De coronacrisis in 2020 en 2021 heeft wereldwijd geleid tot beperkende maatregelen. Dit leidde tot een forse vermindering van de uitstoot van stikstofdioxide (NO2). Dit kunnen we waarnemen vanuit de ruimte met het Nederlandse satellietinstrument Tropomi.
Minder wegverkeer, vliegverkeer, scheepvaart en industriële activiteiten heeft in 2020 en 2021 geleid tot betere luchtkwaliteit. Die verbetering was relatief groot ten opzichte van 2019, het jaar voor de pandemie. Gemiddeld over Nederland zien we een afname in de hoeveelheid NO2 van ongeveer 20% ten opzichte van de waarnemingen in 2019. Dit geldt ook voor de rest van Europa en boven verstedelijkte gebieden elders in de wereld. Boven steden in Europa en China tijdens de eerste reeks lockdowns in 2020 is de luchtvervuiling zelfs verminderd met 50-60%.
Door schonere technologieën en een minder verbruik van fossiele brandstoffen zien we sinds 2005 een geleidelijke afname van de hoeveelheid NO2 boven Nederland. Een deel van de afname in 2020 en 2021 wordt door de langjarige afname verklaard. De verwachting is dat deze afname ook de komende jaren door blijft gaan vanwege het huidige klimaat, energie- en stikstofbeleid.
Het Nederlandse satellietinstrument Tropomi brengt wereldwijd en nauwkeuriger dan ooit de luchtkwaliteit in kaart. Consistente Tropomi-waarnemingen van NO2 zijn beschikbaar vanaf 1 mei 2018. De veranderingen in de luchtkwaliteit in Nederland door de maatregelen in de coronajaren 2020 en 2021 is hiermee nu te kwantificeren.
De grote veranderingen in luchtkwaliteit bleken goed zichtbaar te zijn op satellietbeelden van Tropomi. Het instrument meet dagelijks wereldwijd de concentraties van vervuilende stoffen zoals NO2 tot op het detailniveau van steden of stadsdelen. De metingen zijn met een ruimtelijk oplossend vermogen dat voldoende is om de uitstoot van grotere bronnen en steden te onderscheiden.
Vooral over verstedelijkte gebieden laat Tropomi een grote afname in NO2 te zien. Figuur 1 laat een vergelijking zien tussen de NO2 satellietwaarnemingen boven Europa in 2019, 2020 en 2021. De Tropomi beelden van een veel schonere lucht maakten vooral begin 2020 indruk en haalden veelvuldig de media in verschillende landen.
Figuur 2 toont de afname in de luchtvervuiling boven Nederland in de coronajaren 2020 en 2021 in vergelijking met het jaar 2019. Het betreft jaargemiddelden van de hoeveelheid NO2. Door de figuren onderling te vergelijken ontstaat er een beeld van de veranderingen in uitstoot.
De rode vlekken boven Nederland wijzen op de locaties met de hoogste NO2 uitstoot: de grote steden (onder andere Amsterdam, Rotterdam, Den Haag, Utrecht, Eindhoven), enkele grote industriegebieden, de haven van Rotterdam en Antwerpen en rondom Schiphol. Het Ruhrgebied in Duitsland springt er ook uit. Gemiddeld over Nederland zien we een afname in NO2 van ongeveer 20% ten opzichte van de waarnemingen in 2019.
De veranderingen zoals die vanuit de ruimte zijn gemeten door Tropomi komen overeen met een analyse op basis van de luchtkwaliteitsmetingen van het RIVM. Door de lockdown in het voorjaar van 2020 was er een afname in NO2-concentraties tussen de -18 en -30% (verkeersemissies -35%). Dat blijkt uit een wetenschappelijk artikel uit 2021 van het RIVM. Voor fijnstof was de afname in voorjaar 2020 ongeveer -20%.
Tropomi meet dagelijks de hoeveelheid NO2 in de atmosfeer in blokken van ongeveer 5 bij 5 km2. De hoeveelheid NO2 wordt gedomineerd door de vervuiling in de grenslaag, de onderste (halve) kilometer van de atmosfeer nabij het aardoppervlak. De grenslaag neemt bijna alle uitstoot van verkeer, scheepvaart, industrie, centrales, landbouw in zich op. Hoewel de grenslaag vaak goed is doorgemengd is de hoeveelheid NO2 gemeten door Tropomi niet 1-op-1 te relateren aan de grondmetingen van het RIVM.
De vertaling van de waargenomen veranderingen in NO2 naar de bronnen aan de grond is daarom niet eenvoudig. De hoeveelheid NO2 in de lucht is sterk variabel door snelle veranderingen in temperatuur, windrichting en windsterkte. In de satellietmeting van een dag zien we pluimen van vervuiling die meegevoerd worden door de wind. De variabiliteit van het weer maakt interpretatie van de dagelijkse beelden complex, vooral als het weer sterk afwijkt van het langjarig gemiddelde. Middelen over tijd helpt om een algemeen beeld te krijgen van de veranderingen in de uitstoot zoals getoond in figuur 2. In deze jaarplaatjes wordt gemiddeld over alle weersomstandigheden en windrichtingen, wat leidt tot het vlekkenpatroon in de figuren.
Figuur 3 toont de meest recente berekeningen van de veranderingen in de uitstoot van NO2 in Nederland in 2020 en 2021 ten opzichte van 2019. Het combineren van de dagelijkse satellietmetingen met metingen aan de grond en met meteorologische modellen zorgt voor steeds nauwkeuriger schattingen van de veranderingen in uitstoot. Meer onderzoek is nodig om deze schattingen te vertalen naar verandering in de verschillende bronnen van NO2 in Nederland.
Vooral 2020 was een uitzonderlijk jaar voor de luchtkwaliteit. Tijdens de lockdown in maart en april, maar ook daarna was er een sterke afname van het verkeer. Met Tropomi konden we dit dagelijks volgen. We vonden ongeveer 20% afname van NO2 in Nederland en een halvering in steden als Milaan, Parijs en Madrid ten opzichte van 2019, zie ook onze tijdlijn voor 2020 hieronder.
Al zestien jaar worden satellietmetingen gedaan door het OMI-instrument, de voorloper van Tropomi. Uit de vergelijking met deze historische gegevens wordt nog duidelijker hoe uitzonderlijk de coronacrisis is geweest. Figuur 4 toont de afname van de hoeveelheid NO2 in Nederland ten noorden en ten zuiden van ruwweg de lijn IJmuiden – Arnhem.
De trend in de OMI-satellietwaarnemingen komt overeen met de trend in de grondwaarnemingen in Nederland (AirBase NO2) met een afname van -18% in het relatief schone noorden tot -37% in het meer vervuilde zuiden van Nederland over een periode van dertien jaar (van 2005 tot 2018). Een klein deel van de verschillen tussen de coronajaren 2020 en 2021 en het jaar 2019 kan door de onderliggende langjarige trend worden verklaard.
In Italië, en met name in het noorden van de Povlakte, zien we een sterke reductie in NO2 ten opzichte van 2019, zie figuur 5 en deze animatie van ESA. In Milaan is de concentratie eind februari en maart ongeveer 40 procent lager dan in dezelfde periode in 2019. De afname in de kolomhoeveelheid gemeten met Tropomi wordt bevestigd door de analyse van de concentraties van NO2 aan de grond door de Copernicus Atmosphere Monitoring Service.
Ook in China meten we een sterke reductie van de hoeveelheid NO2 vanaf het Chinese Nieuwjaar (figuur 6) toen daar de eerste maatregelen van kracht werden. Gemiddeld over het land zien we in maart een reductie van de concentraties van ongeveer 35 procent ten opzichte van maart 2019. Voor individuele steden liep dit op tot 50-60 procent.
In ons land werden vanaf 16 maart 2020 maatregelen getroffen. Vanaf zondag 22 maart was het vervolgens uitzonderlijk zonnig en droog, met een zuidoosterwind door een groot hogedrukgebied ten noorden van Nederland. Door het zonnige weer konden deze week extra veel satellietmetingen verricht worden. Tropomi maakt gebruik van geflecteerd zonlicht en ziet de vervuiling beter als er weinig tot geen bewolking is. Om de invloed van het weer op de vergelijking te minimaliseren hebben we 22-26 maart 2020 vergeleken met de periode 23-27 februari 2019 toen het ook grotendeels onbewolkt was in noordwest-Europa met ook een wind uit het zuidoosten. Op 27 maart berichtten we voor het eerst over de afname van luchtvervuiling boven Nederland en deze vergelijking is te zien in figuur 7.
In steden in het zuidwesten van Europa zijn ook grote afnames van NO2 waar te nemen ten opzichte van vorig jaar, zoals in Rome, Madrid en Parijs. Meer recente metingen tot en met 13 april bevestigen deze eerste waarnemingen en laten concentraties zien in die grote steden die rond de 50 procent lager liggen dan in 2019.
Voor Nederland en noordwest Europa verwachten we een voortzetting van de lagere NO2 concentraties zoals we die eind maart zagen. In de afgelopen weken hebben we echter uitzonderlijk zonnig en droog weer gehad. De invloed hiervan moet eerst goed bestudeerd worden voordat we een meer nauwkeurige schatting kunnen maken van de invloed van de voortzetting van de maatregelen in Nederland.
In India ziet Tropomi na 25 april ook grote afnames in stikstofdioxide. Steden zoals Mumbai en Delhi laten een reductie van rond de 40-50 procent zien. Tegelijkertijd lieten een aantal grote kolengestookte elektriciteitscentrales in het oosten van het land nauwelijks een afname zien in de eerste weken van april.
Inmiddels is China weer aan het werk en zijn de concentraties NO2 weer bijna zo hoog als vorig jaar. De satellietmetingen zijn in goede overeenstemming met metingen aan de grond. In maart werden de maatregelen in China weer versoepeld, zijn de bedrijven weer opgestart en gaan de Chinezen weer naar hun werk. Vanaf 8 april is ook Wuhan in China weer toegankelijk. Door deze toename van de economische activiteit is echter ook de hoeveelheid NO2 luchtvervuiling weer bijna terug op het oude niveau.
In figuur 8 zien we de metingen voor 13 maart tot 13 april 2020 vergeleken met maart-april 2019. Het figuur laat zien dat de stikstofdioxide waardes in deze periode erg vergelijkbaar zijn met vorig jaar, met gemiddeld nog maar een lichte afname over het noordoosten van China. De uitstoot is dus inmiddels weer bijna terug op een niveau van voor de coronamaatregelen.
Figuur 9 laat de tijdreeks in NO2 concentraties zien zoals in China gemeten aan de grond. Hierbij zijn de metingen vergeleken met NO2 modelverwachtingen die gebruik maken van schattingen van de uitstoot van stikstofoxiden en andere vervuilende componenten. In deze schattingen is het effect van de coronamaatregelen niet meegenomen. De modellen geven hiermee een 'business-as-usual' waarde waarmee de metingen vergeleken kunnen worden. Het figuur toont de verhouding tussen de metingen en de modellen en laat zien dat in februari de concentraties NO2 aan de grond 30-60 procent lager zijn dan wat de modellen berekenen. Deze afname is toe te schrijven aan de genomen maatregelen. In tweede helft maart en begin april zijn de gemeten en gemodelleerde waardes weer vrijwel gelijk, wat een indicatie is dat de uitstoot weer terug is op het niveau van voor de corona uitbraak. De metingen aan de grond zijn dus in goede overeenstemming met wat de satelliet waarneemt vanuit de ruimte.
Er zijn twee wetenschappelijke artikelen verschenen over de afname van stikstofdioxide (NO2) boven China en andere delen van de wereld door de maatregelen om het coronavirus te bestrijden, op basis van de satellietmetingen van Tropomi en OMI.
Het eerste artikel verscheen in Science Advances en beschrijft de afname van NO2 in China in februari 2020 en toename in maart, zoals waargenomen met Tropomi en OMI, in vergelijking met de periode 2015-2019. Het tijdsverloop van de waarnemingen worden gerelateerd aan de maatregelen genomen door de Chinese overheid. Verder is er met modelberekeningen vergeleken om uit te sluiten dat de afname veroorzaakt is door weersinvloeden. Met het hoge ruimtelijk oplossend vermogen van Tropomi zijn de verschillende bijdragen (verkeer, industrie, elektriciteitscentrales) van elkaar te onderscheiden. Figuur 10 laat bijvoorbeeld een duidelijk afname zien van het verkeer op de snelwegen en in de steden in China.
Het tweede artikel, in Geophysical Research Letters, rapporteert de door OMI en Tropomi waargenomen afnames in NO2 in China, Zuid-Korea, West-Europa en de VS. Ten opzichte van 2019 laten Chinese steden een afname van 40% zien in de concentratie (zie figuur 11). Ook in Spanje, Italië, Frankrijk en België zijn de afnames fors, tussen de 20 en 40%.
Nu de maatregelen in de meeste landen versoepeld worden, zien we ook verkeer en bedrijvigheid weer toenemen. In de periode mei tot en met augustus meten we een duidelijke toename van de NO2-vervuiling in Europa richting het niveau zoals we dat gewend zijn in de afgelopen jaren. Alhoewel de concentraties nog steeds 10 tot 20 procent lager zijn dan in 2019.
Wereldwijd was er een afname van 8,8 procent in CO2-uitstoot in de eerste helft van 2020 ten opzichte van dezelfde periode in 2019. Dat blijkt uit wereldwijd onderzoek gepubliceerd in het tijdschrift Nature. Een groot deel van de daling is een direct gevolg van de coronacrisis. De resultaten zijn ook te bekijken op de interactieve website Carbon Monitor, waar ook recentere data beschikbaar zijn.