Zeer veel stikstofdioxide boven Nederland

Bron: KNMI en ESA

Satellietinstrument Sciamachy meet luchtverontreiniging

Publicatie van het KNMI

Hoge concentraties stikstofoxyden in Nederland en BelgiŽ

"De driehoek Vlaanderen/Brussel, zuidelijk Nederland en het Roergebied zucht samen met Noord-ItaliŽ en het noordoosten van China onder de grootste concentraties stikstofdioxyde ter wereld. Dat blijkt uit erg precieze metingen met het Sciamachy satellietinstrument van de milieusatelliet Envisat." Aldus de Belgische krant De Morgen op 14 oktober.

Bovenstaand figuur toont de mondiale verdeling van stikstofdioxide. Dit gas is een belangrijke indicator voor luchtverontreiniging. De kaart laat zien waar menselijke activiteiten van invloed zijn op de luchtkwaliteit. De kaart is gebaseerd op metingen van het Scanning Imaging Absorption Spectrometer for Atmospheric Cartography (SCIAMACHY) instrument aan boord van de Envisat satelliet.

Binnen het TEMIS project, een samenwerking van KNMI, het Belgische BIRA-IASB en de European Space Agency (ESA) wordt de hoeveelheid stikstofdioxide uit de SCIAMACHY metingen bepaald. Een nieuw satellietinstrument (OMI), gelanceerd in juli 2004, zal in nog veel meer detail in staat zijn luchtvervuiling in kaart te brengen. Het onderzoek van OMI wordt geleid door het KNMI.

Het unieke en nieuwe van de satellietmetingen is dat we nu de stikstofdioxideconcentraties boven Nederland direct kunnen vergelijken met andere gebieden. Een belangrijke reden voor de hoge concentraties boven Nederland-Belgie-Duitsland is de bevolkingsdichtheid en grote bedrijvigheid. Met name het verkeer is een sterke bron van stikstofoxiden (ongeveer 50%). Verder zijn industrie en electriciteitsopwekking uit fossiele brandstoffen belangrijk. Naast de industriele gebieden zijn ook bosbranden en door de mens aangestoken branden, met name in de tropen (Afrika), goed waar te nemen met SCIAMACHY. Stikstofoxiden spelen een belangrijke rol bij smogvorming en kunnen ademhalingsproblemen veroorzaken. Met name warme zonnige dagen in de zomer kunnen leiden tot hoge smogconcentraties.

Het KNMI werkt samen met het Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu (RIVM) op het gebied van luchtkwaliteit. Het RIVM heeft een adviestaak op het gebied van luchtkwaliteit, en meet dagelijks de concentraties van vele gassen en stofdeeltjes op tientallen locaties in Nederland (het landelijk meetnet luchtkwaliteit, http://www.lml.rivm.nl). De meerwaarde van de SCIAMACHY satellietgegevens is dat zij een mondiaal beeld van luchtvervuiling geven.

Meer informatie op internet:

KNMI Sciamachy NO2 werk:
http://www.temis.nl/airpollution/no2.html

Mondiale verdeling van stikstofdioxide:
http://www.temis.nl/airpollution/picts/no2scia_world.png

Verdeling van stikstofdioxide in Europa:
http://www.temis.nl/airpollution/no2col/images/no2_2003_europe.gif

Verdeling van stikstofdioxide in Nederland-Belgie:
http://www.temis.nl/airpollution/no2col/images/no2_2003_nederland.png

ESA bericht over NO2 metingen door Sciamachy:
http://www.esa.int/

Europese milieusatelliet Envisat:
http://www.knmi.nl/voorl/nader/europesemilieusatellietenvisat.htm

Ozonmeetintsrument OMI
http://www.knmi.nl/voorl/nader/ozonmeetinstrument.htm


Bron: Henk Eskes, KNMI

SCIAMACHY-sensor van Envisat maakt wereldwijde luchtvervuilingkaart

Publicatie van de ESA

Global Pollution Map

 
Wereldwijde stikstofdioxidekaart (klik voor hoge resolutie map, 1,5mB)

14 oktober 2004
Menselijke activiteiten hebben grote invloed op de kwaliteit van de lucht. Dat blijkt uit deze zeer gedetailleerde atmosfeerkaart van de wereld, die stikstofdioxidevervuiling toont. De kaart is gebaseerd op achttien maanden observatie van ESA’s aardobservatiesatelliet Envisat. Envisat is met tien instrumenten aan boord de grootste milieusatelliet ter wereld en werd in februari 2002 gelanceerd.

Eťn van de instrumenten aan boord is de SCIAMACHY (Scanning Imaging Absorption Spectrometer for Atmospheric Cartography), die het spectrum van het zonlicht meet dat door de atmosfeer schijnt. Nadat deze informatie grondig gefilterd is, zijn speciale ‘absorberingsvingerafdrukken’ van gassporen in de lucht te zien.
 
Europe Pollution Map

 
NO2 waarden boven Europa
 

Stikstofdioxide (NO2) is een gas dat vooral door de mens wordt geproduceerd en dat bij overmatige blootstelling longschade en ademhalingsproblemen kan veroorzaken. Het speelt ook een belangrijke rol in de atmosferische chemie, omdat het tot de productie van ozon in de troposfeer leidt. De troposfeer is het laagste deel van de atmosfeer dat zich tot tussen de acht en zestien kilometer boven de grond uitstrekt. Stikstofdioxide wordt geproduceerd door uitstoot van elektriciteitscentrales, zware industrie en wegtransport, net als door verbranding van biomassa. Stikstofdioxide wordt ook door de natuur gecreŽerd door bliksem in de lucht en door activiteit van microben in de aarde.


Plaatselijke metingen van atmosferische stikstofdioxide worden in veel westelijke industriŽle landen uitgevoerd, maar gegevensbronnen op de grond zijn over het algemeen schaars.

 
ESA's Envisat environmental satellite
 

 

De enige manier om effectieve wereldwijde controle uit te voeren is vanuit de ruimte. Het GOME (Global Ozone Monitoring Experiment) demonstreerde voor het eerst dat satellieten troposferische stikstofdioxide kunnen waarnemen op de ERS-2 van ESA. GOME was echter slechts een voorganger op kleine schaal van de door Duitsland, Nederland en BelgiŽ gefinancierde SCIAMACHY die aan boord van Envisat vliegt.

Hoewel beide instrumenten op dezelfde manier functioneren heeft GOME een beperkte ruimtelijke resolutie van slechts 320 x 40 kilometer, vergeleken met een kenmerkende 60 x 30 kilometer van SCIAMACHY, die ook de atmosfeer vanuit twee verschillende oogpunten observeert – naar beneden of ‘nadir’ maar ook ‘limb’ observaties in de vliegrichting – en een aanmerkelijk groter spectraal gebied heeft dan zijn voorganger.

Teams van de universiteiten van Bremen en Heidelberg in Duitsland, het Belgisch Instituut voor Ruimte AŽronomie (BIRA-IASB) en het Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut (KNMI) hebben gegevens van SCIAMACHY succesvol verwerkt en zode scherpste kaarten tot nu toe gemaakt van verticale kolommen van troposferische stikstofdioxide.

“De hogere ruimteresolutie die door SCIAMACHY geleverd wordt, betekent dat we in deze wereldwijde beelden veel detail zien, waarbij zelfs individuele bronnen van steden worden verklaard”, zei Steffen Beirle van het Instituut voor Milieu- en natuurwetenschappen van de Universiteit van Heidelberg, die verantwoordelijk is voor de hierboven getoonde kaart.

SCHIAMACHY will detect many different trace gases

 

 
SCIAMACHY neemt veel verschillende gassporen waar

 

“Hoge verticale kolomdistributies van stikstofdioxide worden met grote steden in Noord-Amerika en Europa geassocieerd, maar ook met andere plaatsen zoals Mexico City in Centraal Amerika en de Zuid-Afrikaanse op steenkool werkende energiecentrales die dicht op elkaar in het oostelijke Highveldplateau van dat land zijn geplaatst.
 “Verder wordt een zeer hoge concentratie boven Noordoost-China gevonden. Ook kan door heel Zuidoost-AziŽ en in grote gedeelten van Afrika stikstofdioxide gezien worden die door verbranding van biomassa is geproduceerd. Op sommige plaatsen zijn sporen van schepen zichtbaar, kijk maar naar de Rode Zee en de Indische Oceaan tussen het zuidelijkste punt van India en IndonesiŽ. De rokende schoorstenen van schepen die deze routes kruisen sturen een grote hoeveelheid NO2 de troposfeer in.

 
DOAS maakt de waarneming van zeer zwakke gasspoorsignaturen mogelijk

 

Deze kaart is het gemiddelde van alle beschikbare gegevens over een periode van 18 maanden. Dit zorgt ervoor dat seizoensverschillen van het verbranden van biomassa kleiner worden, net als de verschillen door menselijke activiteitsveranderingen door het jaar heen.”

Net als GOME werkt SCIAMACHY door het observeren van in de atmosfeer verspreide ultraviolette, zichtbare en infrarode straling. Het moeilijke werk begint op aarde, waar onderzoekers proberen heel zwakke absorptiepatronen van gassporen in het totale spectrum van verstrooid licht terug te vinden, een prestatie die zich laat vergelijken met het vinden van een speld in een hooiberg.
 

  Global Pollution Diagram
 

 
Vergelijking van de ruimtelijke resolutie van GOME en SCIAMACHY
 

De methode die zij gebruiken heet DOAS (Differential Optical Absorption Spectroscopy), wat eigenlijk een complex filterproces is dat ook wordt gebruikt door luchtbemonsteringsinstrumenten op de grond. DOAS verwijdert de overheersende spectrale ‘ruis’ van de Rayleigh-verstrooiing van licht in luchtdeeltjes (hetzelfde fenomeen dat ervoor zorgt dat de lucht er blauw uitziet) en als de absorptiepatronen van de zuurstof-, stikstof- en watermoleculen waar het grootste deel van de atmosfeer uit bestaat.

Wat na deze reductie achterblijft is het gewenste ‘signaal’ van kleinere spectrale absorptiepatronen van gassporen die door vergelijking met dwarsdoorsneden van monsters geÔdentificeerd moeten worden. Deze techniek is, wanneer hij op de resultaten van SCIAMACHY wordt toegepast, gevoelig genoeg om kolommen terug te vinden met minder dan een paar deeltjes stikstofdioxide per miljard luchtdeeltjes. Ter vergelijking: boven sterk vervuilde agglomeraties zoals Londen kan de mengverhouding van NO2 waarden bereiken van wel honderd deeltjes per miljard. Stikstofdioxidekaarten zoals degene die hier getoond is, zijn met behulp van nadir-peilingsgegevens geproduceerd. Hoewel NO2 door de troposfeer heen zeer varieert, is het door de bovenste laag van de dampkring, de stratosfeer, gelijk verdeeld. Dus werden stikstofdioxideniveaus die waren gemeten boven de meest afgelegen delen van de Stille Oceaan gebruikt om een algemene kolom van stratosferische stikstofdioxide te bepalen, die van de wereldwijde gegevens kon worden afgetrokken om troposferische verticale kolomwaarden te bepalen.

“Resultaten van deze en andere sensors kunnen gebruikt worden voor voorspellingen van de scheikundige weer- en luchtkwaliteit in de toekomst”, voegde Beirle toe. “Op dit moment concentreren we ons op het kwantificeren van verschillende bronnen van stikstofdioxide die uit de data van SCIAMACHY naar voren komen. Bijvoorbeeld verbranding van fossiele brandstoffen, verbranding van biomassa en bliksem. Die laatste zeker, aangezien de waarde van bliksem nog erg onduidelijk is.”

Sciamachy Optical Assembly

 
Optisch samenstel van SCIAMACHY
 

 

Over SCIAMACHY
 
SCIAMACHY is een spectrometer die de lucht in een zeer groot golflengtegebied in kaart brengt. Dat maakt de waarneming van gassporen, ozon en verwante gassen, wolken en stofdeeltjes door de hele atmosfeer mogelijk. Hij werkt met metingen van zonlicht dat is overgebracht, gereflecteerd en verspreid door de atmosfeer of het oppervlak van de aarde in het ultraviolette, zichtbare en bijna ultraviolette stralingsgolflengtegebied. Met een aftaststrook van 960 km beslaat hij elke zes dagen de hele aarde.

Dit veelzijdige instrument vertegenwoordigt een nationale bijdrage aan de Envisat-missie van ESA. Het is gefinancierd door de Duitse regering via het Duitse Lucht- en Ruimtevaartcentrum (DLR), door de Nederlandse regering via het Nederlands Instituut voor Vliegtuigontwikkeling en Ruimtevaart (NIVR) en ook door de Belgische regering via BIRA-IASB.

John Burrows van het Instituut voor Milieu- en natuurwetenschappen aan de universiteit van Bremen kreeg als eerste het idee van SCIAMACHY. Hij dient nu als Principal Investigator ervan. SCIAMACHY is onderdeel van een familie van atmosferische spectrometers waar ook GOME op ERS-2 toe behoort, net als het verwachte GOME-2 instrument dat volgend jaar met de eerste MetOp missie gelanceerd wordt.

Niet Nederlandstalige links:


Related news

 •  Envisat Symposium Report Day 3: Satellites supporting Kyoto – our future is in our forests (http://www.esa.int/esaEO/SEMMUM0XDYD_index_0.html)
 •  Envisat witnesses return of the South Polar ozone hole (http://www.esa.int/esaCP/SEM3B90XDYD_Protecting_0.html)
 •  Mapping the air to safeguard your looks, the environment – and planes in flight (http://www.esa.int/esaCP/SEM14SYO4HD_Ireland_0.html)

Related missions

 •  Envisat (http://www.esa.int/esaEO/SEMWYN2VQUD_index_0_m.html)
 •  ERS 1&2 (http://www.esa.int/esaEO/SEMGWH2VQUD_index_0_m.html)
 •  MetOp (http://www.esa.int/esaEO/SEM9NO2VQUD_index_0_m.html)

In depth

 •  Earthnet SCIAMACHY Introduction (http://envisat.esa.int/instruments/sciamachy/)
 •  Principal Investigator Portal (http://eopi.esa.int/)

Related links

 •  University of Heidelberg's Institute for Environmental Physics Satellite Group (http://rubens.iup.uni-heidelberg.de/)
 •  University of Bremen's Institute of Environmental Physics SCIAMACHY page (http://www.iup.physik.uni-bremen.de/sciamachy/)
 •  BIRA-IASB page on SCIAMACHY (http://www.oma.be/BIRA-IASB/Scientific/Topics/Lower/Satellite/SCIAMACHY.html)
 •  KNMI (http://www.knmi.com/indexeng.html)