Berekenen van de luchtkwaliteit met een model

We gebruiken voor de berekening van de luchtkwaliteit een model. Een model geeft de werkelijkheid zo goed mogelijk weer. Maar het blijft een vereenvoudiging. 

Een luchtkwaliteitsmodel kan een groot aantal berekeningen uitvoeren. Het doel van de berekeningen is om in kaart te brengen hoe vervuilende stoffen (zoals stikstofoxiden en fijnstof) zich vanuit een bron, door de lucht, naar onze leefomgeving verspreiden. Het model kan dus de concentratie (hoeveelheid) van een stof op een bepaalde plaats berekenen. Luchtvervuilende stoffen kunnen ook een effect hebben op de gezondheid. Er zijn weer andere rekenmodellen die deze gezondheidseffecten berekenen.

Elk model bevat onzekerheden. Dat betekent dat de uitkomst van een model nooit een vaste waarde is. Het kan altijd ook iets hoger of lager zijn. Dat geldt voor complexe modellen, maar ook voor eenvoudige. Het blijft een eenvoudiger weergave van de werkelijkheid. Het RIVM controleert constant of de berekeningen zo goed mogelijk kloppen met de metingen. Dat noemen we het ijken van het model. 

Verschillende modellen, berekeningen en tijdsperiodes

Het RIVM gebruikt verschillende luchtkwaliteitsmodellen. Sommige zijn geschikt om heel plaatselijk en gedetailleerd de luchtkwaliteit te berekenen. Andere modellen worden gebruikt om de luchtkwaliteit voor heel Nederland te berekenen.

Het RIVM gebruikt de modellen ook om vooruit te kijken. Op die manier kunnen de effecten van maatregelen worden doorgerekend. Dit geeft vooraf een inschatting hoeveel de luchtkwaliteit verbetert door de maatregelen. En dus of het beleid het gewenste effect zal hebben.

Tot slot kan een model terugkijken hoe de luchtkwaliteit zich in de afgelopen jaren heeft ontwikkeld. Zo kunnen er conclusies worden getrokken of de luchtkwaliteit beter is geworden of niet. Ook kan getoetst worden of overal in Nederland aan de geldende luchtkwaliteitsnormen voldaan wordt. Om dat goed te doen, is het nodig de luchtkwaliteit over een langere periode in de gaten te houden.

Berekenen: van uitstoot via verspreiding naar concentratie

Er is veel informatie nodig om de luchtkwaliteit met behulp van een model te berekenen. Allereerst worden de stoffen gekozen waarvoor de berekeningen worden uitgevoerd. Daarna is informatie nodig over de uitstoot van die stoffen naar de lucht. Het gaat dan om de vraag welke bron voor de uitstoot zorgt en waar die bron staat. En over de vraag hoeveel er van de stof wordt uitgestoten en op welke hoogte. Ook worden chemische reacties van stoffen in de lucht meegenomen.

Het weer heeft grote invloed op de verspreiding van vervuiling in de lucht. Bijvoorbeeld windsnelheid, windrichting, neerslag en zoninstraling. Daarnaast heeft bebouwing invloed op de luchtstromen. Een eenvoudig model neemt een beperkt aantal invloeden mee in de berekening. Complexe modellen gebruiken een groot aantal kenmerken van het weer en de omgeving.  

Hoeveel kenmerken nodig zijn, hangt ook af van hoe gedetailleerd deze informatie moet zijn. Over het algemeen geldt dat hoe meer detail gewenst is, hoe meer gegevens er nodig zijn. Ook moet de kwaliteit van deze gegevens hoger zijn.

Gegevens verzamelen

Het RIVM heeft als taak de gegevens over de uitstoot van een groot aantal stoffen te verzamelen. Dat wordt gedaan in de Emissieregistratie. Het KNMI Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut (Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut) levert gegevens over het weer. Informatie over landgebruik komt van Wageningen Environmental Research. Het Planbureau voor de Leefomgeving levert informatie over de verwachte afname van de uitstoot van luchtvervuilende stoffen als gevolg van de genomen beleidsmaatregelen.

Wettelijke rekenmethoden

Het ministerie van Infrastructuur en Waterstaat bepaalt welke rekenmethode in welke situatie toegepast mag worden. Dit is wettelijk vastgelegd in de Omgevingsregeling. Het RIVM adviseert het ministerie hierover. Een rekenmethode die niet in de wet staat, mag alleen gebruikt worden na goedkeuring door het ministerie. Het RIVM controleert of zo’n rekenmethode voldoet aan de vereiste criteria.

Voor berekeningen langs wegen kunnen de Standaardrekenmethoden (SRM) 1 en 2 gebruikt worden. Deze rekenmethoden berekenen op specifieke locaties de luchtkwaliteit, bijvoorbeeld de uitstoot van wegverkeer in steden en op snelwegen.

Voor berekeningen aan punt- en oppervlaktebronnen, bijvoorbeeld emissiebronnen bij industriële bedrijven of veehouderijen, geldt Standaardrekenmethode 3. Een voorbeeld van een model dat aan deze methoden voldoet, is het Nieuw Nationaal Model.

Er zijn verschillende rekenmethoden nodig, omdat per bron verschilt hoe de uitstoot zich door de lucht verspreidt. Een rijdende auto bijvoorbeeld, zorgt over de hele weg die hij aflegt voor uitstoot. We noemen dat een lijnbron. Terwijl een schoorsteen van een verbrandingsoven op één punt voor uitstoot zorgt. Een puntbron.

Monitoring Luchtkwaliteit onder Omgevingswet

De Omgevingswet geeft aan dat er gemonitord moet worden of de concentraties stikstofdioxide en fijnstof in de lucht overal in Nederland lager zijn dan de wettelijke grenswaarden. Het RIVM werkt hieraan mee in het project Monitoring Luchtkwaliteit. Dit is een vervolg op het Nationaal Samenwerkingsprogramma Luchtkwaliteit (NSL Nationaal Samenwerkingsprogramma Luchtkwaliteit (Nationaal Samenwerkingsprogramma Luchtkwaliteit)). Het NSL is opgesteld omdat Nederland niet op tijd kon voldoen aan de Europese grenswaarden voor stikstofdioxide en fijnstof. Er moesten maatregelen genomen worden om de uitstoot te verlagen. Onder de Omgevingswet moet dus nog steeds gemonitord worden. Hiervoor wordt het Centraal Instrument Monitoring Luchtkwaliteit (CIMLK) gebruikt. Dit instrument verzamelt gegevens over verkeer en veehouderijen. 

De standaard rekenmethoden 1, 2 en 3 worden gebruikt om berekeningen te doen met de gegevens uit CIMLK. Door de luchtkwaliteit jarenlang te monitoren, wordt duidelijk hoe de concentraties van stoffen in de lucht zich in Nederland ontwikkelen.

Grootschalige concentratie- en depositiekaarten

Het RIVM berekent met het Operationele Prioritaire Stoffenmodel voor heel Nederland de grootschalige concentraties van stoffen in de lucht. Dat is de concentratie die gemiddeld in een jaar in de lucht aanwezig is in gebieden van een vierkante kilometer. De berekeningen worden uitgevoerd voor onder andere fijnstof en stikstofoxiden. Daarnaast wordt OPS Operationele Prioritaire Stoffen (Operationele Prioritaire Stoffen) gebruikt om te berekenen hoeveel stikstof op de bodem terecht komt (depositie). Meer informatie over depositiekaarten is te vinden op Stikstof | RIVM.

Om de concentraties in Nederland te berekenen wordt de uitstoot in Nederland én in het buitenland in het model meegenomen. De berekende concentraties worden gekalibreerd aan de hand van metingen van de luchtkwaliteit. Het resultaat van de berekeningen en kalibratie zijn kaarten die voor heel Nederland op een schaal van 1x1 kilometer aangeven wat op die plek de jaargemiddelde concentratie of depositie van een stof is. We noemen dit de grootschalige concentratie- en depositiekaarten (GCN en GDN).

Onderstaande figuur laat het proces zien om tot de GCN Grootschalige Concentratiekaarten Nederland (Grootschalige Concentratiekaarten Nederland) en GDN Grootschalige Depositiekaarten Nederland (Grootschalige Depositiekaarten Nederland) te komen. Het proces start  met gegevens over de uitstoot en de omgeving die in het model worden gestopt (links in de figuur). Hierna vindt de berekening plaats. Deze berekeningen worden gekalibreerd met de metingen.

Figuur 2.1 Berekening grootschalige concentratie- en depositiekaarten

Overige modellen

Lokale concentratiekaarten

Emissiebronnen kunnen een belangrijke invloed hebben op de luchtkwaliteit in een gebied. Bijvoorbeeld een fabriek, stal of snelweg. Het RIVM heeft een tool ontwikkeld, de GCN Grootschalige Concentratiekaarten Nederland (Grootschalige Concentratiekaarten Nederland)-tool, om lokale overheden te ondersteunen in beleidskeuzes voor het verbeteren van de luchtkwaliteit. In de GCN-tool is te zien wat de berekende uitstoot is van verschillende bronnen in een gemeente. Ook staan in deze tool de concentraties van verschillende stoffen, en welke bronnen daaraan bijdragen.

EMEP4NL

Het RIVM maakt ook gebruik van het EMEP4NL-model. Dit is een voor Nederland aangepaste versie van het Europese EMEP-model. Dit model is ontwikkeld om de verspreiding van stoffen over grote afstanden te berekenen. Het RIVM gebruikt het EMEP4NL als controle om te bepalen of het OPS Operationele Prioritaire Stoffen (Operationele Prioritaire Stoffen)-model goed werkt. Daarnaast gebruikt het RIVM een deel van de uitkomsten uit het model in berekeningen met OPS voor de GCN en GDN Grootschalige Depositiekaarten Nederland (Grootschalige Depositiekaarten Nederland).  

OPS-korte termijn (OPS-ST)

OPS wordt niet alleen gebruikt voor de gemiddelden over langere termijn, zoals jaargemiddelden. Het RIVM gebruikt OPS ook voor de korte termijn. Dit korte-termijnmodel berekent per uur de concentraties en deposities. Deze uitkomsten worden bijvoorbeeld vergeleken met de resultaten van kortdurende meetcampagnes. Ook de verspreiding van biologische deeltjes via de lucht (bio-aerosolen) is onderzocht met OPS-ST. Het gaat dan bijvoorbeeld om micro-organismen en endotoxinen. Deze deeltjes kunnen zich met het stof in de lucht verspreiden. Blootstelling aan deze deeltjes kan mogelijk luchtwegklachten veroorzaken, zoals longontsteking, astma en COPD Chronic Obstructive Pulmonary Disease (chronische bronchitis of longemfyseem) (Chronic Obstructive Pulmonary Disease (chronische bronchitis of longemfyseem)). OPS-ST is niet extern beschikbaar.

CAMS

Elke dag maakt het RIVM een verwachting voor de luchtkwaliteit en smog voor de komende drie dagen. Het RIVM gebruikt hiervoor de modelresultaten van de Europese Copernicus Atmosphere Monitoring Service (CAMS). Meer informatie over de CAMS verwachtingen is te vinden op CAMS-verwachting.

TREDM

Dit model wordt onder andere gebruikt om te controleren of modellen op basis van SRM1 Standaard Rekenmethode I (Standaard Rekenmethode I) en SRM2 Standaard Rekenmethode 2 (Standaard Rekenmethode 2) goed werken. Ook wordt dit model gebruikt om voor elk uur de concentraties van diverse luchtvervuilende stoffen te berekenen. Het RIVM heeft TREDM ontwikkeld. Het model is niet extern beschikbaar.