Hoe komen de annual ‘air quality’ kaarten tot stand? De ‘annual air quality’ kaarten tonen het resultaat van een koppeling van twee gegevensbronnen:
de interpolatie van luchtkwaliteitsmetingen (RIO-interpolatiemodel) de berekening van de luchtkwaliteit op basis van meteorologische gegeven en uitstoot van luchtverontreinigende stoffen (bi-Gaussiaans dispersiemodel IFDM ).
Op deze pagina bespreken we beide modellen en gaan we dieper in op de voor- en nadelen van de combinatie RIO-IFDM.
RIO-model: interpolatie luchtkwaliteitsmetingen In België wordt de luchtkwaliteit gemeten via vaste meetplaatsen die verspreid staan over het ganse grondgebied. Deze metingen gebeuren met automatische meettoestellen en geven een zeer nauwkeurig beeld van de luchtkwaliteit op die meetplaatsen. Het is echter onmogelijk om overal te meten. Om de luchtkwaliteit in te schatten op plaatsen waar niet gemeten wordt, worden computermodellen ingezet. Het RIO-model is zo’n model en berekent de concentraties van een aantal luchtvervuilende stoffen. RIO is een “interpolatie” model. Het gebruikt de beschikbare metingen die gebeuren op de vaste meetposten, en interpoleert die op een “slimme” manier. Slim, omdat RIO ook informatie over landgebruik mee in rekening neemt. Er bestaat immers een relatie tussen de hoeveelheid luchtvervuiling en het landgebruik. In steden, en dus gebieden met veel bewoning en verkeer is er bijvoorbeeld meer luchtvervuiling dan op plaatsen in bosrijke zones. Met RIO kan een inschatting gemaakt worden van de “achtergrondconcentraties” voor gebieden met een oppervlakte van 4x4 km². Binnen zo’n gridcel van 4x4 km² kan RIO echter geen onderscheid maken tussen bijvoorbeeld kleinere bosgebieden en meer verstedelijkte gebieden of plaatsen met veel verkeer. Met andere woorden: per gridcel van 4x4 km² kan er één gemiddelde concentratie berekend worden.
Een voorbeeld van een RIO 4x4 km² kaart (zoom op Leuven).
Om binnen een 4x4km² gridcel toch over meer gedetailleerde informatie van de luchtkwaliteit te beschikken, wordt de RIO interpolatietechniek gecombineerd met het IFDM model.
IFDM-model: berekening luchtverontreiniging IFDM berekent de impact van de emissies (uitstoot van vervuilende stoffen naar de lucht) van punten lijnbronnen op de luchtkwaliteit in de onmiddellijke omgeving van die punt- of lijnbronnen. Een puntbron is bijvoorbeeld een fabrieksschouw. Een lijnbron is de uitstoot van het verkeer op een weg of een deel van een weg. De exacte locatie van de belangrijkste industriële bronnen en de hoeveelheid uitgestoten luchtvervuiling is gekend. Via verkeerstellingen en de gemiddelde samenstelling van het wagenpark kan ook een goede inschatting gemaakt worden van de uitstoot van het wegverkeer per weg(segment). Deze uitstoot per weg(segment) is gekend voor de belangrijkste stedelijke- en gewestwegen en de snel- en ringwegen. In de huidige versie van IFDM worden alleen verkeers- en industriële bronnen gemodelleerd. Andere bronnen van luchtvervuiling zoals landbouw en huishoudens worden niet apart gemodelleerd, maar zitten in de RIO 4x4 km² “achtergrond”. In tegenstelling tot punt- of lijnbronnen zijn de emissies van de landbouw en de huishoudens immers veel meer gespreid over grotere gebieden. Om te vermijden dat de verkeers- en industriële bronnen dubbel berekend worden, wordt een “dubbeltellingscorrectie” toegepast. In de RIO 4x4 km² resultaten, die het resultaat zijn van geïnterpoleerde metingen, zitten immers de bijdragen van alle bronnen. Het IFDM model maakt geen gebruik van metingen zoals de RIO interpolatiemethode, maar berekent de concentraties van luchtvervuilende stoffen op basis van emissiedata en meteorologische gegevens zoals windsnelheid, windrichting en de temperatuur. Deze meteorologische gegevens bepalen immers de mate waarin en naar waar de vervuiling wordt verspreid. Voor sommige stoffen zoals stikstofdioxide (NO2) of ozon (O3) spelen ook chemische reacties in de atmosfeer een rol. De snelheid van die chemische reacties wordt o.a. bepaald door de temperatuur. IFDM berekeningen gebeuren voor meer dan 600.000 punten voor gans België langs wegen en in de buurt van industriële bronnen. Langs de belangrijkste wegen worden de concentraties op een afstand van 25, 175, 500 en 1000 meter berekend. Via een verdere bewerking (interpolatie) wordt dan een meer gedetailleerde concentratiekaart bekomen
IFDMberekening voor de omgeving van Leuven.
.
Combinatie RIO-IFDM voor de omgeving van Leuven.
Betrouwbaarheid combinatie RIO-IFDM? Uit een eerste reeks validatieoefeningen blijkt dat RIO-IFDM op een betrouwbare manier de concentraties kan inschatten. De validatie gebeurt door modelresultaten te vergelijken met gemeten resultaten. Een overzicht van de reeds gebeurde validaties van IFDM vind je in het ATMOSYS validatierapport van Lefebvre en Vranckx. Een bijkomende en uitgebreide validatieoefening is gestart in december 2013 en loopt tot juni 2014. Het RIO-IFDM model wordt ook continu verder verbeterd en verfijnd op basis van nieuwe wetenschappelijke inzichten.
Voordelen RIO-IFDM Het grote voordeel van de RIO-IFDM combinatie is dat de luchtkwaliteit met een hogere ruimtelijke resolutie kan ingeschat worden. Hierdoor kan de bevolking beter geïnformeerd worden over de luchtkwaliteit en kan de blootstelling van de Belgische bevolking en de impact op de gezondheid op een gedetailleerder en correcter niveau gebeuren. Dit soort berekeningen zijn niet onbelangrijk aangezien één van de doelstellingen van het Europese luchttkwaliteitsbeleid een vermindering is van ongeveer 50% gezondheidsimpact tegen 2030 (New Air Quality Package, A Clean Air Programme for Europe, http://ec.europa.eu/environment/air/clean_air_policy.htm). Ook knelpuntgebieden (=gebieden waar bijvoorbeeld de EU grenswaarden worden overschreden) kunnen beter in kaart gebracht worden. Dit laat beleidsmakers toe om meer gerichte maatregelen te nemen om de luchtkwaliteit verder te verbeteren. Beperkingen RIO-IFDM
De met RIO-IFDM berekende luchtkwaliteit op een bepaalde plaats is een zo goed mogelijke benadering van de werkelijkheid maar is onderhevig aan onzekerheden. De berekende concentratie kan op elke locatie dus hoger of lager zijn dan de (weliswaar niet gekende) werkelijke concentratie . Dit is eigen aan luchtkwaliteitsmodellen. De onzekerheid van modelberekeningen is doorgaans groter dan de onzekerheid van metingen. Het RIO-IFDM modelcombinatie heeft ook een aantal beperkingen: -
-
-
-
Het is een “open street” model. Daardoor houdt het geen rekening met obstakels (bomen, geluidsschermen, gesloten huizenrijen...) langs de wegen waar de impact van het verkeer wordt berekend. De topografie van deze wegen (zoals een weg die in een dal ligt) wordt eveneens niet in rekening gebracht. Dit betekent dat RIO-IFDM in smalle straten met veel verkeer in de grote binnensteden (zogenaamde “street canyons”) de concentraties vermoedelijk zal onderschatten. De luchtvervuiling in deze straten kan zich tussen de bebouwing immers minder goed verspreiden. Om ook hiermee rekening te houden zou de RIO-IFDM keten verder moeten gecombineerd worden met een street canyon model dat zeer gedetailleerde informatie over de straatconfiguratie vereist (hoogte bebouwing, al dan niet aanwezigheid van bomenrijen enzovoort). Deze informatie is slechts voor een beperkt aantal steden beschikbaar. Het inzetten van een street canyon model werd al gedaan voor beperktere gebieden (stedelijke niveau), maar is op Belgisch niveau nog niet mogelijk; Er is geen informatie beschikbaar over de uitstoot van het verkeer op de kleinste wegen en/of wegen met zeer weinig verkeer. Het verkeer (en de bijhorende uitstoot) op die wegen wordt toegewezen aan de grotere wegen waarop de kleinere wegen aansluiten. De berekende concentraties kunnen op die grotere wegen dus wat overschat en op de kleinere wegen wat onderschat worden; De ligging van de lijnbronnen komt niet altijd overeen met de exacte locatie van de overeenkomstige weg. Wanneer een lijnbron een aantal meter is verschoven ten opzichte van de exacte ligging van de weg, zorgt dit ook voor een verschuiving van de ruimtelijke spreiding van de met IFDM berekende concentraties; De verkeerstellingen zijn voor Vlaanderen afkomstig van het Vlaamse verkeerscentrum (VVC). Voor Wallonië en Brussel worden de tellingen van de federale overheidsdienst (FOD)
mobiliteit gebruikt. De verkeerstellingen van de FOD mobiliteit zijn voor minder wegen beschikbaar dan die van het VVC. Hierdoor kunnen de emissies van het wegverkeer in Wallonië en Brussel minder goed gespreid worden over alle wegen. De onzekerheid op de met IFDM gemodelleerde concentraties is dan ook hoger in Wallonië en Brussel vergeleken met die in Vlaanderen; Meer gespecialiseerde informatie vind je terug in volgende rapporten en wetenschappelijke artikels : -
-
Janssen et al., 2008, “Spatial interpolation of air pollution measurements using CORINE land cover data”, Atmospheric Environment 42 (20) 4884–4903 Lefebvre et al.,2013 ”Presentation and evaluation of an integrated model chain to respond to traffic- and health-related policy questions”, Environmental Modelling & Software 40 160170 Lefebvre W., Vranckx S.,2013 “Validation of the IFDM model for use in urban applications”
