Blog

Jun 23, 2023

Aerosole: Trägt die Reduzierung der SO2-Emissionen zur globalen Erwärmung bei?

Die Frage, ob eine verringerte Aerosolbelastung zur globalen Erwärmung beiträgt, ist für Atmosphärenforscher nicht neu, taucht jedoch kürzlich mit den extremen Hitzewellen über dem Nordatlantik wieder auf

Die Frage, ob eine verringerte Aerosolbelastung zur globalen Erwärmung beiträgt, ist für Atmosphärenforscher nicht neu, taucht jedoch in jüngster Zeit angesichts der extremen Hitzewellen im Nordatlantik und in vielen Teilen Europas wieder auf. In dieser Analyse kommen Wissenschaftler des Copernicus Atmosphere Monitoring Service (CAMS) und des Copernicus Climate Change Service (C3S) zu dem Schluss, dass es noch zu früh ist, die jüngste außergewöhnliche Erwärmung auf eine seit 2020 vorgenommene Reduzierung der Schiffsemissionen zurückzuführen.

Untersuchungen deuten darauf hin, dass die Reduzierung der Schadstoffemissionen in Europa dank Vorschriften zu einer Verringerung der Aerosolmengen in der Atmosphäre führt. Dies führt zu einer erhöhten Sonneneinstrahlung, die die Oberfläche erreicht, mit potenziellen Auswirkungen auf die Intensität von Hitzewellen und die Oberflächenwassertemperaturen, was die Schwere von Dürren verstärken könnte.

Wissenschaftler wie Ben Booth vom Met Office vermuten seit einiger Zeit, dass anthropogene Aerosole, wie sie beispielsweise aus Industrie- und Schifffahrtsemissionen entstehen, ein wesentlicher Faktor für die Klimavariabilität im Nordatlantik seien. Seitdem wurden Klimamodelle verbessert, um die Wechselwirkungen atmosphärischer Aerosole zu berücksichtigen.

Im Jahr 2020 verabschiedete die Internationale Seeschifffahrtsorganisation ihre Verordnung „IMO 2020“, um die schifffahrtsbedingten Schwefeldioxidemissionen (SO2) drastisch zu reduzieren. Studien kamen zu dem Ergebnis, dass der Rückgang der Emissionen die Wolkenbildung über Schifffahrtswegen deutlich verringerte. In einer Analyse von Carbon Brief wurde geschätzt, dass „der wahrscheinliche Nebeneffekt der Verordnungen von 2020 zur Verringerung der Luftverschmutzung durch die Schifffahrt darin besteht, dass die globalen Temperaturen bis 2050 um etwa 0,05 °C ansteigen. Dies entspricht etwa zwei zusätzlichen Jahren an Emissionen.“ Durch die direkte Verknüpfung der SO2-Reduktionen mit den jüngsten extremen Hitzewellen im Meer wird jedoch ein Teil der Komplexität der Verwendung von Modellen zur Berechnung von Sulfat-Aerosol-Wechselwirkungen in der Atmosphäre oder zur Abschätzung der effektiven Anwendung der IMO-2020-Verordnung sowie ganz allgemein der Komplexität von Klima und Atmosphäre außer Acht gelassen Chemie.

Atmosphärische Aerosole sind mikroskopisch kleine Partikel, fest oder flüssig, die in einem Gas (in diesem Fall unserer Atmosphäre) suspendiert sind. Es gibt viele natürliche Quellen für atmosphärische Aerosole, wie zum Beispiel Wüstenstaub, Gischt und Salz aus den Ozeanen, biogene Aerosole aus der Vegetation, Waldbrandrauch oder Vulkane, um nur einige zu nennen. Die wichtigste anthropogene Quelle von Aerosolen sind Emissionen aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe, die eine Vielzahl von Luftschadstoffen ausstoßen, darunter Feinstaub, Stickstoffdioxid und SO2. Schwefeldioxidemissionen sind die Vorstufe des Sulfataerosols, das eine Schlüsselrolle im Energiehaushalt der Erde spielt.

Aerosole verringern durch Streuung, Reflexion oder Absorption des Sonnenlichts die Menge der Sonnenstrahlung, die die unteren Schichten unserer Atmosphäre erreicht. Der Zwischenstaatliche Ausschuss für Klimaänderungen (IPCC) ist der Ansicht, dass es „starke Beweise für einen substanziellen negativen gesamten aerosolwirksamen Strahlungsantrieb“ gibt, d.

Während Aerosole eine direkte Kühlwirkung haben, indem sie die Sonnenstrahlung filtern, ist ihr effektiver Beitrag zur globalen Abkühlung oder zur Erwärmung, wenn sie reduziert werden, auch als negativer oder positiver Strahlungsantrieb von Aerosolen bezeichnet, immer noch Gegenstand der Forschung und nicht die einfachste. aufgrund der Unsicherheiten indirekter Effekte wie der Auswirkungen von Sulfataerosolen auf die Bildung von Wolkentröpfchen.

Partikel und Schadstoffe spielen eine Rolle bei der vermehrten und verminderten Wolkenbildung und erschweren die Situation zusätzlich. Im Allgemeinen wird davon ausgegangen, dass Sulfataerosole als Wolkenkondensationskeime wirken, die Wolkenbildung begünstigen und somit die Menge der Sonnenstrahlung verringern, die die Oberfläche erreicht.

Optische Aerosol-Tiefenvorhersage von CAMS, 13. Oktober 2017. Orange – Staub, Rot – Verbrennung von Biomasse, Blau – Meersalz, Grau – Sulfate, Gelb – Brände. Quelle: CAMS/ECMWF.

Die Rolle von SO2 im Klima wird seit langem diskutiert, und es gibt keine klaren Schlussfolgerungen. Geht man davon aus, dass alle Schiffe weltweit die IMO 20 und die neueren IMO 23-Vorschriften übernommen haben, hätte dies sicherlich Auswirkungen auf die Reduzierung der Emissionen und damit der Aerosol- und Wolkenbildung. Doch die Schifffahrt ist nur eine der SO2-Emissionsquellen und ist Schätzungen zufolge nur für 3,5 % der weltweiten Emissionen verantwortlich.

Dennoch hat Europa seine industriellen SO2-Emissionen angesichts einiger Jahre mit Rekordtemperaturen drastisch reduziert, was tendenziell die positive Strahlungsantriebstheorie reduzierter Aerosole stützt. Der Rückgang seit 2020 ist laut Daten der Europäischen Agentur für die Sicherheit des Seeverkehrs bemerkenswert, aber der Rückgang fällt mit den COVID-Pandemien und dem damit verbundenen Rückgang der Transportaktivität zusammen.

Der Copernicus Atmosphere Monitoring Service (CAMS) verfügt über modernste Modelle zur Analyse und Vorhersage von Luftschadstoffen. Die Bewertung der Auswirkungen von Aerosolen auf die Reduzierung der Sonnenstrahlung und das Verständnis ihrer chemischen Wechselwirkungen sind der Schlüssel zur Bereitstellung genauer Daten über den aktuellen Zustand und die Entwicklung unserer Atmosphäre.

Während der Einfluss natürlicher Aerosole im Allgemeinen einen direkteren und leicht beobachtbaren Einfluss auf die Strahlung hat, ist die Rolle anthropogener Aerosole aufgrund chemischer Wechselwirkungen komplexer.

Das globale CAMS-Modell berücksichtigt derzeit die Auswirkungen natürlicher Aerosolereignisse, wie zum Beispiel Rauch von Waldbränden oder große Staubwolken. Wenn diese Ereignisse in den Simulationen vorhanden sind (aus Beobachtungen oder berechnet aus meteorologischen Parametern im Modell), berechnen sie automatisch eine Reduzierung der Sonneneinstrahlung auf Oberflächenebene. Diese Strahlungsreduzierungen sind im Allgemeinen nur von kurzer Dauer und auf den Bereich beschränkt, in dem die Episode auftritt.

Die Schiffsemissionen werden im Allgemeinen anhand von Inventaren geschätzt, die auf den von den Schifffahrtsunternehmen bereitgestellten Informationen basieren oder über Satellitendaten gemessen werden, und sind daher nicht 100 % genau.

Das CAMS-Schiffsemissionsinventar basiert auf dem Automated Identification System (AIS), das Informationen über die Größe und Routen großer Frachtschiffe liefert und bei der Berechnung des Verbrauchs die Meteorologie berücksichtigt. In den Prognosen werden die Emissionen als monatliche Mittelwerte anstelle der Echtzeit-AIS-Informationen verwendet. Das jüngste Upgrade des CAMS-Systems umfasst ein neues, aktuelleres Inventar. Die Schiffsemissionen sowie das gesamte CAMS-System werden kontinuierlich weiterentwickelt, um genauere Betriebsdaten bereitzustellen.

#DYK, dass mehrere @CopernicusECMWF #CAMS-Datensätze auf der @Windycom-Plattform verfügbar sind?

Bei der Überprüfung der Rekordtemperaturen an der Oberfläche des Nordatlantiks im Juni 2023 ergab eine vorläufige Analyse von CAMS-Wissenschaftlern eine signifikante negative Anomalie beim Transport von Staubaerosolen aus der Sahara über dem tropischen Atlantik und eine erhöhte Anomalie beim Biomasseverbrennungsaerosol über dem Nordatlantik Massive Waldbrände in Kanada. Diese Aerosolanomalien sind viel größer als die Sulfatveränderung durch die Reduzierung der Schiffsemissionen. Dies macht die Abschätzung der Auswirkungen verringerter Sulfataerosolemissionen auf die Meeresoberflächentemperaturen sehr schwierig.

Der Copernicus Climate Change Service (C3S) vermutete außerdem, dass unter anderem die verringerten Winde eines geschwächten Azoren-Antizyklons – eines ausgedehnten Windsystems, das spiralförmig von einem Zentrum mit hohem Atmosphärendruck ausgeht – den Austausch zwischen Ozean und Atmosphäre verringert haben könnten vertikale Durchmischung des Ozeans zwischen kälterem und wärmerem Wasser sowie eine Verringerung des Saharastaubtransports über den Atlantik, was alles das Potenzial hat, die Meeresoberflächentemperatur zu erhöhen.

„Die verringerten SO2-Emissionen werden zweifellos langfristige Auswirkungen haben, aber es bedarf gezielter Forschung, um die Auswirkungen der Schwefelveränderungen zu verstehen. Die Veränderungen bei Staub oder Ruß haben kurzfristig spürbarere Auswirkungen“, sagt Richard Engelen, stellvertretender Direktor von CAMS.

CAMS-Aerosolbelastungsdaten können zusammen mit C3S-Klimaaufzeichnungen dabei helfen, einige kurzfristige Auswirkungen reduzierter Aerosole und die längerfristigen Folgen für das Klima zu verstehen.

In den letzten Jahren kam es in Europa zu einigen der größten Anomalien der Sonnenscheindauer (und umgekehrt zu der niedrigsten Wolkenbedeckungsrate) seit Beginn der Aufzeichnungen, wie aus dem European State of the Climate des Copernicus Climate Change Service (C3S) hervorgeht. Der Bericht stellte fest, dass die Sonneneinstrahlung in ganz Europa den höchsten Stand seit Beginn der Satellitendatenaufzeichnung im Jahr 1983 erreicht hatte.

Diese Situation fällt mit dem wärmsten Sommer zusammen, der jemals in Europa gemessen wurde, und weit verbreiteten Dürrebedingungen in Europa, was in etwa den Gebieten entspricht, in denen höhere Anomalien der Sonneneinstrahlung auftraten.

Europa hat die SO2-Emissionen erheblich reduziert, allerdings nicht nur für die Schifffahrt. Wie oben beschrieben, fiel die Einführung der IMO 20-Verordnung mit der Emissionsreduzierung im Zusammenhang mit der COVID-19-Krise zusammen. Die Auswirkungen internationaler Schifffahrtsvorschriften waren messbar.

Die Bemühungen der Schifffahrtsindustrie, schadstoffärmere Kraftstoffe einzuführen und die Kraftstoffeffizienz zu steigern, sowie die Vorschriften zur weltweiten Reduzierung der Emissionen fossiler Brennstoffe sind unabhängig von der möglichen Reduzierung der Aerosolbelastung ein internationaler Erfolg, der in seiner Form erhebliche Vorteile für die Umwelt und die menschliche Gesundheit mit sich bringt verringertes Risiko von saurem Regen und verbesserte Luftqualität.

Vor einem Jahrzehnt stellte eine von Ben Booth vom Met Office in Nature koordinierte wissenschaftliche Arbeit fest, dass anthropogene Aerosolemissionen eine wichtige Rolle bei der Klimavariabilität im Nordatlantik im 20. Jahrhundert gespielt hatten.

Jüngste Forschungsergebnisse deuten jedoch darauf hin, dass die Auswirkungen überschätzt wurden, und zwar zu einem Zeitpunkt, an dem einige Geoengineering-Projekte die Möglichkeit der Freisetzung von SO2-Aerosol in die Atmosphäre als umstrittene Strategie zur Eindämmung der globalen Erwärmung untersuchen.

Experimente mit MIROC-SPRINTARS, einem gekoppelten allgemeinen Atmosphäre-Ozean-Zirkulationsmodell, ergaben, dass eine Reduzierung der SO2-Emissionen die Bildung des North Atlantic Warming Hole begünstigen kann, eines Gebiets im Nordatlantik, das sich weniger erwärmt als die umgebenden Gewässer. Dieses Muster zeigt sich auch in Simulationen reduzierter CO2-Emissionen. Es wird angenommen, dass dies mit Veränderungen in der Ozeanzirkulation zusammenhängt, einschließlich einer Verlangsamung der atlantischen meridionalen Umwälzzirkulation (AMOC) und der Hinzufügung von Süßwasser aus den schmelzenden Eisschilden der Arktis und Antarktis, aber der Prozess ist nicht genau verstanden.

IMO 2020 – Reduzierung der Schwefeloxidemissionen

IPCC: Kapitel 7

Auswirkungen der IMO-Schwefelgrenzwerte auf den Betrieb internationaler Reedereien: Aus spieltheoretischer Sicht

NASA-Studie findet Hinweise darauf, dass Kraftstoffregulierung die Luftverschmutzung durch die Schifffahrt verringert

C3S: Rekordverdächtige Temperaturen im Nordatlantik tragen zu extremen Hitzewellen im Meer bei

C3S: Wolken und Sonnenscheindauer

C3S: Temperatur

C3S: Dürre

EWR: Emissionen der wichtigsten Luftschadstoffe in Europa