Stikstof in Nederland bekeken vanuit de ruimte

Satellietmetingen voor het bepalen van de stikstofuitstoot en toetsen van de modellen

Satellieten meten de totale hoeveelheid ammoniak en stikstofdioxide in de atmosfeer, en zijn complementair aan metingen gedaan op de grond (zie afbeelding 1). Satellieten meten met verschillende instrumenten overal, ook op plekken waar geen grondstation is. Het satellietonderzoek beschreven in het onderzoeksrapport maakt gebruik van ammoniak waarnemingen van de CrIS- en IASI-instrumenten, en stikstofdioxide waarnemingen van het TROPOMI-instrument.

De belangrijkste conclusies van het satellietonderzoek zijn:

De kwaliteit van de satellietmetingen van ammoniak en stikstofdioxide is goed genoeg om informatie toe te voegen aan de huidige kennis van stikstof. De metingen van ammoniak zijn minder nauwkeurig dan voor stikstofdioxide, maar de onzekerheden in de modellering en emissies zijn ook groter voor ammoniak.

De satellietmetingen laten zien dat de modellen die in Nederland gebruikt worden voor het modelleren van stikstof op uurlijkse basis (EMEP4NL, LOTOS-EUROS) realistisch zijn. De gemodelleerde totale hoeveelheid, verdeling over Nederland, tijdsafhankelijkheid en zelfs gesimuleerde individuele pluimen tonen een grote mate van overeenkomst met de satellietmetingen, wat vertrouwen geeft in de kennis en modellering van de uitstoot, transport in de atmosfeer en chemische omzetting.

Satellieten geven onafhankelijke informatie over emissies om de gerapporteerde emissies te toetsen. Als voorbeeld geeft afbeelding 2 de gemiddelde hoeveelheid stikstofdioxide in de lucht en de hoeveelheid uitgestoten stikstofdioxide voor het jaar 2019. Vier onafhankelijke methoden zijn getest om emissies te schatten voor ammoniak en de twee stikstofoxiden NO en NO2 (samen aangeduid met NOx) op basis van satellietmetingen. De spreiding in de uitkomsten – 20 tot 30 procent voor de totale uitstoot – geeft waardevolle informatie over de onzekerheden van de schattingen (zie afbeelding 3). De resulterende emissietotalen liggen dicht bij de gerapporteerde emissies (emissieregistratie.nl) en vallen grotendeels binnen de onzekerheidsgrenzen van de satellietgegevens, inversiemethoden en de inventarisatie. Er werd in 2020 gemiddeld zo’n 200 miljoen kilo aan stikstofoxiden uitgestoten, dat is het gewicht van 500 Boeing 747’s.

Bijdrage KNMI aan het onderzoek

Het KNMI heeft bijgedragen aan dit onderzoek door het leveren van stikstofdioxide metingen van TROPOMI, met de verdere ontwikkeling van de KNMI DECSO (Daily Emissions Constrained by Satellite Observations) software voor het schatten van NH3 en NOx emissies, en het ontwikkelen van een verbeterde flux divergentie methode (FDA) voor het schatten van NOx emissies op basis van TROPOMI metingen.

Recent gelanceerde satellietinstrumenten zullen reactief stikstof in nog meer detail gaan meten vanuit de ruimte. De Sentinel-4 en IRS instrumenten op de METEOSAT Third Generation satelliet zullen uurlijkse metingen van stikstof gaan leveren (de instrumenten gebruikt in de studie meten één keer per dag). Toekomstige missies zoals TANGO (SCOUT programma van de European Space Agency ESA) zullen stikstofdioxide meten met veel hogere ruimtelijke resolutie, tot 300 bij 300 meter. Het KNMI is nauw betrokken bij deze ontwikkelingen.

Nationaal Kennisprogramma Stikstof

Deze studie maakt deel uit van het Nationaal Kennisprogramma Stikstof (NKS), gefinancierd door het Ministerie van Landbouw, Visserij, Voedselzekerheid en Natuur (LVVN). Het NKS-programma heeft als doel het waarnemen en de modellering van stikstof in Nederland verder te ontwikkelen en te verbeteren. Het werk is uitgevoerd door wetenschappers van TNO, KNMI, RIVM en de universiteiten van Leiden en Wageningen.

KNMI-klimaatbericht door Henk Eskes, Jieying Ding, Ronald van der A en Felipe Cifuentes