Satelliet Tropomi zet vervuilers op de kaart

Het Nederlandse satellietinstrument Tropomi meet sinds oktober 2017 dagelijks wereldwijd de samenstelling van de atmosfeer in ongekend detail. Slimme algoritmes combineren de Tropomi metingen met andere gegevens en leiden zo af waar de vervuiling vandaan komt. De wind aan de grond is hierbij cruciaal. Zo blijkt het mogelijk om uit de satellietmetingen nauwkeurige schattingen te maken van de uitstoot van individuele elektriciteitscentrales en van schepen. Deze nieuwe mogelijkheden om wereldwijd te monitoren wie, wat, waar, wanneer en hoeveel uitstoot bieden ondersteuning aan internationale milieu- en klimaatafspraken.

Lockdown triggert Tropomi onderzoek

Hoeveel vervuiling stoot een fabriek uit? Een stad? Een land? Hoeveel is dit tijdens en na de lockdowns veranderd? Zien we in de mate van vervuiling regionale verschillen terug in de mate van economische gevolgen van de pandemie? Het zijn vooral dit soort vragen die hebben geleid tot een explosie aan onderzoek met de Tropomi satellietgegevens. In 2020 zijn meer dan vierhonderd publicaties verschenen die gebruik maakten van de Tropomi metingen. Dit jaar lijkt eenzelfde aantal publicaties al halverwege het jaar te worden behaald.

Vorig jaar was de afname van luchtvervuiling tijdens de coronacrisis in binnen- en buitenland veel in de media. Satellietbeelden van Tropomi (figuur1) blijken keer op keer een uitermate krachtig communicatiemiddel om de mondiale invloed van menselijke activiteiten op de luchtkwaliteit en veranderingen daarin snel in beeld te brengen.

Terug naar de bron

Steeds vaker worden in studies met Tropomi en soortgelijke satellietdata concrete schattingen gegeven van bronsterktes. Hiervoor worden de satellietwaarnemingen met lokale meteorologische waarnemingen en modellen gecombineerd, met name windgegevens. Afhankelijk van de windrichting nabij het aardoppervlak waait een schoorsteenpluim vanuit een bron (figuur 2) een andere kant op, soms beweegt de pluim wat sneller, soms gaat de verspreiding wat langzamer. 

Aan de hand van weermodellen, die de windsnelheid en overheersende windrichtingen nabij het aardoppervlak goed kunnen representeren, wordt de verspreiding van de pluim in het model vergeleken met de waargenomen pluim. Door vervolgens waarnemingen van veel dagen slim met elkaar te combineren is de locatie en de sterkte van een (continue) bron vrij precies te achterhalen. De algoritmes hiervoor zijn complex, zeker voor een chemisch reactief, kortlevend gas als stikstofdioxide (NO2).

Enkele voorbeelden van vervuilingsbronnen

De verwachting is dat er steeds meer en krachtiger methoden ontwikkeld gaan worden om kwantitatief de sterkte van vervuilingsbronnen te bepalen. Hierdoor kunnen ook veranderingen in de bronnen worden gezien en langjarige trends bepaald. Twee recente voorbeelden van gekwantificeerd onderzoek door het KNMI naar continue bronnen zijn het lekken van methaan bij de schaliegaswinning in Texas en de NO2 emissies van compressorstations langs een gasleiding in Siberië (figuur 3). Bij incidentele lekkages hangt detectie af van toeval. Is de pluim van vervuiling gezien of niet? Zeker bij bewolkt weer kan een grote pluim onopgemerkt blijven. Al binnen enkele dagen wordt elke pluim zoveel verspreid en verdund dat hij niet meer zichtbaar is.

Nu luchtvervuiling en methaan, straks CO2

Ondanks jaren van onderzoek en afspraken rondom de rapportage van emissies blijft er onzekerheid over de gebruikte getallen, en vooral ook over waar precies de gerapporteerde emissies in de atmosfeer zouden zijn gekomen. Vandaar de vraag van onder andere de Europese Commissie of gerapporteerde getallen en vooral ook de langjarige trends per bedrijf, per sector, per land met Tropomi kunnen worden geverifieerd.

De Tropomi satellietmetingen worden nu gebruikt voor het bepalen van de bronnen van luchtvervuiling en methaan. De opvolgers van Tropomi worden ondertussen al gebouwd. Naast luchtvervuiling en methaan gaan deze zich ook richten op de bronnen van CO2. In de nabije toekomst vermoeden we dat van dag-tot-dag gemeten kan worden in hoeverre bedrijven, steden en landen zich daadwerkelijk weten te committeren aan de internationale afspraken om de verdere opwarming van de aarde zoveel mogelijk te beperken. Onopgemerkt de atmosfeer vervuilen is in de nabije toekomst nauwelijks meer mogelijk.

KNMI-klimaatbericht door Michiel van Weele