Luftqualität, Gesundheit, Energiewende, Klimawandel Thilo Erbertseder

Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum Luftqualität, Gesundheit, Energiewende, Klimawandel Stadtwachstum und NO 2 -Trend im Perlfluss- delta ( ): rot: Zunahme, blau: Abnahme Bewertung von Städten: pro-kopf-Verschmutzung der 30 Megastädte Monitoring von Reduktionsstrategien, Einhaltung politischer Ziele (NO 2, Feinstaub, CO 2 ) Bewertung, Modellierung und Prognose von Luftschadstoffen in Stadtregionen Informationsdienste zur Luftqualität für die Öffentlichkeit und Risikogruppen Analyse anthropogener Aktivität und Mobilität durch Satelliten Augsburg Munich NO 2 [µg/m³ ] Augsburg Munich Augsburg Munich Augsburg Munich 4:00 8:00 12:00 16:00 2. Januar 2015 Kombination von Modellierung, Satelliten- und in-situ Daten zur Bewertung und Prognose der Luftqualität in Stadtregionen: hier Großraum München

Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum Recent studies underline links between energy and air pollution UBA study 2014: emission trends Climate effects can outweigh German reduction plans (“Energiewende”) for NO2, PM10 Shindell et al., 2008: study on short-living greenhouse gases until 2050 radiative forcing (20-25% enhancement) in models mainly due to secondary aerosols Fuller et al., 2014: Contribution of wood burning to PM10 in London higher than reduction by city-zones (factor 6!) Beltman et al., 2013: strong ozone increase (25 – 40%) by 5% more poplar plantations Thilo Erbertseder Folie 3

Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum Luftqualität und Gesundheit Luftverschmutzung „Silent Killer“, größte Umweltgefahr in Europa  Neben Reduktion von CO 2 -Emissionen zudem zweistufige Senkung der Luftschadstoffmengen (D: 39% bis 2020, 69% bis 2030)  Vorgaben der EC sind laut UBA Plädoyer für Fortführung der Energiewende!  Herausforderung an Energieversorger, Autoindustrie, Unternehmer, Landwirte  Vorteil: Weniger Erkrankungen und Arbeitsunfähigkeit, steigende Ernten, saubere Technologien und damit höhere Wettbewerbsfähigkeit bilden Plus von 40Mrd€/Jahr  Wesentlicher Beitrag der Satellitenfernerkundung:  Überwachung der Maßnahmen  Allokation von Quellen (CO 2, CH 4 )  Verbesserung von Emissionskatastern Thilo Erbertseder Folie 4

Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum Globales Monitoring von NO 2 Emissionen – Spiegel Anthropogener Verbrennungsprozesse Folie 5 MetOp/GOME bis 2015

Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum Globales Monitoring von NO 2 Trends Thilo Erbertseder Folie 6 Erbertseder et al., 2014 MetOp/GOME bis 2015

Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum Relative trop. NO2 Trends [%/yr] in Megacities Thilo Erbertseder et al. Folie 7 Significant at 95% Data: SCIAMACHY Relative trend [%yr -1 ]

Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum Thilo Erbertseder et al.DLR.de Folie 8 NO 2 -Trend vs. Urban Area Growth Urban Area Growth [%] NO 2 Trend [%] Megacity Class 1 Class 2 Class 3 Class 4 Class 5 dirtier cleaner stagnation

Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum Erforschung von Luftschadstoffen Troposphärisches NO2 in Deutschland Mittel [10 15 Moleküle/cm²] Relativer Trend [%/Jahr] Datenquelle SCIAMACHY, Trendanalyse Weatherhead et al. (1998) erweitert

Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum Relative Trends [%/yr] - Sensitivity GOME Folie 10 Turkey Syria Egypt Not signifcant trends in grey

Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum Satellitendaten belegen Reduktion von Kraftwerksemissionen NO 2 Zeitreihen von GOME/SCIA und NOx Emissionen (gepunktet) Nachweis der angekündigten Reduktion von Emissionen zweier Kraftwerke Kim et al.,2006 Thilo Erbertseder Folie 11

Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum Überwachung von Maßnahmen zur CO 2 Reduktion Verpflichtungserklärungen der EU Mitgliedsstaaten zur Reduktion der CO 2 Emissionen um 27% bis 2030 EU-Initiative Covenant of Mayors on Climate and Energy, Städte verpflichteten sich bisher die CO 2 Emission bis 2020 um mehr als 20% zu senken Thilo Erbertseder Folie 12 Schneising et al., 2013

Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum SCIAMACHY/ENVISAT ( , 30x60 km²) GOSAT/IBUKI (2009-present, 10x10km²) OCO-2 (2014-present) Future Carbonsat (Candidate ESA Earth Explorer, 2020<, 2x2 km²) No CO 2 Monitoring capability among Copernicus/Sentinels No operational European capabillity Thilo Erbertseder Folie 13 Satelliten zur Überwachung der CO 2 Reduktion

Bewertung der Feinstaubsituation DiNicolantonio, Folie 14 Thilo Erbertseder MODIS PM2.5 [µg/m³] 2007/07 PM ground = A AOD sat (extinction., number distr, PBL height, humidity, density, mixture) Ergänzung von in-situ Messungen zur räumlichen Analyse Unterstützung von Umweltbehörden bei der Kontrolle zur Einhaltung der Feinstaubrichtlinie (Compliance Monitoring) Trennung von anthropogenen und natürlichen Anteilen

Räumliche Analyse von Überschreitungstagen (PM 2.5 ) Systematischer Fehler Jahresmittel: PM10: 4µg/m³, PM2.5: 2.5µg/m³ Folie 15 DiNicolantonio, 2013 MODIS 2007 Überschreitungen von 25 µg/m³ in % Thilo Erbertseder

Trennung von natürlichen und anthropogenen Feinstaubanteilen Folie 16 Thilo Erbertseder absorption Wüstenstaub Sulfate Meersalz Ruß size

Copernicus Downstream Anwendungsentwicklung, Forschung + KMU Focus on regions and cities, complementary to MACC  EU- und national geförderte Projekte (PASODOBLE, OYB,..)  Entwicklung und Evaluierung von 30 Luftqualitätsdiensten in Zusammenarbeit mit lokalen und regionalen Nutzern

Entwicklungen bei der Analyse und Prognose der Luftqualität Assimilation von in-situ und Satelliten- Daten in Chemie-Transport-Modelle Verbesserung der Emissionskataster und räumlicher Auflösung Regionale Harmonisierung - Nesting in MACC-Ensemble - Validierung nach FAIRMODE Empfehlung - Qualitätssicherung - Einhaltung der INSPIRE Richtlinie / ISO Standards - Interoperabilität (OGC Webdienste) POLYPHEMUS/DLR, NO2, 72h Prognose Folie 18 Thilo Erbertseder

Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum Luftqualität, Gesundheit, Energiewende, Klimawandel Stadtwachstum und NO 2 -Trend im Perlfluss- delta ( ): rot: Zunahme, blau: Abnahme Bewertung von Städten: pro-kopf-Verschmutzung der 30 Megastädte Monitoring von Reduktionsstrategien, Einhaltung politischer Ziele (NO 2, Feinstaub, CO 2 ) Bewertung, Modellierung und Prognose von Luftschadstoffen in Stadtregionen Informationsdienste zur Luftqualität für die Öffentlichkeit und Risikogruppen Analyse anthropogener Aktivität und Mobilität durch Satelliten Augsburg Munich NO 2 [µg/m³ ] Augsburg Munich Augsburg Munich Augsburg Munich 4:00 8:00 12:00 16:00 2. Januar 2015 Kombination von Modellierung, Satelliten- und in-situ Daten zur Bewertung und Prognose der Luftqualität in Stadtregionen: hier Großraum München

Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum Information für Touristen und Sportler

Offizielle Information für die Olympischen Spiele 2012 Push service to >7.000 subscribers (CERC) Folie 21 Thilo Erbertseder

Deutsches Fernerkundungsdatenzentrumwww.DLR.de Folie 22 MetOp/GOME Thilo Erbertseder Global Monitoring of Air Pollution and Trends NO 2, SO 2, particulate matter Aerosol speciation (soot, mineral dust, sea salt) Long-term multi-sensor monitoring of megacities, slums and refugee camps Decision support for humanitarian relief Satellite-based analysis in support of mitigating vector-borne diseases Satellite-based crisis information for natural disaster management Health Risk Indices considering short term exposure to air pollutants Mobile information services on air pollution to promote predictive medicine Contact: German Remote Sensing Data Center, Atmosphere Department, Air Quality and Earth Observation for Health

Überwachungs- und Prognosedienste zur Luftgüte… … spielen eine Schlüsselrolle bei der Stärkung des öffentlichen Bewußtseins Information von Risikopatienten, Ärzten, Krankenhäusern, Apotheken Bereitstellung von Information für Entscheidungsträger und Politik Berichterstattung von Grenzwertüberschreitungen Bewertung von Luftschadstoffen Derzeitige Situation Vielfalt an Daten und Technologien, aber es bestehen noch Lücken hin zur routinemäßigen Nutzung auf nationaler, regionaler und kommunaler Ebene

Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum Allokation und Monitoring von CH 4 und CO 2 Quellen Methane plume measured during the Comex campaign to support the development of Sep 2014 in California, USA. The measurements collected by Mamap on an aircraft clearly show that a landfill site near Los Angeles is emitting methane (shown in red) and that it is travelling in the same direction as the wind Thilo Erbertseder Folie 24 ESA / NASA, 2014, H. Bovensmann

Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum Bessere Quantifizierung / Nutzung von Methanquellen Thilo Erbertseder Folie 25 Korrekturfaktor für EDGAR durch Satellitendaten (a-posteriori) Wecht et. al, 2013, Harvard Uni  3 operationelle Europäische Satelliten werden Methan vermessen (Sentinel-5P, -4, -5, ab 2016)

Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum Quantifizierung von Emissionszyklen und -mustern Wochenzyklen von Luftschadstoffen und Emissionen (GOME –2013) Veränderung durch Energiewende? (Bespiel PM in London, Fuller et al., 2014) Thilo Erbertseder Folie 26