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Kohlenstoffbilanz mit Satellitendaten

So viel Kohlendioxid steckt im Regenwald

| Autor/ Redakteur: Susanne Hufe* / Christian Lüttmann

Wenn er brennt, leidet das Klima. Der Amazonasregenwald ist ein gigantischer Kohlendioxid-Speicher. Um seine tatsächliche Kapazität abzuschätzen, haben Forscher des Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) nun ein neues Modell vorgestellt. Es soll wesentlich exakter sein und in Zukunft auch kurzfristige Änderungen wie Abholzung und Waldbrände zeitnah abbilden.

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Die Regenwälder der Erde binden große Mengen an Kohlenstoff in ihrer Biomasse und sind damit eine entscheidende Kohlenstoffsenke (Symbolbild).
Die Regenwälder der Erde binden große Mengen an Kohlenstoff in ihrer Biomasse und sind damit eine entscheidende Kohlenstoffsenke (Symbolbild).
(Bild: NASA/JPL-Caltech)

Leipzig – Mithilfe von Satellitendaten lässt sich die Biomasse in Regenwäldern abschätzen. Ein neues Verfahren von Wissenschaftlern des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) soll die Qualität dieser Schätzung nun um über 20 Prozent verbessern. Damit lassen sich die Folgen von Dürren und Waldbränden für das Amazonasgebiet exakter beschreiben als zuvor, schreiben die Forscher in ihrer aktuellen Veröffentlichung.

Modell berücksichtigt Waldstruktur statt nur -höhe

Um die Biomasse in Wäldern zu schätzen, stand den Forschern bislang die aus Satellitendaten gewonnene Waldhöhe zur Verfügung. Daraus ermittelten sie über statistische Verfahren die ungefähre Biomasse. Die Ergebnisse waren aber oft umstritten, da derartige Schätzungen eher ungenau sind. Neuartige Satelliten mit Lasergeräten eröffnen nun allerdings ganz andere Möglichkeiten: Sie vermessen nicht nur die Höhe der Wälder rund um den Globus, sondern auch die komplette Struktur dieser Wälder.

Das Modellierer-Team um Prof. Dr. Andreas Huth vom UFZ kombinierte nun Messergebnisse eines Lasersatelliten mit dem am UFZ entwickelten Waldmodell „Formind“, das mit Klima- und Bodendaten das Wachstum von Einzelbäumen bis zu einer Auflösung von 20 Metern und die Dynamik von Wäldern simuliert.

25% genauere Schätzung

Mehr als 700.000 solcher Laserdaten wurden so für das Amazonas-Gebiet ausgewertet. Das Ergebnis: Wichtige Parameter, die für die Beschreibung eines Waldgebiets entscheidend sind, können künftig viel präziser geschätzt werden. Dazu zählen beispielsweise die oberirdische Biomasse und das Wachstum des Waldes (Bruttoprimärproduktion). „Insgesamt verringert sich die Unsicherheit der Schätzungen für die einzelnen Wald-Parameter zwischen 20 und 43 Prozent. Die Schätzung der oberirdischen Biomasse wird beispielsweise um 25 Prozent genauer“, sagt Studienleiter Huth.

410 Milliarden Bäume im Blick

Mit dem neuen Verfahren wird das UFZ-Team eigene Vorstudien überarbeiten, in denen bisher lediglich die Waldhöhe einfloss, nicht aber die volle Information der Waldstruktur zur Biomassenschätzung.

Im Jahr 2018 war es ihnen gelungen, durch die Verknüpfung von Laserdaten des ICESat-Satelliten mit Formind für das Jahr 2005 die Biomasse für alle 410 Milliarden Bäume im Amazonas-Gebiet zu simulieren. Insgesamt waren demnach 76 Milliarden Tonnen Kohlenstoff im Amazonas Regenwald gebunden.

„Wir konnten mit unserer Forschung auch zeigen, welche Regionen des Amazonas-Gebiets Kohlenstoffsenken oder -quellen sind“, sagt Huth. Insgesamt sei der Regenwald mit einer Kohlenstoffbindung von rund 600 Millionen Tonnen pro Jahr noch eine Kohlenstoffsenke, die einen Großteil des CO2-Jahresausstoß von ganz Deutschland allein ausgleichen könnte (2019: 866 Mio. Tonnen CO2-Äquivalente). Aber es gebe auch lokale Kohlenstoffquellen, etwa wenn Bäume durch Trockenheit absterben oder durch Feuer vernichtet werden. Würde der Regenwald etwa vollständig abrennen, so führte dies zu einer Verdreifachung des globalen CO2-Jahresausstoßes – allein durch die zusätzlich freigesetzte Menge und ohne Berücksichtigung der Funktion als Kohlenstoffsenke.

Laserdaten für noch bessere Waldüberwachung

Mit der Verknüpfung von hochauflösenden Satellitendaten mit dem Formind-Modell eröffnen sich für die Waldmodellierer am UFZ nun eine Reihe neuer Optionen. So misst die seit Ende 2018 von der NASA gestartete Mission „Gedi“ (Global Ecosystem Dynamics Investigation) mithilfe eines neuartigen Lasergerätes an der Internationalen Raumstation ISS mehrmals jährlich die globale Waldstruktur.

Diese Daten werden frühestens ab Ende des Jahres zur Verfügung stehen. Damit könnten die UFZ-Wissenschaftler in regelmäßigen Abständen von einem halben Jahr Aussagen treffen, wie sich – beispielsweise durch die Landnutzung oder die Erderwärmung – die in den tropischen Wäldern gebundene Biomasse verändert und wo Kohlenstoffsenken und -quellen liegen.

Möglich sind auch aktuelle Einschätzungen zu den Folgen von Waldbränden, etwa im Amazonas-Gebiet. „Liegen uns die dafür notwendigen Daten der NASA vor, können wir Aussagen treffen, wie viel Kohlenstoffdioxid durch die Feuer emittiert wurde“, sagt Dr. Rico Fischer, ebenfalls Autor der Studie und Waldmodellierer am UFZ.

Wöchentlich aktueller Status?

Eine weitere Vision der Forscher ist, die Daten weiterer Satelliten zu integrieren und mit Formind zu kombinieren. Dies würde die Unsicherheiten der Schätzungen weiter mindern. Profitieren könnten die Wissenschaftler auch von der von Deutschland geplanten neuen Satellitenmission Tandem-L.

Diese Mission soll mithilfe von zwei Radarsatelliten die weltweite Waldstruktur jede Woche vermessen können. Damit wäre es möglich, kurzfristige Veränderungen im Wald, etwa durch Abholzung, Waldbrände oder Dürren, schnell zu erkennen und somit die Folgen von Landnutzung und Klimawandel sehr viel genauer quantifizieren zu können. Dies wäre laut Fischer und Huth nochmals ein großer Mehrwert für die Waldforschung.

Originalpublikation: Rödig et al.: From small-scale forest structure to Amazon-wide carbon estimates, Nature Communications volume 10, Article number: 5088 (2019), DOI: 10.1038/s41467-019-13063-y

Rödig et al.: The importance of forest structure for carbon fluxes of the Amazon rainforest, NEnvironmental Research Letters, Volume 13, Number 5, 2018;. DOI: 10.1088/1748-9326/aabc61

* S. Hufe, UFZ Umweltforschungszentrum, 04318 Leipzig

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