Simulation von Treibhausgasen in der Atmosphäre Forschungsthemen

Die Treibhausgaskonzentration wird sowohl durch meteorologische Bedingungen als auch durch Quellen und Senken von Treibhausgasen beeinflusst. Daher ist es notwendig, den meteorologischen Transport der Gase zu simulieren, um diese Quellen und Senken zu untersuchen und natürliche sowie anthropogene Emissionen zu quantifizieren. Je nach Anwendungsfall nutzen wir sowohl eulerische als auch Lagrange-Modelle. Eulerische Modelle arbeiten auf einem festen Gitter und simulieren komplette Konzentrationsfelder, während Lagrange-Modelle einzelne Luftmassen verfolgen, um deren Zusammensetzung besser zu verstehen.

Zur Quantifizierung von Emissionen verwenden wir inverse Schätzverfahren wie die Bayessche Inversion. Dabei werden die Unterschiede zwischen Messungen und Modell unter Berücksichtigung aller Fehler minimiert, indem die Emissionen entsprechend skaliert werden. So können beispielsweise mithilfe von Satellitendaten CO₂-Emissionen auf kontinentaler Skala analysiert werden, um natürliche Prozesse besser zu verstehen. Inverse Schätzverfahren können auch zur Gestaltung von Messnetzwerken eingesetzt werden, die für spezifische Aufgaben optimiert sind – etwa zur möglichst genauen Abschätzung anthropogener Emissionen aus städtischen Gebieten. Dies ist ein Ziel des Projekts „Integriertes Treibhausgas-Monitoring-System“ (ITMS) sowie des Projekts „University Network for CO₂ in the Rhine-Neckar Metropolitan Area“ (UNICORN), das ein CO₂-Monitoring in Heidelberg und Mannheim aufbaut.

Die auf diese Weise gewonnenen Informationen über Treibhausgasemissionen können zur unabhängigen Verifikation im Sinne des Pariser Abkommens genutzt werden. Gleichzeitig können die Daten auch einen Anreiz für Individuen, politische Entscheidungsträger oder Unternehmen darstellen, ihre Emissionen zu reduzieren. Welche sozialen, politischen und ökonomischen Aspekte hierbei eine Rolle spielen, wird im HCE-Projekt „Climate–Life Nexus“ untersucht.