Jeder Mensch auf der Erde ist von den Auswirkungen des Klimawandels betroffen, wie z. B. höheren Temperaturen, veränderten Regenmustern und dem Anstieg des Meeresspiegels. Das Sammeln von Klimadaten hilft Gemeinden, diese Veränderungen besser zu planen und ihnen gegenüber widerstandsfähiger zu werden.
Die Internationale Raumstation, eine von Dutzenden NASA-Missionen, die zu diesen Bemühungen beitragen, verfügt über mehrere Instrumente, die verschiedene Arten klimabezogener Daten sammeln. Da die Umlaufbahn der Station über 90 Prozent der Erdbevölkerung durchquert und den Planeten 16 Mal am Tag umkreist, können diese Instrumente mehrere Standorte zu unterschiedlichen Tages- und Nachtzeiten beobachten. Die Daten informieren über Klimaentscheidungen und helfen Wissenschaftlern, die durch den Klimawandel verursachten Herausforderungen zu verstehen und zu lösen.
Während die Besatzungsmitglieder kaum am laufenden Betrieb dieser Instrumente beteiligt sind, spielen sie eine entscheidende Rolle beim Auspacken der Hardware, wenn diese auf der Raumstation ankommt, und beim Zusammenbau und der Installation der Instrumente bei Weltraumspaziergängen oder mithilfe des Roboterarms der Station.
Eine Untersuchung im umlaufenden Labor, die zu den Bemühungen zur Überwachung und Bekämpfung des Klimawandels beiträgt, ist das ECOsystem Spaceborne Thermal Radiometer Experiment on Space Station (ÖKOSTRESS). Es liefert thermische Infrarotmessungen der Erdoberfläche, die dabei helfen, Fragen zum Wasserstress in Pflanzen und zur Reaktion bestimmter Regionen auf den Klimawandel zu beantworten. Untersuchungen bestätigten die Genauigkeit der ECOSTRESS-Oberflächenschätzungen1 und fanden heraus, dass der Prozess der Photosynthese in Pflanzen bei 46,7 °C (114 °F) zu versagen beginnt.2 In einigen tropischen Regionen sind die Durchschnittstemperaturen pro Jahrzehnt um 0,5 Grad Celsius gestiegen, und Temperaturextreme nehmen zu. Regenwälder sind ein Hauptproduzent von Sauerstoff und ohne ausreichende Abmilderung der Auswirkungen des Klimawandels könnten die Blatttemperaturen in diesen tropischen Wäldern bald diese Ausfallgrenze erreichen.
Der Sensor für die totale und spektrale Sonneneinstrahlung (TSIS) misst die gesamte Sonneneinstrahlung (TSI) und die spektrale Sonneneinstrahlung (SSI). TSI ist der gesamte Sonnenenergieeintrag auf die Erde und SSI misst die Energie der Sonne in einzelnen Wellenlängen. Die Energie der Sonne treibt die atmosphärischen und ozeanischen Zirkulationen auf der Erde an, und die Kenntnis ihrer Größe und Variabilität ist für das Verständnis des Erdklimas von entscheidender Bedeutung. Die Forscher überprüften die Leistung des Instruments und zeigten, dass es genauere Messungen durchführte als frühere Instrumente.3.4 TSIS verwaltet eine Kontinuität von fast 40 Jahren an Daten zur Sonneneinstrahlung aus weltraumgestützten Beobachtungen.
Die Untersuchung der globalen Ökosystemdynamik (GEDI) beobachtet globale Wälder und Topographie mithilfe von Lichterkennung und Entfernungsmessung (Lidar). Diese Beobachtungen könnten Einblicke in wichtige Prozesse des Kohlenstoff- und Wasserkreislaufs, der Artenvielfalt und des Lebensraums liefern. Eine Studie nutzte GEDI-Daten, um die pantropische und gemäßigte Biomassedichte auf nationaler Ebene für jedes beobachtete Land und auf subnationaler Ebene für die Vereinigten Staaten abzuschätzen.5
Untersuchung von Mineralstaubquellen auf der Erdoberfläche (EMITTIEREN) bestimmt mit einem bildgebenden Spektrometer die Art und Verteilung von Mineralien im Staub der Trockengebiete der Erde. Mineralstaub beeinflusst die lokale Erwärmung und Abkühlung, die Luftqualität, die Schneeschmelzrate und das Planktonwachstum im Ozean. Forscher zeigten, dass Daten von EMIT auch zur Identifizierung und Überwachung spezifischer Quellen von Methan- und Kohlendioxidemissionen verwendet werden können. Kohlendioxid und Methan sind die wichtigsten vom Menschen verursachten Treiber des Klimawandels. Steigende Emissionen in Gebieten mit schlechten Berichtspflichten führen zu erheblicher Unsicherheit im globalen CO2-Budget.6 Die hohe räumliche Auflösung der EMIT-Daten könnte eine präzise Überwachung auch nahe beieinander liegender Quellen ermöglichen.
Das Orbiting Carbon Observatory-3 der Station (OCO-3) sammelt Daten zum globalen Kohlendioxid während der Sonnenstunden und kartiert die Emissionen gezielter lokaler Hotspots. Diese Art der satellitengestützten Fernerkundung hilft bei der Bewertung und Überprüfung der Emissionsreduzierungen, die in nationalen und globalen Plänen und Vereinbarungen enthalten sind. Die Überwachung von 30 Kohlekraftwerken durch OCO-3 und den Satelliten PRecursore IperSpettrale della Missione Applicativa (PRISMA) der italienischen Raumfahrtbehörde zwischen 2021 und 2022 zeigte Übereinstimmung mit den Beobachtungen vor Ort.7 Dieses Ergebnis legt nahe, dass Satelliten unter den richtigen Bedingungen zuverlässige Schätzungen der Emissionen aus einzelnen Quellen liefern können. Die Verbrennung zur Energiegewinnung und für andere industrielle Zwecke ist für schätzungsweise 59 % der weltweiten, vom Menschen verursachten Kohlendioxidemissionen verantwortlich.
Das stratosphärische Aerosol- und Gasexperiment III-ISS (SAGE III-ISS) misst Ozon und andere Gase sowie winzige Partikel in der Atmosphäre, sogenannte Aerosole, die zusammen als Sonnenschutz der Erde wirken. Das Instrument kann zwischen Wolken und Aerosolen in der Atmosphäre unterscheiden. Eine Studie zeigte, dass Aerosole die tropische obere Troposphäre und die untere Stratosphäre der Erde, eine Übergangsregion zwischen den beiden atmosphärischen Ebenen, dominieren. Die kontinuierliche Überwachung und Identifizierung dieser Schichten der Atmosphäre hilft dabei, ihre Auswirkungen auf das Erdklima zu quantifizieren.8
Ein frühes Fernerkundungssystem, das ISS SERVIR Environmental Research and Visualization System (ISERV) hat automatisch Bilder der Erde aufgenommen, um Wissenschaftlern bei der Beurteilung und Überwachung von Katastrophen und anderen bedeutenden Ereignissen zu helfen. Forscher berichteten, dass diese Art der Erdbeobachtung für Anwendungen wie die Kartierung der Landnutzung und die Bewertung der Kohlenstoffbiomasse und der Meeresgesundheit von entscheidender Bedeutung ist.9
John Love, ISS-Forschungsplanungs-Integrationswissenschaftler
Expedition 71
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Zitate:
1 Weidberg N, Lopez Chiquillo L, Roman S, Roman M, Vazquez E, et al. Bewertung der hochauflösenden thermischen Überwachung komplexer Gezeitenumgebungen aus dem Weltraum: Der Fall von ECOSTRESS in Rias Baixas, Nordwest-Iberien. Fernerkundungsanwendungen: Gesellschaft und Umwelt. 2023 November; 32101055. DOI: 10.1016/j.rsase.2023.101055.
2 Doughty CE, Keany JM, Wiebe BC, Rey-Sanchez C, Carter KR, et al. Tropenwälder nähern sich kritischen Temperaturschwellen. Natur. 23. August 2023; 621105-111. DOI: 10.1038/s41586-023-06391-z.
3 Richard EC, Harber D, Coddington OM, Drake G, Rutkowski J, et al. SI-rückführbare radiometrische Charakterisierung der spektralen Bestrahlungsstärke und absolute Kalibrierung des TSIS-1 Spectral Irradiance Monitor (SIM). Fernerkundung. 2020 Januar; 12(11): 1818. DOI: 10.3390/rs12111818.
4 Coddington OM, Richard EC, Harber D, Pilewskie P, Chance K, et al. Das TSIS-1-Hybrid-Solar-Referenzspektrum. Geophysikalische Forschungsbriefe. 26. April 2021; 48(12): e2020GL091709. DOI: 10.1029/2020GL091709
5 Dubayah R, Armston J, Healey S, Bruening JM, Patterson PL, et al. GEDI leitet eine neue Ära der Biomasse-Inferenz aus dem Weltraum ein. Umweltforschungsbriefe. 2022 August; 17(9): 095001. DOI: 10.1088/1748-9326/ac8694.
6 Thorpe A, Green RD, Thompson DR, Brodrick PG, Chapman DK, et al. Zuordnung einzelner Methan- und Kohlendioxid-Emissionsquellen anhand von EMIT-Beobachtungen aus dem Weltraum. Wissenschaftliche Fortschritte. 17. November 2023; 9(46): eadh2391. DOI: 10.1126/sciadv.adh2391.
7 Cusworth DH, Thorpe A, Miller CE, Ayasse AK, Jiorle R, et al. Zwei Jahre satellitengestützte Quantifizierung der Kohlendioxidemissionen in den größten Kohlekraftwerken der Welt. Atmosphärenchemie und Physik. 24. November 2023; 23(22): 14577-14591. DOI: 10.5194/acp-23-14577-2023.
8 Bhatta S, Pandit AK, Loughman R, Vernier J. Drei-Wellenlängen-Ansatz zur Aerosol-Wolken-Unterscheidung im SAGE III/ISS-Aerosol-Aussterben-Datensatz. Angewandte Optik. 2023 Mai; 62(13): 3454-3466. DOI: 10.1364/AO.485466.
9 Kansakar P, Hossain F. Ein Überblick über die Anwendungen von Satelliten-Erdbeobachtungsdaten für den globalen gesellschaftlichen Nutzen und die Verwaltung des Planeten Erde. Weltraumpolitik. 2016 Mai; 3646-54.
