Vorteile

• Tor-Daten in Kombination mit HPC-Ressourcen und der Meteocloud erleichtern den Zugang zu einem beispiellosen Umfang an troposphärischen Ozondaten.
• WebDO3SE bietet eine Schnittstelle für die Erforschung der Auswirkungen von troposphärischem Ozon auf die Vegetation.
• Die Untersuchung des troposphärischen Ozons auf globaler Ebene gibt den Umweltbehörden mehr Möglichkeiten.

Sektor der Industrie

Landwirtschaft, Umwelt/Klima/Wetter, Öffentliche Dienste/Zivilschutz

Wissenschaftliche Partner

Der Troposphären-Ozon-Bewertungsbericht (Tropospheric Ozone Assessment Report, TOAR) ist eine internationale Aktivität des Projekts „International Global Atmospheric Chemistry“, das die globale Verteilung und die Trends des troposphärischen Ozons bewerten und Daten bereitstellen soll, die für die Analyse der Auswirkungen von Ozon auf Gesundheit, Vegetation und Klima nützlich sind. Das TOAR-Datenzentrum bietet Zugang zur TOAR-Datenbank, in der Luftqualitätsüberwachungsdaten von Tausenden von Standorten auf der ganzen Welt gesammelt werden.

Die Herausforderung

Ozon, eine schützende Verbindung in der Stratosphäre der Erde, kommt auch in der untersten Schicht unserer Atmosphäre, der Troposphäre, vor. Troposphärisches Ozon ist jedoch schädlich für das Klima, die menschliche Gesundheit und die Vegetation, da es die Biomasse, die Ernten und die Artenvielfalt verringert. Die Quantifizierung der globalen Aufnahme von Ozon durch Pflanzen ist von entscheidender Bedeutung, aber eine Herausforderung, denn sie erfordert numerische Modelle, die fein aufgelöste Ozonmessungen, Pflanzenspezifika und meteorologische Parameter miteinander in Beziehung setzen, die nur für einzelne Standorte und begrenzte Zeiträume zur Verfügung stehen, was eine Quantifizierung unpraktisch macht und sinnlos fragmentiert.

Die Lösung

Die TOAR-Dateninfrastruktur löst das Problem der fragmentierten Daten. Sie verbindet die TOAR-Datenbank, die bei Jülich Supercomputing Centre  (JSC) Clouds gehostet wird und eine der weltweit größten Sammlungen bodengestützter Ozonmessungen enthält, mit der ebenfalls am JSC gehosteten Meteocloud, einer Sammlung meteorologischer Daten, als Input für das Ozon-Depositionsmodell DO3SE. Der Arbeitsablauf von webDO3SE ist in Abbildung 1 dargestellt. Über eine Weboberfläche können Nutzer einfach auf die Daten zugreifen und selbst Wirkungsabschätzungen in ihrem Browser durchführen. Sie wählen einen Standort und eine Pflanzenart per REST-Abfrage an webDO3SE aus. Dann werden alle Parameter und Eingaben, die für die Ausführung des Modells erforderlich sind, automatisch online erfasst. Die Ergebnisse des Modells werden dem Nutzer direkt im Browser zur weiteren Analyse zur Verfügung gestellt.

Abbildung 1Schema zur Beschreibung des produktiven Arbeitsablaufs von webDO3SE, der durch eine REST-Anfrage des Benutzers ausgelöst wird. Die Modellpipeline läuft dann automatisch in der Cloud-Infrastruktur von JSC ab und die Ergebnisse werden im Browser des Nutzers angezeigt.

Wissenschaftliche Auswirkungen

Mit dem Fortschreiten des Klimawandels werden wahrscheinlich auch die Treibhausgase und die Verbindungen, die troposphärisches Ozon erzeugen, zunehmen. In der Vergangenheit wurde die Untersuchung der weitreichenden Auswirkungen des troposphärischen Ozons auf die Ernährungssicherung, die Kohlenstoffbindung, die Holzproduktion und den Schutz vor Bodenerosion, Lawinen und Überschwemmungen durch den fragmentierten Zugang zu Daten behindert. Die HPC-Infrastruktur in Verbindung mit TOR-Daten mildert jedoch diese Fragmentierung und ermöglicht die Skalierung wissenschaftlicher Studien zur Unterstützung öffentlicher Einrichtungen.

Das TOAR-Tool, webDO3SE, wird derzeit für eine Studie zum Vergleich globaler Depositionsmodelle verwendet und in Zukunft eine neuartige globale Bewertung der Ozondeposition der Vegetation liefern – das Ausmaß, in dem Pflanzen troposphärisches Ozon absorbieren und abschwächen. Sobald webDO3SE gut etabliert ist, kann es auch von Umweltbehörden genutzt werden, um von troposphärischem Ozon verursachte Ernteschäden und andere negative Auswirkungen auf die Vegetation abzuschätzen. Im Laufe der Zeit können die Auswirkungen von troposphärischem Ozon sowie alle Maßnahmen zur Abschwächung gemessen, verfolgt und genauer modelliert werden, um den künftigen ökologischen und gesellschaftlichen Nutzen zu maximieren.