Ziel
Das Ziel der ESA-Climate Change Initiative
Die Herausforderung
Der Klimawandel ist wohl die größte ökologische Herausforderung des 21. Jahrhunderts. Die Folgen eines sich erwärmenden Klimas sind weitreichend und wirken sich unter anderem auf die Süßwasserressourcen, die globale Nahrungsmittelproduktion und den Meeresspiegel aus. Da für kommende Generationen eine Verschlimmerung der Auswirkungen auf die natürliche Umwelt und die Gesellschaft vorhergesagt wird, steht der Klimawandel weltweit ganz oben auf der politischen, strategischen und wirtschaftlichen Tagesordnung.
Der politische Bedarf
Das Rahmenübereinkommen der Vereinten Nationen über Klimaänderungen (UNFCCC) steht an der Spitze der internationalen Bemühungen zur Bekämpfung des Klimawandels und zur Begrenzung der globalen Erwärmung auf deutlich unter 2 Grad Celsius über dem vorindustriellen Niveau, wie im Pariser Abkommen beschlossen. Um dieses Ziel zu erreichen und Entscheidungen über die Eindämmung des Klimawandels und die Anpassung daran zu treffen, benötigt das UNFCCC systematische Beobachtungen des Klimasystems.
Ein globales Beobachtungssystem
Die systematische internationale Koordination von Wetter- und Klimabeobachtungen begann um die Mitte des 19. Jahrhunderts und machte in den 1980er Jahren mit der Erkenntnis, dass für das Verständnis und die Vorhersage des Klimas ein besseres Verständnis des gesamten Erdsystems erforderlich ist, einen großen Schritt vorwärts. Dies umfasst das Wetter, das Klima, die Ozeane, die Landmassen, die Geologie, die natürlichen Ressourcen, die Ökosysteme und die natürlichen und vom Menschen verursachten Veränderungen. Ohne genaue, qualitativ hochwertige Beobachtungen mit ausreichender zeitlicher und räumlicher Auflösung könnten die Klimawissenschaften und Klimadienste nur begrenzte Fortschritte erzielen.
Das Globale Klima-Beobachtungssystem (GCOS) wurde 1992 von der Weltorganisation für Meteorologie (WMO), der Zwischenstaatlichen Ozeanographischen Kommission (IOC), dem Umweltprogramm der Vereinten Nationen (UNEP) und dem Internationalen Wissenschaftsrat (ICSU) als internationaler, behördenübergreifender und interdisziplinärer Rahmen zur Deckung des gesamten nationalen und internationalen Bedarfs an Klimabeobachtungen formell eingerichtet. Um dem Bedarf an einer systematischen Beobachtung des Klimas gerecht zu werden, entwickelte das GCOS-Programm das Konzept der Essential Climate Variable (ECV).
Die Anforderungen an ECVs
Ein ECV ist eine physikalische, chemische oder biologische Variable oder eine Gruppe von verknüpften Variablen, die entscheidend zur Charakterisierung des Erdklimas beiträgt. ECVs sind keine ausgewählte Gruppe von eigenständigen Variablen. Vielmehr sind sie Teil eines umfassenderen Konzepts und werden auf der Grundlage der folgenden Kriterien identifiziert:
- Relevanz: Die Variable ist entscheidend für die Charakterisierung des Klimasystems und seiner Veränderungen
- Durchführbarkeit: Die Beobachtung oder Ableitung der Variable auf globaler Ebene ist mit bewährten, wissenschaftlich verstandenen Methoden technisch durchführbar
- Kosteneffektivität: Die Generierung und Archivierung von Daten über die Variable ist erschwinglich, wobei man sich hauptsächlich auf koordinierte Beobachtungssysteme mit bewährter Technologie stützt und, wo möglich, auf historische Datensätze zurückgreift.
Wissenschaft und politische Kreise haben das ECV-Konzept weitgehend befürwortet. Die Parteien der UNFCCC haben die Notwendigkeit anerkannt, nach den Plänen für die Umsetzung zu handeln. Richtlinien für die Berichterstattung über nationale Programme, die zur globalen Klimabeobachtung beitragen, sind entlang der ECVs strukturiert. Bei der Planung der globalen Beobachtung von Wetter-, Wasser- und Klimaanwendungen verwendet die WMO die ECVs und erkennt die Bewertungs- und Planungsdokumente der GCOS als Leitlinien an.
Die mit den ECVs verbundenen Klimadatensätze (Climate Data Records - CDRs) liefern die empirische Evidenz, die notwendig ist, um die Entwicklung des Klimas zu verstehen und vorherzusagen, um Minderungs- und Anpassungsmaßnahmen zu leiten, um Risiken abzuschätzen und die Zuordnung von Klimaereignissen zu den zugrunde liegenden Ursachen zu ermöglichen und um Klimadienstleistungen zu untermauern.
Die Antwort der Raumfahrtbehörden
GCOS treibt die systematische Definition des Bedarfs an Klimainformationen zur Unterstützung der UNFCCC voran, während der Ausschuss für Erdbeobachtungssatelliten (CEOS) und die Koordinierungsgruppe für meteorologische Satelliten (CGMS) - in Form der gemeinsamen CEOS/CGMS-Arbeitsgruppe für Klima (WGClimate) - die Planung des Satellitenbeitrags zur Erfüllung dieser Anforderungen koordinieren.
CDRs für ECVs werden im Allgemeinen aus einer Kombination von Satelliten- und In-situ-Beobachtungen abgeleitet, wobei Satellitenbeobachtungen bei der Mehrheit der ECVs einen wesentlichen Beitrag leisten. Von den 50 ECVs, die von GCOS identifiziert wurden, haben mehr als die Hälfte einen wesentlichen Beitrag von EO-Satellitenmessungen, wobei mehrere ausschließlich von EO-Satellitenmessungen abgeleitet werden. Die Fähigkeiten der Erdbeobachtungs-Satelliten zur Unterstützung des Bedarfs an Klimainformationen spiegeln ihre einzigartigen Fähigkeiten und Vorteile wider.
- Großräumige Beobachtungsfähigkeit: Ein einziges Instrument auf einem polarumlaufenden Satelliten kann täglich die gesamte Erde beobachten, während Instrumente auf geostationären Satelliten den Tagesgang der Vorgänge auf der Erde kontinuierlich erfassen. Gemeinsam überwachen die polaren und geostationären Umweltsatelliten ständig den gesamten Globus.
- Nicht-intrusive Beobachtungen, die eine Datenerhebung ohne Beeinträchtigung der nationalen Souveränität ermöglichen
- Einheitlichkeit, die es ermöglicht, dass ein und derselbe Sensor an vielen verschiedenen Orten in der Welt eingesetzt werden kann
- Schnelle Messmöglichkeiten, die es ermöglichen, Sensoren an jedem beliebigen Punkt der Erde, auch in entlegenen und unwirtlichen Gebieten, zu platzieren und so z.B. die Abholzung riesiger Tropenwälder zu überwachen und den Eisverlust in den Polarregionen das ganze Jahr über zu verfolgen
- Kontinuität, d.h. mit einzelnen Sensoren oder Serien von Sensoren, die lange Zeitreihen von Daten liefern, Datenserien erstellen, die für Klimastudien geeignet sind.
Die Antwort der ESA
Um diesem Bedarf an Klimadaten des UNFCCC und des GCOS gerecht zu werden, hat die Europäische Weltraumorganisation (ESA) das Programm Climate Change Initiative (CCI) ins Leben gerufen. Das Ziel der CCI ist es, das Potenzial der globalen Langzeitarchive für Erdbeobachtung, die die ESA zusammen mit ihren Mitgliedstaaten in den letzten 30 Jahren aufgebaut hat, voll auszuschöpfen und damit einen bedeutenden und zeitnahen Beitrag zu den vom UNFCCC geforderten ECV-Datenbanken zu leisten. Sie stellt sicher, dass das volle Kapital aus den laufenden und geplanten ESA-Missionen, einschließlich ERS, Envisat, den Earth Explorer-Missionen, den von der ESA verwalteten Archiven von Daten aus Drittmissionen und der Sentinel-Konstellation, gewonnen wird.
Das Programm beinhaltet alle notwendigen Aktivitäten, um sein Ziel zu erreichen, die UNFCCC durch die vom GCOS definierten ECVs bestmöglich zu unterstützen. Dazu gehört die periodische Prozessierung der EO-Datensätze unter Anwendung der aktuellsten Algorithmen sowie die Entwicklung verbesserter Algorithmen für die ECV-Produktion, so dass auch neu hinzukommende Datenquellen konsistent mit der gesamten Zeitreihe von Langzeitbeobachtungen sind. Hier finden Sie weitere Einzelheiten über die Verbindung zwischen dem CCI-Programm und GCOS-ECVs zum download..
Das CCI-Programm umfasst mehr als 27 parallele Projekte, die auf die Produktion von ECV-Daten ausgerichtet sind, sowie ein spezielles Klimamodellierungs-Nutzerprojekt zur Bewertung der Produkte, ein Portal, das alle Produkte unter einem Dach bereitstellt, eine Toolbox, die die Kombination und Analyse der Produkte erleichtert, und ein Visualisierungstool zur Unterstützung der Öffentlichkeitsarbeit.