NASA-Satelliten helfen bei der Quantifizierung des Einflusses von Wäldern auf den globalen Kohlenstoffhaushalt

Wissenschaftler haben eine neue Methode zur Messung von Kohlenstoffschwankungen in Wäldern entwickelt, von der erwartet wird, dass sie die Genauigkeit von globalen Kohlenstoffschätzungen verbessert.

Unter Verwendung von Boden-, Luft- und Satellitendaten hat ein internationales Forscherteam – darunter auch NASA-Wissenschaftler – eine neue Methode entwickelt, um zu beurteilen, wie sich die Veränderungen der Wälder in den letzten zwei Jahrzehnten auf die Kohlenstoffkonzentration in der Atmosphäre ausgewirkt haben.

Die Wissenschaftler konnten nicht nur die allgemeine Rolle der Wälder im globalen Kohlenstoffkreislauf besser verstehen, sondern auch zwischen den Beiträgen der verschiedenen Waldtypen unterscheiden und bestätigen, dass unter den Wäldern die tropischen Wälder für den größten Anteil an den globalen Kohlenstoffschwankungen verantwortlich sind – sie nehmen mehr Kohlenstoff auf als andere Waldtypen und geben durch Abholzung und Degradierung mehr Kohlenstoff in die Atmosphäre ab.

Während die Rodung von Land für Landwirtschaft, Industrie und andere menschliche Aktivitäten den Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre erhöht, ist die Hauptursache für den globalen Kohlendioxidanstieg im letzten Jahrhundert auf menschliche Aktivitäten zurückzuführen, die fossile Brennstoffe wie Kohle und Öl verbrennen. Per Saldo ziehen Bäume und andere Pflanzen Kohlendioxid aus der Atmosphäre.

Die Karte des Kohlenstoffflusses der Wälder von der Webanwendung Global Forest Watch und die dazugehörige Studie, die am 21. Januar in Nature Climate Change veröffentlicht wurde, zeigen diese Kohlenstoffschwankungen der Wälder in einem noch nie dagewesenen Detail. Dies wurde nur einen Tag nach dem Beitritt der Vereinigten Staaten zum Pariser Klimaabkommen veröffentlicht – ein internationales Abkommen zur Begrenzung des globalen Temperaturanstiegs, das speziell die Reduzierung von Emissionen aus Entwaldung und Walddegradierung hervorhebt.

Durch Photosynthese absorbieren Wälder Kohlendioxid aus der Atmosphäre, um Sauerstoff zu produzieren und ergänzen damit das kollektive Atmen des anderen Lebens auf der Erde, das Sauerstoff einatmet und Kohlendioxid ausstößt.

Den Forschern zufolge haben die Wälder zwischen 2001 und 2019 jedes Jahr kollektiv etwa 15,6 Milliarden Tonnen Kohlendioxid aus der Erdatmosphäre aufgenommen, während Abholzung, Brände und andere Störungen durchschnittlich 8,1 Milliarden Tonnen Kohlendioxid pro Jahr freisetzten. Es wird geschätzt, dass Wälder auf der ganzen Welt etwa 7,6 Milliarden Tonnen absorbieren und damit als Netto-Kohlenstoffsenke etwa das 1,5-fache der jährlichen Emissionen der gesamten USA ausmachen.

„Wälder wirken wie eine zweispurige Autobahn im Klimasystem“, sagte die leitende Forscherin Nancy Harris, die als Forschungsdirektorin für das Waldprogramm des World Resources Institute (WRI) tätig ist. „Ein detaillierter Blick auf die beiden Seiten – Waldemissionen und Waldabbau – schafft Transparenz bei der Überwachung der waldbezogenen Klimapolitik.“

Die neue Methodik integriert Datensätze aus zahlreichen Quellen, darunter Vor-Ort-Berichte, Luftdaten und Satellitenbeobachtungen, um den ersten konsistenten globalen Rahmen für die Abschätzung des Kohlenstoffflusses speziell für Wälder zu schaffen.

Dies ist eine Veränderung gegenüber der derzeitigen jährlichen Berichterstattung der nationalen Forstdaten, die trotz standardisierter Richtlinien des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) immer noch von Land zu Land variieren und oft von den in der jeweiligen Region verfügbaren Ressourcen bestimmt werden. Ein solcher Mangel an Einheitlichkeit der Daten bedeutet, dass globale Kohlenstoffschätzungen ein beträchtliches Maß an Unsicherheit enthalten können.

„Das Gute ist, dass wir wissen, dass es Unsicherheiten gibt, und wir können sie tatsächlich quantifizieren“, sagt Mitautorin Lola Fatoyinbo, eine Wissenschaftlerin des NASA Goddard’s Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. „Alle Schätzungen sind mit einer Unsicherheit behaftet, die immer kleiner wird, wenn wir bessere Datensätze erhalten.

Die Biomasse-Schätzungen für die Studie basierten auf Daten des NASA-Satelliten ICESat (Ice, Cloud, and land Elevation Satellite), der in erster Linie entwickelt wurde, um Veränderungen in der Eisbedeckung zu verfolgen, aber auch Topographie- und Vegetationsdaten liefert.

In Zukunft sollen der NASA Carbon Monitoring Systems Biomass Pilot, der Satelliten- und Felddaten kombiniert, um die Schätzungen von Vegetation und Kohlenstoffvorräten zu verbessern, der ICESat-2 der NASA und die Global Ecosystem Dynamics Investigation (GEDI) – ein mit einem Laser ausgestattetes Instrument an Bord der Internationalen Raumstation, das die dreidimensionalen Strukturen der gemäßigten und tropischen Wälder der Welt aufzeichnet – das Verständnis der Kohlenstoffabbauraten in Waldlandschaften weiter verbessern. Als Teil des GEDI-Teams sagt Fatoyinbo, dass sie mehrere relevante Datenprodukte wie Baumkronenprofile und globale Karten der oberirdischen Biomasse erstellen werden, die für zukünftige Kohlenstoffschätzungen nützlich sein werden.

„Dies ist eine Art großer Paradigmenwechsel bei der Überwachung von Wäldern“, sagt Sassan Saatchi, Wissenschaftler am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien und Mitautor der Studie. „Es brachte ein neues Bild davon, wo die großen Veränderungen stattfinden, sowohl in Bezug auf die Landoberfläche, die Kohlenstoff an die Atmosphäre verliert, als auch in Bezug auf die Aufnahme von Kohlenstoff aus der Atmosphäre.“

Der neue Ansatz half auch dabei, herauszufinden, welche Waldtypen größere Unsicherheiten aufweisen, wobei die tropischen Wälder sowie die Wälder der gemäßigten Zone in der nördlichen Hemisphäre hervorgehoben wurden. „Wo die Unsicherheiten groß sind, darauf müssen wir uns konzentrieren und mehr Daten bekommen, um besser zu quantifizieren“, sagt Saatchi.

Sobald neue Daten verfügbar sind, ist es relativ einfach, die neuen Zahlen zu berechnen.

„Die Art und Weise, wie das eingerichtet wurde, ist in einer Cloud-Computing-Plattform“, sagt Fatoyinbo. „Wenn ein neuer Datensatz herauskommt, der viel besser ist als der zuvor verfügbare, kann man einfach reingehen und ihn austauschen. Das war früher etwas, das Jahre gedauert hat, und jetzt kann man es in ein paar Stunden machen.“

Es wird zwar nicht erwartet, dass sich die Ergebnisse signifikant ändern, aber die Unsicherheiten werden schrumpfen, was den Wissenschaftlern ein klareres Bild des globalen Kohlenstoffkreislaufs liefert und den politischen Entscheidungsträgern hilft, sich zu informieren. Die Studie zeigt zum Beispiel, dass 27% der weltweiten Netto-Kohlenstoffsenken in Wäldern innerhalb von Schutzgebieten, wie Nationalparks, zu finden sind.

Regierungen, die ihre Emissionen reduzieren wollen, brauchen möglichst genaue und aktuelle Daten. Fatoyinbo sagt, dass „dies ein Rahmenwerk ist, das dabei wirklich helfen kann.“

Veröffentlich von:

NASA’s Jet Propulsion Laboratory
NASAJPL
4800 Oak Grove Dr
Pasadena, CA 91109

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