die Karibik sowie Südasien (ohne Indien) grob um den globalen Durchschnitt zentrieren.

Satellitenwächter eröffnen neue Grenzen für die Analyse der THG-Performance

Wir sind optimistisch, dass die Weltbank und andere Institutionen diesen neuen Ansatz zur Leistungsmessung mittels satellitengestützter CO2-Überwachung erweitern werden. Während sich unsere Studie auf Großstädte konzentriert hat, könnte dasselbe Modell in so unterschiedlichen geografischen Umgebungen wie Groß- und Kleinstädten innerhalb von Regionen oder Ländern, Regionen innerhalb von Ländern oder bestimmten Projektgebieten verwendet werden. Um bessere Metriken zur Verfolgung der Fortschritte bei der Reduzierung von Treibhausgasen bereitzustellen, hoffen wir, diese Pilotinitiative auf eine Open-Source, regelmäßig aktualisierte CO2-Datenbank auszuweiten, die alle globalen Interessengruppen informiert.


Source: Deploying ‘sentinel satellites’ to monitor greenhouse gas emissions by www.brookings.edu.

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