12. April 2023 | Wissenschaftler:innen der Universität Wuppertal und des Forschungszentrums Jülich konnten erstmals zeigen, wie sich CO2 während des Asiatischen Sommermonsuns über dem indischen Subkontinent bis in Höhen von 20 km verbreitet. Die Erkenntnisse tragen dazu bei, vorhandene Transportmodelle zu verbessern und damit die Emission und Ausbreitung von CO2 in der Atmosphäre in Südasien genauer erfassen und beurteilen zu können.
Die Ergebnisse seien ein wichtiger Schritt hin zu einem genaueren 3-D-Modell der CO2-Menge und -Verbreitung in Südasien. Die Studie unter Federführung von Dr. Bärbel Vogel vom Jülicher Institut für Stratosphäre ist in der Fachzeitschrift Communications Earth & Environment erschienen.
Indien lag 2017 beim vom Menschen verursachten Ausstoß von Kohlendioxid weltweit an vierter Stelle – nach China, den USA und der EU. Doch bislang gibt es auf dem indischen Subkontinent nur sehr wenige Messstellen, die über viele Jahre und saisonal aufgelöst Treibhausgase wie oder Lachgas (N2O) erfassen.
Forschungsmission mit Höhenforschungsflugzeug
Die CO2-Daten aus Boden-Messtellen konnten die Forscher:innen jetzt zur Modellierung von Messungen nutzen, die in hoher zeitlicher und vertikaler Auflösung bei einer Kampagne mit dem Höhenforschungsflugzeug Geophysika über dem indischen Subkontinent gewonnen wurden.
Diese von der Universität Wuppertal durchgeführten Messungen seien einzigartig, da zum ersten Mal hochaufgelöste CO2-Daten bis in eine Höhe von etwa 20 km im Zentrum des Asiatischen Sommermonsuns gesammelt werden konnten. Dieser ist eines der dynamischsten und energiereichsten Wettersysteme der Erde. Er wirkt wie ein gigantischer Fahrstuhl, der Treibhausgase, ozonzerstörende Substanzen sowie Aerosole und ihre Vorläufer bis zu einer Höhe von über 16 Kilometern in die untere Stratosphäre befördert.
Mit Lagrangeschen Modellsimulationen (violett) konnten erfolgreich vertikale CO2-Profile rekonstruiert werden, die durch hochauflösende Flugzeugmessungen erstmals im Zentrum des Asiatischen Sommermonsuns bis in ein Höhe von etwa 20 Kilometern gewonnen wurden. Dies ist eine Region mit schnellem Aufwärtstransport von Schadstoffen vom Boden bis in die untere Stratosphäre (Quelle: Bärbel Vogel at al.)
Rasche Ausbreitung bis 13 km Höhe
Die Wissenschaftler:innen nutzten das am Institut für Stratosphäre entwickelte Modell CLaMS („Chemisch Langrangesche Modell der Stratosphäre“) in Kombination mit den Bodenmessungen, um damit die gemessenen Kohlendioxid-Profile zu rekonstruieren. So vertieften sie das Verständnis der vertikalen Verteilung des Klimagases in der Region des Asiatischen Sommermonsuns.
Sie konnten zeigen, dass sich CO2 rasch bis in eine Höhe von 13 Kilometern ausbreitet. Darüber verlangsamt sich der vertikale Transport, jedoch wurden bis in Höhen von etwa 20 Kilometern im Vergleich zur übrigen Stratosphäre erhöhte CO2-Werte gemessen.
Vorhandene Modelle präzisieren
Nach Einschätzung der Forschenden lassen sich die neuen Erkenntnisse zur Verbreitung von Kohlendioxid von der Erdoberfläche bis hoch in die Stratosphäre dazu nutzen, die vorhandenen Modelle zum Transport von Spurengasen und Aerosolen in der Atmosphäre über Südasien zu präzisieren und damit neu zu bewerten.
Gemeinsam mit den Daten der Messstationen auf dem Boden entsteht so die Grundlage für realistische 3-D-Simulationen von CO2in der Atmosphäre über Südasien und damit für eine bessere Bestimmung der hohen CO2-Emissionen in dieser wenig beobachteten Region sowie für verbesserte Atmosphären- und Klimamodelle – auch auf globaler Ebene.
Originalpublikation:
Vogel, B., Volk, C.M., Wintel, J. et al. Reconstructing high-resolution in-situ vertical carbon dioxide profiles in the sparsely monitored Asian monsoon region. Commun Earth Environ 4, 72 (2023). DOI: 10.1038/s43247-023-00725-5