Weiterentwicklung eines Tools zur vereinfachten Abschätzung der Klimawirkung von Einzelflügen

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wird das "vereinfachte CO2e-Abschätzungstool" des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) zur vereinfachten Abschätzung der Klimawirkung von Einzelflügen weiterentwickelt. Hierfür werden systematisch Verbesserungsmöglichkeiten identifiziert und umgesetzt. Die Weiterentwicklung erfolgt mit der Erstellung eines neuen, für die Passagierluftfahrt des Jahres 2019 repräsentativen Datensatzes von Grund auf. Dieser basiert auf dem Emissionskataster des DLR-Projekts ELK, sowie der Klimawirkungsabschätzung mit dem Klima-Response-Modell AirClim. Der Datensatz wird umfassend aufbereitet inklusive eines Clusterings nach Klimawirkungscharakteristiken. Aufgrund der Verteilung der Klimawirkungswerte über mehrere Größenordnungen wird als zentrale Verbesserung ein angepasstes Fehlermaß, abgestimmt auf den verwendeten Datensatz, entwickelt und in der Ableitung symbolischer Regressionsformeln, welche als Abschätzungsmodelle ausgewählt werden, eingesetzt. Von den Hyperparametern über eine Normalisierung des Datensatzes bis zu den zugelassenen Regressoren werden verschiedene Einstellungen der auf genetischen Algorithmen basierenden Regression in einem iterativen Vorgehen untersucht und bewertet. Die final ermittelten Regressionsformeln weisen eine deutlich verbesserte Genauigkeit und Gleichmäßigkeit der Abschätzung verglichen mit den Modellen der vorherigen Toolversionen auf. Sie nutzen lediglich Daten zum Start- und Zielflughafen, sowie dem maximalen Abfluggewicht des eingesetzten Flugzeugs und bieten auf Basis dieser Daten die Möglichkeit einer dem Stand der Wissenschaft entsprechenden vereinfachte Abschätzung der Klimawirkung von CO2- und Nicht-CO2-Effekten. Nicht geeignet sind die Formeln für Analysen individueller Flugverläufe, sowie die präzise Modellierung atmosphärischer Bedingungen, wenngleich Sättigungseffekte für Kondensstreifen und globale Windsysteme in Teilen abgebildet sind. Die Regressionsformeln werden in ein nach den Anforderungen von Nutzenden entwickeltes Python Tool mit Programmierschnittstelle und grafischer Benutzungsoberfläche integriert, welches das Ergebnis dieser Arbeit zusammenfasst.