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 luchtkwaliteitsmodel kan een groot aantal berekeningen uitgevoerd worden. 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 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 aparte modellen om deze effecten te berekenen.

Elk model bevat 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 met een model berekend worden 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 via verspreiding naar concentratie

Er is veel informatie nodig om de luchtkwaliteit met behulp van een model te berekenen. 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 bron 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 grote invloed op de verspreiding van vervuiling in de lucht. Bijvoorbeeld windsnelheid, windrichting, neerslag en zoninstraling. Daarnaast heeft bebouwing invloed op de luchtstromen. Bij de berekening van de verspreiding houdt een model met (een deel van) deze gegevens rekening. In eenvoudige modellen wordt een beperkt aantal invloeden meegenomen in de berekening. Complexe modellen gebruiken een groot aantal meteorologische- en omgevingskenmerken.

Het hangt af van de gewenste berekening hoe gedetailleerd deze informatie moet zijn. Over het algemeen geldt dat hoe meer detail gewenst is, des te 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 Nederlands Meteorologisch Instituut (Koninklijk Nederlands 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 in de toekomst vanwege het nemen van 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 Omgevingsregeling. 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 wettelijke 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 (SRM1 Standaard Rekenmethode I (Standaard Rekenmethode I), SRM2 Standaard Rekenmethode 2 (Standaard Rekenmethode 2)). Voor berekeningen aan punt- en oppervlaktebronnen, bijvoorbeeld emissiebronnen bij bedrijven, geldt Standaardrekenmethode 3 (SRM3 Standaard Rekenmethode 3 (Standaard Rekenmethode 3)). Een voorbeeld van een model dat hieraan voldoet, is het Nieuw Nationaal Model (NNM Nieuw Nationaal Model (Nieuw Nationaal Model)). Deze rekenmethoden berekenen op specifieke locaties de luchtkwaliteit, bijvoorbeeld door uitstoot van wegverkeer in steden en op snelwegen (SRM1 en 2) of door specifieke industriële bedrijven of veehouderijen (SRM3). 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, terwijl een schoorsteen van een verbrandingsoven op één punt voor uitstoot zorgt.

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 en het uitvoeren van projecten is het Centraal Instrument Monitoring Luchtkwaliteit gemaakt. In de tool worden gegevens over verkeer en veehouderijen verzameld. De tool wordt beheerd door Bureau Monitoring.

Met SRM1 en SRM2 (voor verkeer) en SRM3 (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 achtergrondconcentraties van stoffen in de lucht. Dat is de concentratie die gemiddeld in een jaar in de lucht aanwezig is. De berekeningen worden uitgevoerd voor onder andere 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.

Figuur 2.1 Berekening grootschalige concentratie- en depositiekaarten

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 bronnen daaraan bijdragen. De tool wordt periodiek geactualiseerd met de meest recente gegevens.

Overige modellen

Het RIVM maakt gebruik van het EMEP4NL-model. Dit is een voor Nederland aangepaste versie van het Europese EMEP-model, dat ontwikkeld is 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 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. 

Het RIVM gebruikt de modelresultaten van de Europese Copernicus Atmosphere Monitoring Service (CAMS) om elke dag de verwachting voor luchtkwaliteit en voor smog op te stellen. Meer informatie over de CAMS verwachtingen is te vinden op CAMS-verwachting.

Tot slot is TREDM een model dat door het RIVM is ontwikkeld. TREDM rekent met de SRM1 Standaard Rekenmethode I (Standaard Rekenmethode I) (standaardrekenmethode) en SRM2 Standaard Rekenmethode 2 (Standaard Rekenmethode 2) (rekenmethoden voor wegverkeer).  Het model wordt onder andere gebruikt om te controleren of modellen op basis van SRM1 en SRM2 goed werken. Daarnaast wordt het model bijvoorbeeld gebruikt om voor elk uur de concentraties van diverse luchtverontreinigende stoffen te berekenen.