GAW (Global Atmosphere Watch) und GCOS (Global Climate Observing System) sind zwei internationale Programme. Sie sollen Beobachtungen der chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre und des gesamten Klimasystems langfristig sichern sowie den Zugang zu den generierten Daten garantieren. Koordiniert durch das Swiss GAW/GCOS Office der MeteoSchweiz, implementieren in der Schweiz zahlreiche nationale Institutionen mit ihren Aktivitäten diese Programme.
Das Programm Global Atmosphere Watch (GAW) wurde im Jahr 1989 durch die World Meteorological Organization (WMO) formalisiert als wichtiger Beitrag an die Überwachung der Umsetzung des Wiener Übereinkommens zum Schutz der Ozonschicht und des Montrealer Protokolls über Stoffe, die zum Abbau der Ozonschicht führen.
Wenig später, im Jahr 1992, wurde das Global Climate Observing System (GCOS) Programm als gemeinsame Initiative verschiedener Institutionen gegründet (WMO; Zwischenstaatliche Ozeanographische Kommission der UNESCO, IOC; Umweltprogramm der Vereinten Nationen, UN Environment; internationaler Wissenschaftsrat, ISC). Im Gründungsjahr 1992 anerkannte die Klimarahmenkonvention der Vereinten Nationen (UNFCCC) die Notwendigkeit einer Klimaüberwachung und forderte alle Parteien unter der Konvention explizit auf, die systematische Klimabeobachtung zu fördern. Aus diesem Grund rapportiert GCOS an UNFCCC.
Ziel von GAW ist es, qualitativ hochwertige Beobachtungen und Analysen zur chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre verfügbar zu machen. Dies ist in erster Linie wichtig für die Beobachtung der Ozonschicht und der Treibhausgaskonzentration. Aber auch die Überwachung der Luftqualität in Städten ist von Bedeutung. Denn damit lassen sich beispielswiese wichtige Rückschlüsse auf die menschliche Gesundheit ziehen.
An GAW sind über 100 Länder beteiligt. Das GAW-Messnetz umfasst gut 30 sogenannte globale, über 400 sogenannte regionale und 100 weitere Stationen aus assoziierten Netzwerken in den Bereichen Treibhausgase, Ozon, UV-Strahlung, Aerosole, reaktive Gase und Niederschlagschemie. Mehrere dieser Komponenten in GAW fliessen auch in GCOS ein.
Unter der Federführung der WMO unterstützen diverse Länder Aktivitäten im Rahmen von GAW. Dazu gehören nationale Forschungsprogramme und internationale Kooperationen, sowie Dienstleistungen in Form von globalen und regionalen Zentren zur Qualitätssicherung und Kalibration, die im Auftrag der WMO betrieben werden. Die Hauptaufgabe dieser Zentren ist die Verknüpfung von Beobachtungen mit den Weltreferenzstandards: Sie stellen durch Vergleichsmessungen die Kompatibilität der verschiedenen Messnetze sicher und führen regelmässige Qualitätskontrollen durch.
Ziel von GCOS ist eine systematische und qualitativ hochwertige Klimabeobachtung. Denn nur dank langen Beobachtungsreihen von Variablen wie beispielsweise Gletschern oder der Lufttemperatur können Veränderungen des Klimasystems erkannt werden.
In über 130 Ländern gibt es nationale Anlaufstellen für GCOS. Im Rahmen von GCOS soll sichergestellt werden, dass alle klimarelevanten Beobachtungen und Informationen systematisch erfasst und allen Nutzenden verfügbar gemacht werden.
Durch die Festlegung einer Liste von sogenannten essentiellen Klimavariablen (Essential Climate Variables, ECVs) - einem wichtigen Bestandteil von GCOS - wird definiert, welche Klimavariablen im Rahmen von GCOS beobachtet werden. GCOS spezifiziert aktuell 55 ECVs. Die Liste der ECVs enthält atmosphärische, terrestrische und ozeanische Variablen, die entscheidend zur Charakterisierung des Klimasystems auf der Erde beitragen.
Im Zusammenspiel mit Modellen können dank der Beobachtungen und Analysen im Rahmen von GCOS zudem Abschätzungen des zukünftigen Klimas gemacht werden. Insbesondere für die Eindämmung und Anpassung an den Klimawandel ist dies für eine informierte Entscheidungsfindung von wesentlicher Bedeutung. GCOS trägt so auch wesentlich an die Arbeit des Weltklimarats (Intergovernmental Panel on Climate Change IPCC) bei.
Sowohl für GAW als auch für GCOS bestehen strenge Vorgaben betreffend Qualität, Vergleichbarkeit und Verfügbarkeit der erhobenen Messungen. Sogenannte Implementierungspläne halten diese Anforderungen fest und sind damit das Fundament für die Umsetzung beider Programme. Sie beinhalten unter anderem Strategien, Definitionen, globale Anforderungen und Standards für eine systematische Beobachtung der Atmosphäre und des gesamten Klimasystems.
Der erste solche Plan für GAW wurde 2001 von der WMO publiziert. Seither wird der GAW Implementierungsplan ca. alle 7 Jahre aktualisiert. Im Falle von GCOS verlangt UNFCCC die regelmässige Überarbeitung des Implementierungsplans. Der GCOS Implementierungsplan wurde erstmals im Jahr 2004 veröffentlicht und wird alle fünf bis sechs Jahre aktualisiert. Zusätzlich wird zusammen mit dem GCOS Implementierungsplan jeweils auch ein Bericht mit spezifischen Anforderungen an die Beobachtungen/ECVs, wie zum Beispiel Angaben zur räumliche Auflösung, veröffentlicht.
Die aktuellen Implementierungspläne für GAW und GCOS sowie die ECV Anforderungen sind auf der WMO Website zu finden.
GAW und GCOS sind beides internationale Programme. Basierend auf den jeweiligen Implementierungsplänen erfolgt die praktische Umsetzung auf nationaler Ebene. In der Schweiz erfolgt diese Umsetzung im Rahmen von GAW Schweiz (GAW-CH) und GCOS Schweiz (GCOS-CH). Die beiden nationalen Programme werden dabei durch eine Vielzahl von Institutionen implementiert (Partnerinstitutionen). Da die Atmosphäre für beide Programmen relevant ist, nehmen einige Institutionen sowohl in der Umsetzung von GAW-CH als auch von GCOS-CH eine aktive Rolle ein. Beide Programme werden durch das Swiss GAW/GCOS Office an der MeteoSchweiz koordiniert.
Der Bundesrat beschloss 1994, dass sich der Bund am GAW-Programm der WMO beteiligt. Im Rahmen von GAW-CH beitreiben verschiedene, vorwiegend Schweizer Institutionen das Monitoring von zahlreichen chemischen Komponenten der Atmosphäre sowie internationale Zentren zur Qualitätssicherung und Kalibration von Beobachtungen der globalen GAW Stationen. Zusätzlich wird beispielsweise bei der Durchführung von Messungen in anderen Ländern der Aufbau von Kapazitäten unterstützt (Capacity Building). Damit gehört die Schweiz durch die GAW-CH Community in der Umsetzung des internationalen Programms zu den aktivsten GAW Mitgliedern.
Atmosphärenbeobachtungen, wie beispielsweise von Ozon, Aerosolen und atmosphärischer Strahlung erfolgen unter anderem durch Messstationen. In der Schweiz wird mit der Forschungsstation Jungfraujoch eine der insgesamt 30 globalen GAW Stationen betrieben. Weiter werden vier der rund 400 regionalen GAW Stationen betrieben: In Arosa, Payerne, Rigi und Thalwil.
Genauere Beschreibungen und Informationen über alle Schweizer sowie alle internationalen Stationen finden sich auf der internationalen Plattform GAW Station Information System GAWSIS. Diese wird von MeteoSchweiz betrieben und in enger Zusammenarbeit mit der WMO weiterentwickelt. Sie sammelt die Metadaten aller GAW Stationen weltweit und stellt diese zentral zur Verfügung. Damit wird ein wichtiger Beitrag an die Datensicherung und Verbreitung geleistet.
Im Rahmen von GAW-CH werden weiter vier internationale Zentren zur Qualitätssicherung und Kalibration (sogenannte globale und regionale) durch Schweizer Institutionen betrieben. Zwei Zentren an der Eidgenössischen Materialprüfungs-und Forschungsanstalt (Empa) unterstützen Länder in denen GAW umgesetzt wird in den Bereichen bodennahes Ozon, Kohlenmonoxid, Methan und Kohlendioxid: Das World Calibration Center (WCC-Empa) und das GAW Quality Assurance/Scientific Activity Center (QA/SAC Switzerland). Weiter wird am Physikalisch-Meteorologischen Observatorium Davos das World Radiation Center (PMOD/WRC) betrieben. Es bietet Kalibrierung in den Bereichen Strahlung und optische Trübung der Atmosphäre an. Das Central Calibration Laboratory des Eidgenössischen Instituts für Metrologie METAS (CCL METAS)produziert und validiert Referenzgase für zehn halogenierte flüchtige organische Verbindungen. Damit unterstützt es die qualitativ hochwertige Beobachtung dieser Verbindungen.
Internationale Kooperationen sind ein weiterer wichtiger Aspekt des GAW Programms. Der Aufbau von Kapazitäten fördert sowohl den Wissenstransfer als auch den Ausbau des globalen Messnetzes in Ländern, welche in geografische Lücken dieses Messnetzes liegen. Im Rahmen von GAW-CH unterstützt MeteoSchweiz seit 1996 regelmässige Ozonsondierungen in Nairobi (Kenia). Dies beinhaltet auch Qualitätsanalysen und regelmässige Schulungen des kenianischen Wetterdienstes (Kenya Meteorological Department).
Mit der Ratifizierung des Kyoto Protokolls im Zusammenhang mit UNFCCC entschied der Bundesrat 2002 über den Schweizer Beitrag an GCOS. Im Rahmen von GCOS-CH führen verschiedene Institutionen qualitativ hochwertige Klimabeobachtungen durch und stellen die Daten den Nutzenden zur Verfügung.
Die Klimabeobachtung hat in der Schweiz bereits eine sehr lange Tradition. Die längste systematische Klimabeobachtungsreihe geht bis in das Jahr 1808 zurück und besteht aus phänologischen Daten zum Blattausbruch einer Rosskastanie in Genf. Heute messen zahlreiche Institutionen im Rahmen von GCOS-CH qualitativ hochwertige Daten zu 34 ECVs. Diese werden fortlaufend erfasst, verarbeitet und der Öffentlichkeit verfügbar gemacht. Der Inventarbericht des Nationalen Klimabeobachtungssystems GCOS-CH gibt eine Übersicht, der in der Schweiz beobachteten ECVs.
Neben den Klimabeobachtungen selbst ist auch die Datensicherung und -verbreitung von grosser Wichtigkeit, damit die Daten allen Interessierten zur Verfügung stehen. Im Rahmen von GCOS-CH werden drei internationale Datenzentren von Schweizer Institutionen betrieben. Der an der Universität Zürich angesiedelte World Glacier Monitoring Service (WGMS) sammelt standardisierte, weltweite Beobachtungen zu Gletscherschwankungen. Die Datenbank Global Energy Balance Archive (GEBA)an der ETH Zürich sammelt an der Erdoberfläche gemessene Energieflüsse aus der ganzen Welt. Weiter stellt die klimahistorische Datenbank Euro-Climhist an der Universität Bern historische Klimadaten vom Mittelalter bis in die Gegenwart zur Verfügung.
Die im Rahmen von GCOS-CH gesammelten Daten bilden die Grundlage für Klimadienstleitungen in der Schweiz und sind dafür entsprechend von grosser Bedeutung. Auf diese Weise unterstützt GCOS-CH auch direkt die Aktivitäten des Netzwerks des Bundes für Klimadienstleistungen - National Center for Climate Services (NCCS).
29 nationale Partnerinstitutionen setzen GAW-CH und GCOS-CH durch gemeinsame Anstrengungen um. Damit tragen sie eine operationelle Überwachung der Atmosphäre von höchster Qualität, eine systematische Klimabeobachtung und den Betrieb von internationalen Daten-, Qualitätssicherungs- und Kalibrationszentren. Zu den nationalen Partnerinstitutionen zählen unter anderem Hochschulen, Forschungsanstalten, aber auch weitere Bundesbehörden. Gemeinsam verfolgen alle das Ziel, kontinuierliche und qualitativ hochwertige Atmosphären- und Klimabeobachtungen zu erfassen, regulieren, verarbeiten, archivieren und schliesslich zur Verfügung zu stellen.
Das Swiss GAW/GCOS Office am Bundesamt für Meteorologie und Klimatologie MeteoSchweiz koordiniert die Atmosphären- und Klimabeobachtungen in der Schweiz zur Unterstützung der nationalen Partnerinstitutionen. Basierend auf zwei Bundesratsbeschlüssen, nimmt MeteoSchweiz diese Rolle für GAW-CH seit 1994, und für GCOS-CH seit 2006, wahr.
Als Koordinationsstelle hat das Office folgende Zuständigkeiten:
Kontaktieren Sie das Swiss GAW/GCOS Office bei Fragen via unserer E-Mail Adresse:
Mit der Koordination der beiden Programme auf nationaler Ebene handelt MeteoSchweiz im gesetzlichen Auftrag, welcher durch die Schweizerische Meteorologie Verordnung (MetV) unter Artikel 4 und 5 gegeben ist.
Bei der Durchführung seiner Koordinationsaktivitäten steht das Swiss GAW/GCOS Office unter der Leitung eines unabhängigen Steuerungsausschusses (Swiss GAW/GCOS Scientific Steering Committee).
In seiner Funktion als unabhängiges Steuerungsorgan ist das Swiss GAW/GCOS Scientific Steering Committee unter anderem für Folgendes zuständig:
Dem Swiss GAW/GCOS Scientific Steering Committee gehören sieben Mitglieder an, die ein breites Spektrum an Fachwissen im Bereich der Atmosphären- und Klimasystemwissenschaften abdecken: