MUCCnet - Munich Urban Carbon Column network

Säulenintegrierte Treibhausgaskonzentrationen

MUCCnet ist das erste permanente Sensornetzwerk in München zur Quantifizierung der Treibhausgase Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4) und wird von der Technischen Universität München seit September 2019 betrieben. Das Sensornetzwerk besteht aus fünf hochpräzisen optischen Messinstrumenten (FTIR Spektrometer), welche das Sonnenspektrum analysieren und somit die Konzentration der Treibhausgase in der Atmosphäre bestimmen können. Nähere Informationen zum Messprinzip finden Sie hier. Unser Titelbild zeigt die südliche Messstation in Taufkirchen mit Blickrichtung Süden während des Sonnenaufgangs. Um das Sonnenspektrum ungehindert analysieren zu können und Vandalismus vorzubeugen, stehen all unsere Messsysteme auf Dächern öffentlicher Gebäude. Wir bedanken uns dabei bei den Gemeinden Feldkirchen, Gräfelfing, Oberschleißheim und Taufkirchen für die Erlaubnis, unsere Messsysteme auf deren Gebäuden aufstellen zu dürfen. In der nachfolgenden interaktiven Grafik können Sie die bisher gemessenen Konzentrationen der Treibhausgase betrachten. Weiter unten auf der Seite sind unsere fünf Standorte in der Münchner Innenstadt (TUM), Taufkirchen (TAU), Gräfelfing (GRA), Oberschleißheim (OBE) und Feldkirchen (FEL) jeweils auf einer Karte dargestellt. Da unser Messprinzip auf der Analyse des Sonnenspektrums basiert, können wir nur tagsüber nicht bei zu starker Bewölkung messen. Deshalb gibt es nicht für alle Tage entsprechende Messwerte.
Es ist anzumerken, dass für Juni und Juli 2021 die Konzentrationen mehrerer Stationen noch nicht berechnet wurden. Im August 2021 befinden sich die MUCCnet Stationen in Hamburg, um im Auftrag der UN Methan Emissionen zu erfassen.
Die in Hamburg generierten Daten, können hier eingesehen werden: retrieval.esm.ei.tum.de

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Sensor Footprints

Was sagen die obigen Konzentrations-Reihen über die tatsächlichen GHG-Emissionen aus?

  • GHG = Green House Gas
  • Konzentration = Das Verhältnis zwischen der Anzahl an Molekülen von Gas x und der gesamten Anzahl an Gasmolekülen in der beobachteten Luftsäule
  • Emission = Wie viele Gaspartikel von Gas x werden pro Zeit und pro Erdoberfläche produziert?

Wir messen nur die Konzentrationen innerhalb der Luftsäule über unseren Sensoren. Daher müssen wir die Frage beantworten: “Woher kommen diese Gaspartikel?”

Sensor Footprints – kurz “Footprints” – beschreiben den Kontext dieser Konzentrationen. Ein großer Emitter (= Produzent von Emissionen) direkt neben einem Sensor verstärkt den Sensormesswert deutlich mehr als ein Emitter, der weit entfernt von diesem ist. Welche Emitter wie stark den Sensorwert beeinflussen beschreibt ein Footprint. Dies wird durch die Windrichtung bestimmt, welche auf die Transportrichtung der Gaspartikel hinweist.

Footprint enthalten keine expliziten Emitter, sondern beschreiben eine “geographische Region, welche Einfluss auf den Sensormesswert hat”. Die folgende Karte enthält die Footprints für alle MUCCNET Stationen am 02.06.2020.

Der gleiche Tag kann im obigen Konzentrations-Plot ausgewählt werden.

Vormittags detektiert die Station WEST die höchste Konzentration. Aus dem Footprint lässt sich entnehmen, dass dies am Ostwind liegt. Im Laufe des Tages dreht der Wind nach Norden und der WEST-Sensormesswert sinkt.

Emission Inventories

Zusätzlich zu den gemessenen Konzentrationen und dem dreidimensionalen Windfeld, benötigt das verwendete Modell initiale Emissionsschätzungen für jede einzelne Emissionszelle. Dazu verwenden wir ein sogenanntes Emissionskataster (hier: TNO-GHGco), wie in der unteren Abbildung zu sehen ist.

Durch Berechnungen werden in solchen Katastern die Emissionen einzelner Zellen anhand von Parametern wie Siedlungs- und Verkehrsdichte, Anzahl und Größe industrieller Emitter, Landwirtschaft etc. grob bestimmt. Diese in der Karte dargestellten Werte verwenden wir als Startwerte für unser Modell und korrigieren jede einzelne Zelle mithilfe unseres weltweit einmaligen Datensatz gemessener Treibhausgaskonzentrationen.

Im Gegensatz zu den berechneten Werten eines Emissionskatasters können nämlich nur realen Messungen bisher unbekannten Emissionsquellen detektieren und falsch quantifizierte Emissionsquellen korrigieren. Somit leisten wir einen essentiellen Beitrag, um die tatsächlichen städtischen Emissionswerte räumlich und zeitlich hochaufgelöst zu bestimmen.

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