Scientific Foundations for Atmospheric Emission Inventories

Dieser Bericht behandelt ein wichtiges Kapitel der Umweltforschung, nämlich die Verbesserung unseres Verständnisses der bedeutenden Flüsse von Spurenstoffen in die Atmosphäre. Diese Flüsse, sowohl von anthropogenen als auch von natürlichen Quellen, werden gewöhnlich als Emissionen bezeichnet. Die Erfassung derartiger Emissionen war ursprünglich vor allem eine administrative Aufgabe, erfüllte aber als solche nicht die Anforderungen der Atmosphärenforschung. Innerhalb der vergangenen Dekade entwickelten sich Emissionskataster jedoch zu einem Verfahren, das wissenschaftliche Kriterien erfüllt. Schlüsselbegriffe wie Richtigkeit, Vollständigkeit, Konsistenz und Vergleichbarkeit fanden Eingang in die Methodik, vor allem in Zusammenhang mit der operativen Nutzung von Emissionskatastern und -bilanzen in der Umweltpolitik, welche eine wesentlich höhere Vertrauenswürdigkeit der Emissionsdaten verlangte. Dazu war es nötig, die Verbesserungen durchzuführen, die hier im Detail behandelt werden: Entwicklung konsistenter Prozeduren zur Berechnung von Emissionsdaten, Schaffung neuer Methoden wie etwa der Verwendung von Satellitendaten, und Bestimmung der Qualität dieser neuen Daten ebenso wie die der Emissionskataster insgesamt. Schließlich mussten die Schnittstellen zu den verwandten Bereichen, etwa jenen des wirtschaftlichen und sozio-ökonomischen Antriebs zur Verursachung der Emissionen, oder jenen zur Verteilung und Umsetzung innerhalb der Atmosphäre, definiert werden. Dazu waren Kooperationen von Luftchemikern mit den Partnern aus unterschiedlichsten Fachgebieten, von den Computerwissenschaften über Biologie bis zur Ökonomie, erforderlich. Noch immer können nicht alle Anforderungen in entsprechender Qualität erfüllt werden, es ist nunmehr aber möglich, die Qualität zu bestimmen und eine Anforderung an eine Verbesserung zu identifizieren. Die vorliegende Arbeit bezieht sich zwar primär auf die bereits publizierten früheren Beiträge des Autors, die allgemeinen Kapitel erlauben jedoch einen breiten Überblick zum Verständnis der jüngsten Entwicklungen dieses recht neuen Gebietes der Umweltforschung. This report describes important developments in the environmental sciences: namely, achievements in understanding the main input fluxes of trace compounds into the atmosphere. These fluxes from both anthropogenic and natural sources are called emissions. Gathering data on such emissions mostly started as an activity performed at an administrative level. This did not provide data of sufficient quality to satisfy the atmospheric science community. Within the last decade, atmospheric emission inventories developed into an undertaking to fulfil the basic scientific criteria. Key topics such as accuracy, completeness, consistency, and comparability were also introduced by the original operational user of emission inventories, environmental policy, in order to increase the level of confidence. Such demands required a number of improvements presented here in detail: the development of consistent procedures for inventory calculation, the invention of new methods such as applying satellite derived information, the assessment of the quality of such new individual methods, a quality assessment of the overall inventory, and the definition of interfaces to the economical drivers responsible for emissions as well as to the atmospheric behavior of trace compounds. Specialists from related disciplines, including computer scientists, biologists, and economists participated in the respective activities. Still, quality is not always sufficient to fulfil all needs, but at least techniques are available to assess such quality and to characterize a potential need for improvement. While the work presented here focuses on the specific contributions this author has made in previous publications to the field of emission inventories, the general chapters provide a broad overview required to understand recent developments in this fairly new discipline within the environmental sciences.