Estimation of methane emissions using TROPOMI and divergence analysis: A top-down assessment of Ghana’s national-scale methane budget

Methan ist ein potentes Treibhausgas, unsichtbar für das Auge, aber stark genug, um Wärme in der Atmosphäre einzufangen und den Klimawandel voranzutreiben. Während Kohlendioxid oft das Gespräch dominiert, ist Methan kurzfristig weitaus effizienter darin, den Planeten zu erwärmen, was seine Kontrolle zu einer entscheidenden Priorität für die globalen Klimaziele macht. In vielen Teilen der Welt, insbesondere in Entwicklungsländern, ist die Verfolgung der Herkunft dieses Gases ein schwieriges Rätsel. Traditionelle Methoden stützen sich auf das Zählen von Aktivitäten – wie etwa das Erfassen der Anzahl von Kühen oder die Messung des Brennstoffverbrauchs – und multiplizieren diese Zahlen mit geschätzten Emissionsraten. Dieser Ansatz, bekannt als Bottom-up-Inventur, verfehlt oft das Ziel, da er von unvollständigen Daten und Annahmen abhängt, die möglicherweise nicht die Realität vor Ort widerspiegeln. Um ein klareres Bild zu erhalten, wenden sich Wissenschaftler einem Top-down-Ansatz zu: dem Blick auf die Atmosphäre selbst. Durch die Messung der tatsächlichen Methankonzentration in der Luft aus dem Weltraum können Forscher rückwärts rechnen, um herauszufinden, wie viel Gas von der darunter liegenden Oberfläche freigesetzt wird, was eine direkte Überprüfung dessen bietet, was in der realen Welt geschieht.

In einer neuen Studie mit Fokus auf Ghana wandten die Forscher Nadine Osei-Essah und Yuichi S. Hayakawa diese satellitengestützte Perspektive an, um die Methanemissionen des Landes erstmals auf nationaler Ebene abzubilden. Sie nutzten Daten des Sentinel-5P-Satelliten, der ein Instrument namens TROPOMI trägt, das in der Lage ist, Methanmoleküle in der Atmosphäre nachzuweisen. Das Team betrachtete nicht einfach nur, wo die Konzentration des Gases am höchsten war; sie analysierten, wie der Wind dieses Gas bewegte. Durch die Kombination der Satellitenmessungen der Methanwerte mit detaillierten Winddaten verwendeten sie eine mathematische Technik namens Divergenzanalyse. Diese Methode verfolgt im Wesentlichen, wie sich das Gas ausbreitet, während es mit dem Wind reist. Wenn der Wind eine Luftwolke mit hohen Methanwerten von einer Quelle wegträgt, offenbart die Veränderung der Konzentration in diesem Bereich die Stärke der Emission darunter. Dieser Ansatz ermöglichte es den Wissenschaftlern, die Notwendigkeit bodengestützter Sensoren, die in der Region rar sind, zu umgehen, und stattdlich die Atmosphäre selbst die Geschichte erzählen zu lassen, woher das Gas kommt.

Die Ergebnisse zeichneten ein deutliches Bild von Ghanas Methanlandschaft und offenbarten eine klare Trennung zwischen dem Norden und dem Süden. Die Satellitendaten zeigten, dass die Methankonzentrationen im südlichen Teil des Landes signifikant höher waren, insbesondere entlang der Küstenregionen und im Volta-Becken. Im Gegensatz dazu zeigten die nördlichen Gebiete viel niedrigere Werte. Die Forscher fanden heraus, dass die Windmuster in der Region, die durch den Westafrikanischen Monsun getrieben werden, die Luft generell von Norden nach Süden und von Osten nach Westen drückten. Diese Bewegung half dabei, Emissionen von ihren Quellen zu transportieren, wodurch ein Fluss entstand, den die Wissenschaftler messen konnten. Der Großteil des Landes wies niedrige bis moderate Emissionsraten auf, wobei die Flüsse im Allgemeinen unter 35 Kilogramm pro Quadratkilometer pro Stunde lagen. Diese Werte legen nahe, dass die primären Quellen wahrscheinlich mit der Landwirtschaft zusammenhängen, wie etwa dem Reisanbau und der Viehhaltung sowie gemischten menschlichen Aktivitäten, anstatt aus massiven industriellen Lecks oder Super-Emittern aus der fossilen Infrastruktur zu stammen. Dennoch identifizierte die Studie einige wenige ausgeprägte Hotspots mit wesentlich höheren Emissionen, die bis zu fast 88 Kilogramm pro Quadratkilometer pro Stunde erreichten und in den Regionen Greater Accra, Western und Volta konzentriert waren.

Als die Forscher ihre satellitengestützten Zahlen mit der offiziellen nationalen Inventur verglichen, die auf der Bottom-up-Zählmethode basiert, trat eine signifikante Diskrepanz zutage. Die Satellitenanalyse deutete darauf hin, dass die bestehende Inventur die Gesamtmenge des freigesetzten Methans unterschätzte. Die Satellitendaten erfassten ein breiteres Spektrum an Emissionsintensitäten und zeigten, dass die tatsächlichen Emissionen höher waren, als die traditionellen Berichte angaben. Diese Lücke ist nicht überraschend, da Bottom-up-Inventuren oft Schwierigkeiten haben, die komplexe, diffuse Natur von Emissionen in tropischen Umgebungen zu berücksichtigen, in denen Faktoren wie Feuchtgebiete und verstreute landwirtschaftliche Praktiken Gase auf eine Weise freisetzen können, die mit Standardformeln schwer vorhersehbar ist. Die Studie hob auch hervor, dass die Satellitenmethode nicht perfekt ist; Wolkenbedeckung und atmosphärische Partikel in den südlichen Küstengebieten blockierten zeitweise die Sicht des Satelliten, was bedeutete, dass einige Hochemissionszonen möglicherweise übersehen oder unterschätzt wurden. Trotz dieser Einschränkungen bestätigt die Studie, dass Satellitenbeobachtungen, gepaart mit Windanalysen, ein leistungsstarkes und notwendiges Werkzeug zur Überwachung von Treibhausgasen in datenarmen Regionen darstellen.

Die Erkenntnisse bieten eine neue Grundlage für das Verständnis von Ghanas Beitrag zu den globalen Methanwerten und unterstützen das Land bei seinen Bemühungen, seine Klimaverpflichtungen zu erfüllen. Indem sie demonstriert, dass die Satellitentechnologie erfolgreich in der Lage ist, Emissionen in einem tropischen Land abzubilden, liefert die Studie einen replizierbaren Rahmen für andere Länder in Subsahara-Afrika, denen es an umfangreichen bodengestützten Überwachungsnetzwerken mangelt. Die Forschung unterstreicht, dass traditionelle Inventuren zwar eine Basis bieten, aber möglicherweise nicht die ganze Geschichte erzählen. Die Atmosphäre, wenn man sie korrekt liest, offenbart ein komplexeres und oft größeres Bild der Emissionen, das durch eine Mischung aus natürlichen Feuchtgebieten und menschlicher Aktivität angetrieben wird. Während die Welt bestrebt ist, Methan zu reduzieren, um den Klimawandel zu verlangsamen, werden diese Top-down-Einblicke essenziell für die Verifizierung von Fortschritten und die Gestaltung effektiver politischer Maßnahmen, um sicherzustellen, dass die Bemühungen zur Verringerung der Emissionen auf dem basieren, was tatsächlich in der Luft geschieht, und nicht nur auf dem, was auf dem Papier festgehalten wurde.