Övervakning av mänskliga koldioxidutsläpp från rymden

I 2015 enades FN:s medlemsstater om ett nytt klimatavtal, det så kallade Parisavtalet, vilket syftar till att bromsa klimatförändringarna genom att minska utsläppen av koldioxid. För att genomföra och följa upp åtgärder för minskade utsläpp krävs exakta och objektiva uppskattningar av koldioxidutsläpp. Dagens utsläppsuppskattningar baseras huvudsakligen på aktivitetsdata, till exempel statistik på energiförbrukning och bränsleanvändning, som omvandlas till utsläpp i form av koldioxidekvivalenter genom multiplikation med emissionsfaktorer. Den här typen av utsläppsberäkning kallas för inventering.

Inventeringar kan ge detaljerad information om hur utsläppen varierar i vissa sektorer, men är ofta förknippade med stora osäkerheter, vilket kan bero på processer som försummats, brister i underlagen, och fel värden på emissionsfaktorerna. Speciellt utvecklingsländer, där koldioxidutsläppen har ökat markant de senaste åren, kan ha svårt att samla inventeringar av tillräckligt hög kvalité. En alternativ metod för att övervaka koldioxidutsläpp är att mäta koldioxidhalterna i atmosfären, och sedan med hjälp av modeller härleda var utsläppen kom ifrån och hur mycket som släppts ut. Den här tekniken kallas inversmodellering och kan komplettera inventeringar med mätbaserade utsläppsuppskattningar.
Flera rymdstyrelser planerar nu att lansera satelliter för att övervaka koldioxidutsläpp med hjälp av inversmodellering, till exempel den Europeiska kommissionens ”Copernicus CO2 Mission" (CO2M) i samarbete med bland annat den Europeiska rymdorganisationen. Dessa satelliter kommer att generera koldioxidobservationer med högre upplösning och större yttäckning än tidigare möjligt. Dock är de flesta inversmodelleringsmetoderna anpassade för det relativt glesa markbaserade observationsnätverket, och kan i nuläget inte hantera den stora mängden av data från satelliter på ett optimalt sätt. Det krävs mer forskning för att förstå hur högupplösta satellitbilder kan användas för att härleda koldioxidutsläpp.
Det här projektet avser att utveckla nya metoder för att uppskatta koldioxidutsläpp från satellitmätningar. Dessa metoder bygger på moderna dataassimileringstekniker inspirerade av metoder som används för att göra numeriska väderprognoser genom att kombinera information från modeller och observationer. Metoderna är redan optimerade för att assimilera högupplösta mätningar från vädersatelliter, men behöver anpassas för koldioxidsatelliter för härledning av koldioxidutsläpp. Modellen måste även ta hänsyn till naturliga koldioxidkällor och sänkor, transporten av koldioxid i atmosfären, samt osäkerheter i dessa komponenter. Efter att ha implementerat dataassimileringsmetoderna kommer de testas med mätningar från nuvarande satelliter som Nasas OCO-2, samt simulerade observationer från framtida satelliter som CO2M.
Modelleringssystemet som jag kommer att bygga kommer vara ett regionalt system som fokuserar på en viss kontinent, land, eller stad, och kommer således komplettera det globala systemet som håller på att utvecklas av Copernicus. Ett framgångsrikt slutförande av projektet kommer att möjliggöra för inversmodeller att utnyttja högupplösta satellitmätningar av koldioxid för att övervaka koldioxidutsläpp. Det här projektet är således lägligt för att förbereda oss för framtida satelliter och ge stöd till åtgärder för att minska koldioxidutsläppen.