Evaluatie van TROPOMI NO2 op basis van herhaalde vliegtuigmetingen

2023-2024
In het kader van het ESA-project SVANTE wordt het TROPOMI NO2-product gevalideerd via regelmatige luchtmetingen met de hyperspectrale SWING-camera. Sinds 2021 vinden deze vluchten plaats boven Berlijn en Boekarest, gelijktijdig met passages van TROPOMI. Ze brengen de verdeling van NO₂ in kaart onder uiteenlopende omstandigheden, wat essentieel is voor het beoordelen van de nauwkeurigheid van TROPOMI.

Daarnaast worden binnen het project geharmoniseerde tools en dataformaten ontwikkeld voor de verwerking van de gegevens van deze meetvluchten, ter ondersteuning van huidige en toekomstige ESA satellietmissies, zoals Sentinel-5 en Sentinel-4.

Monitoren van luchtkwaliteit, klimaat en ozon

De op 13 oktober 2017 gelanceerde Sentinel-5p/TROPOMI-missie is een vitale component van ESA’s Copernicus-programma. De missie richt zich op het monitoren van luchtkwaliteit, klimaat en ozon. Een van de belangrijkste dataproducten is troposferisch stikstofdioxide (NO₂), een schadelijke luchtvervuiler met gevolgen voor zowel gezondheid als milieu.

Luchtcampagnes voor TROPOMI-validatie

Sinds 2021 zijn er in het kader van het ESA SVANTE-project 27 gedecentraliseerde luchtcampagnes uitgevoerd om de NO₂-data van TROPOMI te valideren. Deze campagnes verzamelen onafhankelijke metingen die met de satellietgegevens worden vergeleken ter controle van de nauwkeurigheid.

Voor deze vluchten werd de SWING-hyperspectraalcamera van het BIRA gemonteerd op twee verschillende vliegtuigen: een Cessna T207A van de FUB boven Berlijn (Duitsland) en een BN-2 van INCAS boven Boekarest (Roemenië). De vluchten bestrijken doorgaans 10 tot 35 TROPOMI-pixels en brengen zo de horizontale verspreiding van NO₂ in stedelijke en industriële gebieden in beeld.

Uitgebreide dataset en validatietools

Een belangrijk kenmerk van deze validatie-inspanningen is de herhaaldelijke aard van de luchtmetingen. Dit levert een robuuste dataset op onder diverse geofysische en meteorologische omstandigheden, wat de betrouwbaarheid van de validatie verhoogt.

Ter bevordering van de consistentie en nauwkeurigheid zijn er een gestandaardiseerd dataformaat, een gecentraliseerde verwerkingsmodule en geharmoniseerde tools ontwikkeld. Hiermee kunnen datasets op uniforme wijze worden vergeleken, wat de validatienauwkeurigheid verder ten goede komt.

Impact en toekomstperspectief

De resultaten van deze luchtcampagnes zijn van groot belang voor het beoordelen van de nauwkeurigheid van de huidige TROPOMI NO₂-metingen, maar bieden ook waardevolle inzichten voor toekomstige satellietmissies. De hierbij ontwikkelde methodes, analysetools en datasets vormen een stevige basis die ook bruikbaar is voor aanstaande instrumenten zoals Sentinel-5, Sentinel-4 en andere observatieplatforms.

Het uiteindelijke doel is het opzetten van een wereldwijd toepasbaar, onafhankelijk validatiekader voor het monitoren van luchtverontreiniging en het verbeteren van milieubeheer. Door de kwaliteit van satellietdata over luchtkwaliteit te evalueren en te verbeteren, dragen deze inspanningen bij aan een beter begrip en beheer van de impact van luchtvervuiling op gezondheid en milieu.

Bucharest, Romania, map NO2 horizontal distribution
NO2 horizontal distribution during the overpass of TROPOMI on 28 March 2022.
Map Boekarest, Roemenië - NO₂-verdeling
Figuur 1. SWING-vlucht boven Boekarest, Roemenië, toont de NO₂-verdeling tijdens een TROPOMI passage op 28 maart 2022. Witte punten geven gekende puntbronnen aan uit de E-PRTR-emissiedatabase; de grootte geeft de hoeveelheid uitstoot weer.
SWING op BN-2-vliegtuig van INCAS.
Figuur 2. SWING gemonteerd op het BN-2-vliegtuig van INCAS.
Validatie van Sentinel-5P/TROPOMI NO₂-product
Figuur 3. Validatie van het Sentinel-5P/TROPOMI NO₂-product op basis van 16 SWING-vluchten boven Boekarest en 11 boven Berlijn. Elk punt toont de vergelijking tussen één TROPOMI-pixel en het gemiddelde van meerdere SWING-metingen, binnen vastgestelde ruimtelijke en temporele marges.