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Institut für Energie- und Klimaforschung

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Forschungsgebiete

Dr. Angelika Heil

Eignung von Feuersatellitenprodukten für die Emissionsabschätzung

Evaluation des Globalen Feuerassimilationssystems

Das Globale Feuerassimilationssystem (GFAS) wurde im Rahmen des MACC Teilprojektes FIR Globale Feuerbeobachtung entwickelt und liefert zeitnahe Emissionsdaten für die dort durchgeführten täglichen Vorhersagen der chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre. GFAS nutzt Satellitenbeobachtungen der Wärmeabstrahlung von Feuern, der sog. Fire Radiative Power (FRP), um daraus die verbrannte Biomasse und die entstehenden Emissionen abzuschätzen. Das derzeitige GFAS-System wird durch einen Vergleich mit der à Globalen Feuerdatenbank (GFED) evaluiert und skaliert. Weitergehende statistische Analysen sollen dazu dienen, die systematischen Unterschiede zwischen GFAS und GFED besser zu beschreiben und zu verstehen, insbesondere im Hinblick auf

  • räumliche und zeitliche Muster
  • Abhängigkeit vom Vegetationstyp (z.B. dominanter Vegetationstyp, Bewaldungsanteil, Bodentyp)
  • Extremereignisse (im Bezug auf Dauer und Intensität eines Feuerereignisses)
  • sog. Fehlalarme (d.h. nicht durch Vegetationsbrände bedingte FRP-Signale, wie Vulkaneruptionen oder industrielle Verbrennungen)

Als Hauptziel der Evaluation sollen die Skalierungsfaktoren verbessert werden, mit denen im derzeitigen GFAS-System FRP in verbrannte Biomasse und nachfolgend in Emissionsflüsse umgerechnet werden.

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Unterschiede in den Abschätzungen der verbrannten Savannenbiomasse in Australien im Zeitraum 2003 bis 2009 in den GFED und GFAS Inventaren, dargestellt als Massenverhältnis GFED/GFAS (oben).

Während im GFED Inventar in Nordaustralien deutlich mehr Biomasse verbrannt ist als im GFAS Inventar, liegt ein umgekehrtes Verhältnis im extratropischen Süden vor. Es wird nun untersucht, ob dieser deutliche zonale Trend im Zusammenhang steht mit unterschiedlichen Bewaldungsanteil Australiens (unten). Eine erste Analyse deutet darauf hin, dass das im GFAS gemessene Wärmeabstrahlungssignal durch das Kronendach dicht bewaldeter Gebiete abgeschwächt wird.

Literatur

Kaiser, J. W., A. Heil, M. O. Andreae, A. Benedetti, N. Chubarova, L. Jones, J.-J. Morcrette, M. Razinger, M. G. Schultz, M. Suttie, and G. R. van der Werf (2011), Biomass burning emissions estimated with a global fire assimilation system based on observed fire radiative power, Biogeosciences, 9, 527-554, doi:10.5194/bg-9-527-2012, 2012. 

Links

MACC FIR Global Fire Monitoring subproject

   

PAH- und Dioxinemissionen von Vegetationsbränden und deren atmosphärischer Transport

Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAH), Dioxine und Furane, häufig zusammengefasst unter dem Begriff POPs (Persistent Organic Pollutants), entstehen als Nebenprodukt bei Vegetationsbränden. POPs stellen ein ernstzunehmendes Umweltproblem dar, da sie zum einen über eine hohe Langlebigkeit (Persistenz) und ein hohes Bioakkumulationspotential in der Umwelt verfügen. Zum anderen weisen sie eine hohe Toxizität auf, wobei einzelne Bestandteile nachgewiesen krebserregend (karzinogen) sind. Hauptquellen von POPs sind Pestizide, Einsatzstoffe in der chemischen Industrie sowie unbeabsichtigte Nebenprodukte bei industriellen Prozessen. Die Bedeutung von POPs aus Vegetationsbränden als Emissionsquelle und ihre Umweltwirkung ist bisher noch nicht hinreichend quantifiziert.

Ein globales POP-Emissionsinventar für die Periode 2003 bis 2010 wurde basierend auf dem Globalen Feuerassimilationssystems (GFAS) erstellt. GFAS wurde im Rahmen des MACC Teilprojektes FIR Globale Feuerbeobachtung entwickelt.

Das POP-Emissionsinventar wird im Rahmen von Forschungskooperationen verwendet, um

  1. den Anteil von PAH- und Dioxinemissionen aus Vegetationsbränden an den Gesamtemissionen in Europa zu quantifizieren. Erste Ergebnisse wurden von Visschedijk et al. auf der DioXin 2011 Konferenz in Brüssel vorgestellt. Sie zeigen, dass Vegetationsbrände im Vergleich zu anthropogenen PAH-Quellen nur einen kleinen Beitrag leisten (ungefähr 2-4% der anthropogenen PAH Emissionen).
  2. den Anteil von Emissionen aus Vegetationsbränden an der POP- Atmosphärenbelastung in Afrika zu quantifizieren. Erste Ergebnisse mit einem globalen Chemietransportmodells wurden von Lammel et al. auf dem 6. SETAC World Congress 2012 in Berlin vorgestellt. Sie deuten darauf hin, dass Vegetationsbrände mitunter erheblich zu der Dioxinexposition in Afrika beitragen. Die Ergebnisse bestätigen auch frühere Studien, die aufzeigen, dass POPs aus Vegetationsbränden über einen regionalen Ferntransport großräumig in der Umwelt verteilt werden können.

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Vegetationsbrandbedingte Bodenluftkonzentration von Benz(a)pyrene, einem karzinogenem PAH, in pg/m3. Die Abbildung zeigt Modellergebnisse für Afrika für das erste Halbjahr 2008 als Halbjahresmittel.

 

Downloads

Visschedijk et al. "European Emission Inventory of four indicator PAHs for 2005"

Lammel et al. "On the contribution of biomass burning to POPs in air in Africa"


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