Om de luchtkwaliteit in kaart te brengen, meten we op verschillende locaties in Nederland stoffen in de lucht. Metingen geven echter niet voor heel Nederland een beeld van de luchtkwaliteit. Daarom berekenen we op veel plaatsen in Nederland de luchtkwaliteit.

Berekenen van de luchtkwaliteit met een model

Voor het berekenen van de luchtkwaliteit wordt een model gebruikt. Een model geeft de werkelijkheid zo goed mogelijk weer, maar is altijd een vereenvoudiging.  Met een luchtkwaliteitmodel wordt een groot aantal berekeningen uitgevoerd. Het doel van de berekeningen is om in kaart te brengen hoe vervuilende stoffen (zoals stikstof, fijnstof, etc.) zich vanuit een bron door de lucht verspreiden naar de omgeving. Met een model kan dus de concentratie van een stof op een bepaalde locatie berekend worden.  Luchtvervuilende stoffen kunnen ook een effect hebben op de gezondheid. Er zijn weer aparte modellen om deze effecten te berekenen.

In elk model zitten onzekerheden, waardoor de uitkomst van een model niet de absolute waarheid is, maar ook iets hoger of lager kan zijn. Dit is ongeacht hoe complex het model is of met hoeveel cijfers achter de komma een resultaat wordt weergegeven. Het blijft een vereenvoudigde weergave van de werkelijkheid.

Verschillende modellen voor verschillende berekeningen

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

Het RIVM gebruikt de modellen ook om meerdere jaren vooruit te kijken. Op die manier kunnen de effecten van maatregelen worden doorgerekend. Dit geeft vooraf een inschatting in hoeverre de maatregelen de luchtkwaliteit verbeteren en dus of het beleid het gewenste effect zal hebben. 

Daarnaast kan een model berekenen hoe de luchtkwaliteit zich over meerdere jaren heeft ontwikkeld. Zo kunnen er terugkijkend conclusies worden getrokken of de luchtkwaliteit beter is geworden of niet. Ook kan dan getoetst worden of aan de geldende luchtkwaliteitsnormen voldaan wordt. Om dat goed te doen is het nodig de luchtkwaliteit over een langere periode in de gaten houden.

Berekening van de luchtkwaliteit: van uitstoot naar verspreiding naar concentratie

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

Het weer heeft ook grote invloed op de verspreiding van vervuiling in de lucht. Bijvoorbeeld windsnelheid, windrichting, neerslag, zoninstraling, maar ook de invloed van bebouwing op de wind. Bij de berekening van de verspreiding houdt een model met (een deel van) deze gegevens rekening. In eenvoudigere modellen wordt een beperkt aant invloeden meegenomen in de berekening. Complexere modellen gebruiken een groot aantal meteorologische kenmerken. 

Hoe gedetailleerd deze informatie moet zijn hangt af van de gewenste berekening. Over het algemeen geldt dat hoe meer detail gewenst is, hoe meer gegevens er nodig zijn.

Data input

Het RIVM heeft als taak de gegevens over de uitstoot van een groot aantal stoffen te verzamelen. Dat wordt gedaan door de Emissieregistratie.  Het KNMI Koninklijk Meteorologisch Instituut (Koninklijk Meteorologisch Instituut) levert gegevens over het weer. Andere informatie komt bijvoorbeeld van bestaande kaarten over landgebruik. Het Planbureau voor de Leefomgeving levert informatie over de verwachte afname van luchtvervuilende stoffen vanwege beleidsmaatregelen. Deze informatie wordt gebruikt om met een model meerdere jaren vooruit te kijken.

Wettelijke rekenmethoden

Het gebruik van een aantal rekenmethoden is wettelijk vastgelegd in de Regeling beoordeling luchtkwaliteit. Het ministerie van Infrastructuur en Waterstaat bepaalt welke rekenmethode in welke situatie toegepast mag worden. Het RIVM adviseert het ministerie hierover. Het is toegestaan om een andere, niet wetttelijke rekenmethode te gebruiken, mits deze is goedgekeurd door het ministerie. Het RIVM controleert of niet wettelijke rekenmethoden voldoen aan de vereiste criteria. 

Voor berekeningen langs wegen kan gebruik gemaakt worden van Standaardrekenmethoden 1 en 2 (SRM Second Read Model (Second Read Model) 1, SRM 2).  Voor berekeningen aan punt- en oppervlaktebronnen, bijvoorbeeld emissiebronnen bij bedrijven, geldt Standaardrekenmethode 3 (SRM3). Een voorbeeld van een model dat hieraan voldoet, is het Nieuw Nationaal Model (NNM Nieuw Nationaal Model (Nieuw Nationaal Model)) genoemd.  Deze rekenmethoden berekenen op specifieke locaties de luchtkwaliteit, bijvoorbeeld door uitstoot van wegverkeer in steden en op snelwegen (SRM 1 en 2) of door specifieke industriële bedrijven of veehouderijen (SRM 3). Er zijn verschillende rekenmethoden nodig, omdat uitstoot van verschillende bronnen zich verschillend door de lucht verspreiden. Een rijdende auto zorgt over de weg die hij aflegt voor een voortdurende uitstoot, een schoorsteen van een verbrandingsoven zorgt op één punt voor uitstoot.

Nationaal Samenwerkingsprogramma Luchtkwaliteit

Met het Nationaal Samenwerkingsprogramma Luchtkwaliteit (NSL Nationaal Samenwerkingsprogramma Luchtkwaliteit (Nationaal Samenwerkingsprogramma Luchtkwaliteit)) wordt gemonitord of aan de normen voor de vervuilende stoffen stikstofdioxide en fijnstof in de lucht wordt voldaan. Het NSL is opgesteld omdat niet op tijd aan de Europese grenswaarden voor stikstofdioxide en fijnstof kon worden voldaan en maatregelen genomen moesten worden om de uitstoot te verlagen. Voor het monitoren van de effecten van de maatregelen maatregelen en het uitvoeren van projecten is de NSL-monitoringstool gemaakt. In de tool worden gegevens over verkeer en veehouderijen verzameld. De tool wordt beheerd door Bureau Monitoring  

Met SRM 1 en 2 (voor verkeer) en SRM 3 (voor veehouderijen) worden met de gegevens uit de  NSL-monitoringstool berekeningen uitgevoerd. Door de luchtkwaliteit gedurende meerdere jaren te monitoren, wordt duidelijk hoe concentraties van stoffen in de lucht zich in Nederland ontwikkelen als gevolg van het verkeer en veehouderijen en wordt getoetst of aan de normen wordt voldaan.

Grootschalige concentratie- en depositiekaarten

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

Om de concentratie in Nederland te berekenen wordt zowel de uitstoot in Nederland als in het buitenland in het model meegenomen. De met OPS berekende concentraties worden gekalibreerd aan de hand van metingen van de luchtkwaliteit. Het resultaat van de berekeningen en kalibratie zijn voor Nederland landsdekkende kaarten met een resolutie van 1 x 1 km kilometer (kilometer) en worden grootschalige concentratie- en depositiekaarten (GCN en GDN) genoemd. De kaarten geven op 1 x 1 km aan wat op die plek de jaargemiddelde concentratie of depositie van een stof is. 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. Links start het met emissies en omgevingsdata die in het model worden gestopt. Hierna vind de berekening plaats. Dan een nabewerkingsstap en de kalibratie met de metingen. De resultaten zijn de grootschalige concentratie- en depositiekaarten.

Het stroomschema laat het proces zien om GCN en GDN kaarten te maken. Er worden verschillende gegevens in het OPS model gestopt, zoals emissies uit Nederland, emissies uit het buitenland en fysische gegevens. Het model berekent hierna de concentraties en deposities op 1 m2 nauwkeurig. Hierna vind een nabewerkingsstap plaats en worden de berekeningen gekalibreerd aan de metingen. Met deze resultaten worden de GCN en GDN kaarten gemaakt.

Figuur 2.1 Berekening grootschalige concentratie- en depositiekaarten

Het stroomschema beschrijft de stappen die nodig zijn om de GCN Grootschalige Concentratiekaarten Nederland (Grootschalige Concentratiekaarten Nederland)- en GDN Grootschalige Depositiekaarten Nederland (Grootschalige Depositiekaarten Nederland)-kaarten te maken.

Om de OPS Operationele Prioritaire Stoffen (Operationele Prioritaire Stoffen)-berekening voor concentraties en deposities op 1x1 km kilometer (kilometer) nauwkeuring uit te voeren, gebruiken we de volgende input:

1.    Nederlandse emissies op 1x1 km uitgezonderd ‘scheepvaart op NCP’ op 5x5 km. Op locatie: eMJV-plichtige bedrijven, op- en overslag, MV2, RWZI Rioolwaterzuiveringsinstallatie (Rioolwaterzuiveringsinstallatie )’s, luchtvaart en containerterminals Rijnmond
2.    Meteo, chemie, ruwheid, landgebruik
3.    Buitenlandse emissies:

  • In de grensgebieden 1x1 km
  •   Daarna 5x5 km voor landen nabij Nederland
  • Tot 25x25 km of 75x75 km voor landen verder weg

Voor het maken van de GCN kaarten volgen na de OPS-berekening de volgende stappen:

1. Berekening: de conversie van NOx naar NO2 en O3  
2. Berekening: de kalibratie (diagnose en prognose). Voor de kalibratie wordt de input van de metingen van het LML Landelijk Meetnet Luchtkwaliteit (Landelijk Meetnet Luchtkwaliteit), de GGD Gemeentelijke Gezondheidsdienst (Gemeentelijke Gezondheidsdienst) en de DCMR Milieudienst Rijnmond (Milieudienst Rijnmond) gebruikt.
3. Hieruit volgt als output de GCN-kaarten met concentraties op 1x1 km nauwkeurig.

Voor het maken van de GDN kaarten volgen na de OPS-berekening de volgende stappen:
1. Berekening: bijtelling onbekende bronnen. Hiervoor worden de metingen van het LML en het MAN als input gebruikt.
2. Hieruit volgt als output de GDN-kaarten met deposities op 1x1 km nauwkeurig.

Lokale concentratiekaarten

Emissiebronnen kunnen lokaal een belangrijke invloed hebben op de luchtkwaliteit (bijvoorbeeld een grote fabriek, een stal of een 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 luchtkwaliteit. In de GCN-tool is te zien wat de berekende uitstoot is van verschillende bronnen in de gemeente. Ook staat in deze tool de concentratie van verschillende stoffen, en welke emissiebronnen daaraan bijdragen.

Overige modellen

Het RIVM maakt gebruik van het EMEP4NL model. Dit is een voor Nederland aangepaste versie van het Europese EMEP model, dat is ontwikkeld om de verspreiding van stoffen over grote afstanden (landgrensoverschrijdend)  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 het OPS. EMEP4NL wordt net als OPS gebruikt om op een grote schaal  (1-2 km kilometer (kilometer)) de concentraties en deposities over Nederland door te rekenen. 

Dan is er nog het LOTOS-EUROS model. Het RIVM gebruikt dit model om elke dag de verwachting voor luchtkwaliteit en voor smog op te stellen.  

Tot slot is TREDM een model  dat door het RIVM is ontwikkeld. TREDM rekent met de SRM Second Read Model (Second Read Model) 1 en 2 (rekenmethoden voor wegverkeer).  Het model wordt onder andere gebruikt om te controleren of modellen op basis van SRM 1 en 2 goed werken. Daarnaast wordt het model bijvoorbeeld gebruikt om voor elk uur de concentraties van diverse luchtverontreinigende stoffen te berekenen.