GeoSphere Austria’s Aktivitäten im CAMS National Collaboration Programme

Die GeoSphere Austria nutzt Daten des europäischen Copernicus Atmosphere Monitoring Service (CAMS), um die Vorhersage von menschgemachten und natürlichen Luftschadstoffen zu optimieren.

Die GeoSphere Austria verbessert laufend nicht nur ihre Vorhersage des Wetters, sondern auch jene der Luftqualität. Dabei liegt der Fokus auf der Verwendung von räumlich und zeitlich höher aufgelösten Emissionsinventaren, verbesserten Punktvorhersagen auf statistischer Basis sowie auf der expliziten Berücksichtigung von Luftschadstoffen natürlichen Ursprungs (z. B. Wüstenstaub oder vulkanische Emissionen) bzw. deren Anteil an der Gesamtbelastung. Neben den umfangreichen Modellanwendungen der GeoSphere Austria und Beobachtungsdaten aus Österreich sollen in Zukunft auch Produkte von Copernicus bzw. des Copernicus Atmosphere Monitoring Service (CAMS) in die Vorhersage einfließen.

Die Copernicus Initiative der Europäischen Union

https://www.copernicus.eu/

Copernicus ist die Erdbeobachtungskomponente innerhalb des Weltraumprogramms der Europäischen Union. Das Programm liefert Daten, Informationen und Dienste auf Grundlage satellitengestützter Erdbeobachtung und In-situ-Messungen (Nicht-Weltraumdaten). Der Name leitet sich von dem berühmten europäischen Wissenschaftler Nicolaus Copernicus ab, dessen Weltbild mit der Sonne als Zentrum einen wichtigen Beitrag zur modernen Wissenschaft leistete.

Copernicus wird von der Europäischen Kommission koordiniert und verwaltet. Es wird in Partnerschaft mit den Mitgliedstaaten, der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), der Europäischen Organisation für die Nutzung meteorologischer Satelliten (EUMETSAT), dem Europäischen Zentrum für mittelfristige Wettervorhersagen (ECMWF), den EU-Agenturen (z. B der Europäischen Umweltagentur EEA) und Mercator Océan (internationale Non-Profit Organisation) umgesetzt.

Große Mengen an globalen Daten von Satelliten und bodengebundenen, luftgestützten und seegestützten Messsystemen werden verwendet, um Informationen bereitzustellen, die Dienstleistern, Behörden und anderen internationalen Organisationen helfen, die Lebensqualität der europäischen Bürger zu verbessern. Die angebotenen Informationsdienste sind für ihre Nutzer frei und offen zugänglich.

Weitere Informationen zu Copernicus sind in der Copernicus Broschüre zu finden.

Das Copernicus Atmosphere Monitoring Service (CAMS)

https://atmosphere.copernicus.eu/

Der Copernicus-Dienst zur Überwachung der Atmosphäre (CAMS) liefert kontinuierlich Daten und Informationen zur Zusammensetzung der Atmosphäre, indem Bestandteile wie Treibhausgase, reaktive Gase, Ozon und Aerosole überwacht und Vorhersagen für sie abgegeben werden.

CAMS stellt auf diese Weise konsistente und qualitätsgeprüfte Informationen bereit, die der Entwicklung von Lösungen in den Bereichen Luftverschmutzung, Gesundheit, Solarenergie, Treibhausgase und Klimawandel dienlich sind, um Umweltproblemen entgegenzuwirken.

CAMS wurde im Auftrag der Europäischen Union unter Verwendung von Fördermitteln der EU beim ECMWF angesiedelt.

Das CAMS National Collaboration Programme (CAMS-NCP)

https://atmosphere.copernicus.eu/cams-national-collaboration-programme

Um eine verstärkte Nutzung und Weiterentwicklung des CAMS Portfolios zu gewährleisten, arbeitet das ECMWF in den letzten Jahren verstärkt mit nationalen Dienstleistern (wie auch der GeoSphere Austria) in Europa zusammen. Dies geschieht auf Basis des CAMS National Collaboration Programme (CAMS-NCP), bei welchem die nationalen Dienstleister vom ECMWF Förderverträge erhalten, um mit Hilfe von CAMS Produkten ihre Mission auf nationaler Ebene noch besser erfüllen zu können. Umgekehrt sollen auch bewährte Verfahren und Praktiken der Nationalstaaten für CAMS nutzbar gemacht werden.

Konkrete Nutzung von CAMS Produkten an der GeoSphere Austria

Während Überschreitungen der Grenzwerte für Schwefeldioxidkonzentrationen (SO₂) heutzutage in Mittel-und Westeuropa aufgrund menschlicher Aktivitäten nur mehr selten auftreten, kann es im Zuge von Vulkaneruptionen dennoch dazu kommen. Zuletzt traten in Österreich im September 2014 deutlich erhöhte SO₂ -Konzentrationen in Bodennähe als Folge der Holuhraun Eruption auf Island auf. Aber allen voran ist die Ausbreitung von Vulkanemissionen in höheren Atmosphärenschichten, in denen diese auch wesentlich effizienter als am Boden erfolgt, für die Luftfahrt relevant, um die Flugsicherheit zu gewährleisten. Die CAMS Produkte werden in Zukunft helfen, die Ausbreitungsvorhersage solcher Schadstoffwolken noch genauer zu machen.

Das besonders starke Saharastaubereignis zu Ostern 2024 hat wieder einmal deutlich gezeigt, dass Wüstenstaub bis nach Mitteleuropa (und darüber hinaus) transportiert werden und damit auch die Luftqualität in Österreich beeinträchtigen kann. Der Transport von Wüstenstaub nach Europa kann auch durch Modelle simuliert werden. Das globale CAMS Modell hat am Ostermontag (1. April) die räumliche Verteilung des Saharastaubs über Österreich sehr gut vorhergesagt (siehe Abbildung 1), die Stärke des Ereignisses jedoch deutlich unterschätzt (Abbildung 2). Im Rahmen dieses Projekts werden gemeinsam mit dem Umweltbundesamt (UBA) statistische Methoden entwickelt und getestet um den Anteil von Wüstenstaub an der gemessenen Feinstaubkonzentration unter Verwendung von CAMS Daten besser abschätzen zu können.

Abbildung 1: Tagesmittel der modellierten PM₁₀ Konzentration in Bodennähe sowie der Beobachtungen an österreichischen Messstationen (Kreise) am 1. April 2024

Abbildung 2: Zeitlicher Verlauf der modellierten PM₁₀ Konzentrationen (rot) und des Staubanteils (blau) sowie der beobachteten PM₁₀ Konzentrationen (rot strichliert) an der Station Graz Don Bosco vom 29. März bis zum 2. April 2024

Ein weiterer Schwerpunkt des Projekts liegt darauf, Modelleingangs- bzw. Ausgangsdaten von einer groben auf eine höher aufgelöste räumliche Skala physikalisch konsistent zu transferieren. Im Rahmen des Projekts wird der von CAMS bereitgestellte anthropogene Emissionskataster (horizontale Auflösung: 0,05° x 0,1°) basierend auf der räumlichen Verteilung der verfügbaren österreichischen Emissionskataster herunterskaliert, um einen räumlich hochaufgelösten Emissionsdatensatz für die Luftqualitätsvorhersage zu generieren. Weiters werden CAMS Luftgütevorhersagen für ausgewählte österreichische Standorte statistisch optimiert.