De bosbranden die in 2024 door het Amazonegebied raasden, waren de meest verwoestende in meer dan twintig jaar. Nieuw onderzoek, gefinancierd door de Europese Ruimtevaartorganisatie (ESA), suggereert dat de uitstoot mogelijk tot drie keer hoger was dan eerdere schattingen.
Branden zijn een terugkerend fenomeen in centraal Zuid-Amerika, vaak versterkt door droogte en ontbossing. In 2024 bereikte de bosbrandactiviteit het hoogste niveau in 20 jaar, met gevolgen voor uitgestrekte gebieden van het Amazonewoud en de Cerrado – 's werelds tropische savanne met de grootste biodiversiteit, die zich uitstrekt over een vijfde van Brazilië en zich uitbreidt tot in Bolivia en Paraguay.
In een artikel, gepubliceerd in Geophysical Research Letters, werd kunstmatige intelligentie (AI) gebruikt om satellietwaarnemingen van koolmonoxide tijdens het brandseizoen van augustus-september 2024 te analyseren. Wetenschappers gebruikten dit gas als indicator voor de uitstoot van kooldioxide en combineerden de satellietgegevens met modellen voor bosbranden.
De resultaten wijzen erop dat de huidige wetenschappelijke methoden de koolstofemissies aanzienlijk onderschatten, waarbij de werkelijke koolstofuitstoot mogelijk 1,5 tot drie keer hoger ligt.
Dit heeft belangrijke gevolgen voor klimaatmodellen en wereldwijde koolstofbalansen, die afhankelijk zijn van nauwkeurige schattingen van de uitstoot door bosbranden.
Waarom de huidige schattingen mogelijk te laag zijn
Het onderzoek, gefinancierd door de ESA, werd geleid door de Technische Universiteit van Dresden in samenwerking met het Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut (KNMI) en BeZero Carbon, het in Londen gevestigde bureau voor koolstofbeoordelingen. Het onderzoek wees ook uit dat langdurig smeulen een belangrijke factor was die bijdroeg aan de koolstofemissies in 2024.
Jos de Laat, senior wetenschapper bij het KNMI en hoofdauteur, zei: “We hebben een gebied van ongeveer 4 miljoen vierkante kilometer bestudeerd, waar de meest intense branden en vervuiling geconcentreerd waren nabij de grens tussen Brazilië en Bolivia. Dit had ernstige gevolgen voor de luchtkwaliteit in de hele regio.
“We constateerden aanzienlijke verschillen tussen de gemodelleerde en de waargenomen niveaus van luchtvervuiling. De huidige methoden kunnen niet weergeven wat satellieten daadwerkelijk waarnemen, wat erop wijst dat belangrijke emissiebronnen over het hoofd worden gezien.”
Om dit aan te pakken, hebben onderzoekers een AI-systeem getraind om hun geavanceerde emissieberekeningen te versnellen. Dit maakte het mogelijk om meerdere jaren en regio's te analyseren, ondanks de hoge rekenkracht die hiervoor nodig was.
Het onderzoek combineerde ook gegevens van verschillende Sentinel-missies (Sentinel-2, Sentinel-3 en Sentinel-5P) om zowel de schatting als de evaluatie van bosbrandemissies te verbeteren, waarbij werd opgemerkt dat de synergie van deze instrumenten cruciaal is voor vooruitgang.
Koolmonoxide als proxy voor kooldioxide
Koolmonoxide is een kleurloos, reukloos en giftig gas dat vrijkomt wanneer organisch materiaal, zoals vegetatie, onvolledig verbrandt. Koolstofdioxide daarentegen levert de grootste bijdrage aan antropogene emissies. Rookpluimen van bosbranden bevatten beide gassen.
Koolmonoxide is voor satellieten echter gemakkelijker te detecteren dan kooldioxide, waardoor het een nuttige indicator is voor het schatten van de uitstoot door bosbranden.
Hoewel kooldioxide het belangrijkste broeikasgas is, is het van nature al in hoge en vrijwel constante concentraties (ongeveer 430 delen per miljoen, of ppm) in de atmosfeer aanwezig, waardoor kleine veranderingen vanuit de ruimte moeilijk te detecteren zijn – een beetje zoals proberen een stuk wit papier op sneeuw te zien. Koolmonoxide daarentegen komt van nature voor in veel lagere concentraties (minder dan 0,2 ppm) en is veel variabeler, waardoor stijgingen gemakkelijker te herkennen zijn, net alsof je een stuk wit papier zoekt tegen een donkere achtergrond.
ESA-onderzoek verbetert schattingen van bosbrandemissies
Het onderzoek naar bosbranden in de Cerrado en het Amazonewoud maakte deel uit van het internationale onderzoeksproject Sense4Fire, dat wordt gefinancierd door de ESA. Het project onderzoekt omstandigheden die de kans op het ontstaan van bosbranden vergroten en heeft tot doel de schattingen van de koolstofemissies die worden gegenereerd door vlammen en smeulende sintels te verbeteren.
Het onderzoek maakt gebruik van een breed scala aan satellietgegevens, waaronder Sentinel-satellieten en aanvullende bronnen. Het werkt aan het vergroten van het wetenschappelijk inzicht in branddynamica en de rol daarvan in de koolstofcyclus door waarnemingen van de Sentinels te integreren in nieuwe datasets en modellen van aardobservatie. Het Sense4Fire-project past geavanceerde technieken toe, waarbij gebruik wordt gemaakt van complexere computationele analyses en rijkere gegevens over vegetatie, mogelijk gemaakt door de geavanceerdere satellietinstrumenten voor teledetectie die momenteel worden ontwikkeld.
Stephen Plummer, ESA-wetenschapper op het gebied van aardobservatie, merkte op: “De bevindingen uit dit artikel roepen vragen op over hoe we de koolstofemissies van branden berekenen, en in het bijzonder CO?–een primair broeikasgas en drijvende kracht achter de opwarming van het klimaat. Aardobservatiesatellieten zoals de Sentinels dragen bij aan steeds nauwkeurigere datasets, waardoor we een veel duidelijker inzicht krijgen in hoe ons aardse systeem reageert en evolueert. De bijdrage vanuit de ruimte biedt een belangrijke maatstaf voor het beoordelen van mondiale koolstof- en klimaatmodellen, die van vitaal belang zijn voor het onderbouwen van het klimaatbeleid dat besluitvormers moeten invoeren.”
Copernicus Sentinel-5P volgt de vervuiling door bosbranden vanuit de ruimte
Sentinel-5P, dat in oktober 2017 werd gelanceerd, was de eerste Copernicus-missie die zich toelegde op het monitoren van de atmosfeer. De geavanceerde spectrometer, TROPOMI, meet sporen van gassen zoals stikstofdioxide, ozon, formaldehyde, zwaveldioxide, methaan, koolmonoxide en aerosolen. Het biedt dagelijkse wereldwijde dekking met een ongekende ruimtelijke resolutie. Dit maakt de Sentinel-5P- e uitzonderlijk geschikt voor het meten van koolmonoxide. Dankzij de veel fijnere ruimtelijke resolutie in combinatie met veel betere detectoren heeft het TROPOMI-instrument de meting en monitoring van luchtvervuiling naar een hoger niveau getild.
De waarnemingen van TROPOMI omvatten gedetailleerde informatie over vegetatie, brandstofvochtigheid en oppervlakteomstandigheden, waardoor nauwkeurigere emissieschattingen mogelijk zijn in vergelijking met traditionele methoden, die voornamelijk steunden op verbrande oppervlakte en het stralingsvermogen van de brand.
Jos de Laat van het KNMI merkte op: “De methodologieën en gegevens die we tijdens dit project hebben ontwikkeld, zullen worden geïntegreerd in toekomstige Europese Horizon-projecten en de Copernicus Atmospheric Monitoring Service (CAMS), waardoor een bredere toepassing en voortdurende ontwikkeling worden gewaarborgd.”