FRM4DOAS: het eerste gecentraliseerde verwerkingssysteem voor MAX-DOAS luchtkwaliteitsmetingen

Luchtkwaliteit
Om te verzekeren dat de producten geleverd door luchtkwaliteitsensoren aan boord van satellieten voldoen aan de vereisten in termen van nauwkeurigheid en toepasbaarheid, is het van belang om robuuste validatiestrategieën te ontwikkelen. Deze steunen op gevestigde en traceerbare referentiemetingen. BIRA coördineert het ESA-project FRM4DOAS dat de ontwikkeling beoogt van een gecentraliseerd verwerkingssysteem dat MAX-DOAS-metingen van vervuilende stoffen zoals NO2 en HCHO in bijna reële tijd ter beschikking stelt. Dergelijke geharmoniseerde datasets van grondwaarnemingen zijn cruciaal voor de validatie van huidige en toekomstige satellietmissies zoals de atmosferische Sentinels (S5P, S4, S5) in Europa, GEMS in Azië, en TEMPO in de VS.

MAX-DOAS luchtkwaliteitsmetingen

MAX-DOAS (Multiple-AXis Differential Optical Absorption Spectroscopy) is een erkende grondgebonden teledetectietechniek. Het meet de hoeveelheid atmosferische spoorgassen die UV en zichtbare golflengtes van het zonnespectrum absorberen door de hemel te scannen van de horizon tot het zenit en het overeenkomstige verstrooide zonlicht te meten.

Omdat ze observaties bieden van belangrijke troposferische verontreinigende stoffen zoals stikstofdioxide (NO2) en formaldehyde (HCHO) met dezelfde horizontale resolutie als nadir-kijkende satellietsensoren is het aantal MAX-DOAS-instrumenten op de grond in de afgelopen twee decennia aanzienlijk toegenomen, ter ondersteuning van satellietvalidatie-activiteiten.

Het ESA FRM4DOAS project

Om de MAX-DOAS datasets die over de hele wereld gemeten worden te harmoniseren is het project Betrouwbare Referentiemetingen voor grondgebonden DOAS Luchtkwaliteitsobservaties (FRM4DOAS) opgezet. Het dient als demonstratieproject dat een gecentraliseerde verwerkingsdienst met snelle levering biedt (binnen 24 uur) voor een selectie van MAX-DOAS-instrumenten.

Verder werden in het kader van FRM4DOAS duidelijke richtlijnen voor instrumentkalibratie en -werking gedefinieerd. Deze activiteit, die specifiek is ontwikkeld om de Sentinel-luchtkwaliteitsmissies van het Europees Ruimteagentschap (ESA) te valideren (S5P, S4 en S5), wordt gecoördineerd door het BIRA en uitgevoerd in samenwerking met de volgende partners:

In zijn huidige staat is het FRM4DOAS-project beperkt tot NO2, HCHO en ozon (O3) uit een selectie van 10 demonstratiestations (zie figuur 2).

In het kort begint de gecentraliseerde verwerkingsservice met de betrokkenheid van de wetenschappers die hun gekalibreerde spectra indienen in een gecentraliseerde niveau-1 database. Dit wordt gevolgd door de gegevensverwerking die de kern van de dienst vormt en die geavanceerde ophaalalgoritmen omvat. De uiteindelijke dataproducten - kwaliteitsgecontroleerde verticale profielen van atmosferisch NO2 en totale kolommen van troposferisch HCHO en O3 - zijn allemaal gemaakt met hun bijbehorende foutbudgetten en zijn bestemd voor publieke distributie voor operationeel en wetenschappelijk gebruik. De distributie vindt plaats via de hostingsfaciliteiten van  NDACC (Netwerk voor de Detectie van Atmospherische Verandering) en EVDC (ESA Atmospherische Validatie Data Center) .

Perspectieven

Er is gepland om in de toekomst de richtlijnen en nodige informatie uit te delen onder geïnteresseerde partijen om het aantal stations te doen aangroeien (zie figuur 2) en een uitgebreider netwerk op te bouwen. Dit houdt in dat er ook een verbeterde infrastructuur die grote hoeveelheden aan gegevens aankan moet gebouwd worden. Er wordt gepland om verder nog bijkomende luchtkwaliteitsproducten te leveren, zoals zwaveldioxide (SO2), troposferische O3, glyoxal (CHOCHO) en aerosolen.

Meer informatie is te vinden op de FRM4DOAS-webpagina.

FRM4DOAS demonstratiestations:

  • Ny-Ålesund (79°N, 12°E)
  • Harestua (60°N, 11°E)
  • Bremen (53°N, 9°E)
  • De Bilt (52°N, 5°E)
  • Uccle (51°N, 4°E)
  • Mainz (50°N, 8°E)
  • Heidelberg (49°N, 8°E)
  • Xianghe (40°N, 116°E)
  • Athens (38°N, 24°E)
  • Neumayer (71°S, 8°W)
Kaart van de FRM4DOAS demonstratiestations
Figuur 2: Kaart van de FRM4DOAS demonstratiestations (groene cirkels) + potentiële kandidaatstations (rode cirkels) geïdentificeerd aan de hand van een vragenlijst die de ronde heeft gedaan in de hele MAX-DOAS gemeenschap.