Satellieten onthullen veranderingen in de wekelijkse NO2-cyclus over steden

Luchtkwaliteit
Menselijke activiteiten, de dominante bron van NOx in de atmosfeer, veroorzaken een wekelijkse cyclus in de NO2-concentraties boven steden. Uitgebreide analyse van NO2-waarnemingen van twee satellietsensoren (OMI en TROPOMI) onthullen een significante weekcyclus in 115 van de 274 bestudeerde steden. De gegevens laten een duidelijke verzwakking van de wekelijkse cyclus zien in Europese en Amerikaanse steden, terwijl de tegenovergestelde tendens wordt waargenomen in regio's die een snelle emissiegroei doormaken. Modellen geven de waargenomen weekcycli weer, evenals hun trends over grote steden.

Aanzienlijke weekcyclus

Antropogene activiteiten, verreweg de grootste bron van NOx in de atmosfeer, veroorzaken een wekelijkse cyclus in de NO2-concentraties in en rond steden. Hier gebruiken we NO2-kolomgegevens van twee nadir-kijkende satellietsensoren:

  1. het Ozone Monitoring Instrument (OMI) dat in juli 2004 werd gelanceerd
  2. het Tropospheric Monitoring Instrument (TROPOMI), een instrument met hoge resolutie waarnemingen aan boord van de Sentinel-5 Precursor (S-5P), gelanceerd in oktober 2017.

Een gedetailleerde analyse van de OMI-gegevens voor de periode 2005-2017 onthult significante wekelijkse cycli in 115 van de 274 bestudeerde steden. Deze resultaten worden bevestigd door een heel jaar aan hoge resolutie TROPOMI-waarnemingen van NO2 (zie figuur 1).

Waargenomen en gemodelleerde veranderingen in weekcycli

De OMI-dataset maakt het mogelijk trends in de wekelijkse cyclus te identificeren die het gevolg zijn van veranderingen in NOx-emissies. De gegevens tonen een duidelijke verzwakking van de wekelijkse cyclus over Europese en Amerikaanse steden, een evolutie die wordt toegeschreven aan de afname van antropogene emissies en het daaruit voortvloeiende toenemende belang van achtergrond-NO2. De tegenovergestelde tendens wordt waargenomen in regio's met een snelle emissiegroei.

Meerjarige simulaties over de VS en het Midden-Oosten met behulp van het MAGRITTEv1.1-chemietransportmodel slagen erin de waargenomen weekcyclus over de grootste steden te reproduceren, evenals de waargenomen langetermijntrends in de wekelijkse cyclus. In de VS heeft de daling van de NOx-emissie in de periode 2005–2017 geleid tot een aanzienlijke verzwakking van de wekelijkse cyclus. Dit blijkt uit de vergelijking van de zondag-tot-week-verhouding in de NO2 kolommen voor de perioden 2005–2007 en 2015–2017 (zie figuur 2).

Gemiddeld is voor alle Amerikaanse steden de verhouding met 22% gestegen (van 0.72 naar 0.88), wat uitstekend overeenkomt met de modelvoorspelling (+20%). Dit resultaat weerspiegelt de niet-lineaire relatie tussen antropogene NOx-emissies en NO-kolommen, vanwege de bijdrage van natuurlijke emissies (lokaal of geïmporteerd) aan de NO2-kolom boven steden, en vanwege chemische terugkoppelingen van het NOx-OH-systeem.

 

Referentie: 

Stavrakou, T., Müller, J., Bauwens, M., Boersma, K.F., and Van Geffen, J. (2020). Satellite evidence for changes in the NO₂ weekly cycle over large cities. Scientific Reports, 10, A10066. https://doi.org/10.1038/s41598-020-66891-0 Open Access Logo

NO2 data wereldkaarten
Figuur 1. (a) Locatie van de bestudeerde steden. De kleur geeft de dag van het minimum aan volgens de OMI NO2-gegevens over de periode 2005–2017. Open cirkels geven steden aan waarvoor het minimum niet significant is. (b) Genormaliseerde NO2-kolom op de dag van het minimum op basis van de OMI-gegevens. (c, d) Hetzelfde als (a) en (b) voor TROPOMI-gegevens van mei 2018 tot april 2019.
NO2 Amerikaanse steden New York Los Angeles Chicago
Figuur 2. De zondag-tot-week-verhouding in de NO2 kolommen uitgemiddeld over 2005-2007 en over 2015-2017 voor 18 Amerikaanse steden, en voor New York, Los Angeles en Chicago (a) zoals waargenomen door OMI en (b) zoals berekend werd met het model MAGRITTE. (c) Gemiddelde waargenomen en gemodelleerde weekcyclus voor Amerikaanse steden in de periode 2005-2007 en 2015-2017.