Stikstof in Nederland bekeken vanuit de ruimte

Het monitoren van de twee belangrijkste spelers in de stikstofproblematiek, de gassen ammoniak (NH3) en stikstofdioxide (NO2), is van groot belang om de gevolgen voor natuur, mens en klimaat in kaart te brengen. Beide gassen worden waargenomen vanuit de ruimte met satellietinstrumenten. Deze metingen vormen een extra toets voor de kwaliteit van de gebruikte modellen voor het beschrijven van het transport, de chemische omzetting en de depositie van stikstof. Verder kunnen we op basis van deze metingen schattingen maken van de uitstoot van beide gassen. Een recent uitgebracht onderzoeksrapport laat zien hoe deze satellietmetingen van nut kunnen zijn voor het verbeteren van de kennis van stikstof in Nederland.

Satellieten meten de totale hoeveelheid ammoniak en stikstofdioxide in de atmosfeer, en zijn complementair aan metingen gedaan op de grond (zie afbeelding 1). Satellieten meten met verschillende instrumenten overal, ook op plekken waar geen grondstation is. Het satellietonderzoek beschreven in het onderzoeksrapport maakt gebruik van ammoniak waarnemingen van de CrIS- en IASI-instrumenten, en stikstofdioxide waarnemingen van het TROPOMI-instrument.  

De belangrijkste conclusies van het satellietonderzoek zijn: 

De kwaliteit van de satellietmetingen van ammoniak en stikstofdioxide is goed genoeg om informatie toe te voegen aan de huidige kennis van stikstof. De metingen van ammoniak zijn minder nauwkeurig dan voor stikstofdioxide, maar de onzekerheden in de modellering en emissies zijn ook groter voor ammoniak. 

De satellietmetingen laten zien dat de modellen die in Nederland gebruikt worden voor het modelleren van stikstof op uurlijkse basis (EMEP4NL, LOTOS-EUROS) realistisch zijn. De gemodelleerde totale hoeveelheid, verdeling over Nederland, tijdsafhankelijkheid en zelfs gesimuleerde individuele pluimen tonen een grote mate van overeenkomst met de satellietmetingen, wat vertrouwen geeft in de kennis en modellering van de uitstoot, transport in de atmosfeer en chemische omzetting. 

Satellieten geven onafhankelijke informatie over emissies om de gerapporteerde emissies te toetsen. Als voorbeeld geeft afbeelding 2 de gemiddelde hoeveelheid stikstofdioxide in de lucht en de hoeveelheid uitgestoten stikstofdioxide voor het jaar 2019. Vier onafhankelijke methoden zijn getest om emissies te schatten voor ammoniak en de twee stikstofoxiden NO en NO2 (samen aangeduid met NOx) op basis van satellietmetingen. De spreiding in de uitkomsten – 20 tot 30 procent voor de totale uitstoot – geeft waardevolle informatie over de onzekerheden van de schattingen (zie afbeelding 3). De resulterende emissietotalen liggen dicht bij de gerapporteerde emissies (emissieregistratie.nl) en vallen grotendeels binnen de onzekerheidsgrenzen van de satellietgegevens, inversiemethoden en de inventarisatie. Er werd in 2020 gemiddeld zo'n 200 miljoen kilo aan stikstofoxiden uitgestoten, dat is het gewicht van 500 

Een begrip van stikstof in Nederland berust op kennis van de uitstoot (emissie), het transport van stikstof door de wind, chemische omzetting van stikstof in de atmosfeer en uiteindelijk de depositie, het neerslaan van stikstof in bijvoorbeeld natuurgebieden. Het huidige instrumentarium in Nederland bestaat uit metingen aan de grond (vierkantjes in afbeelding) van concentraties, chemische samenstelling en depositiefluxen. Satellieten voegen daar waarnemingen in de hogere luchtlagen aan toe: ze meten de totale kolomhoeveelheid in de atmosfeer. Hiermee kan de uitstoot en het transport door de atmosfeer bepaald worden, wat indirect ook informatie geeft over de hoeveelheid depositie.

Het KNMI heeft bijgedragen aan dit onderzoek door het leveren van stikstofdioxide metingen van TROPOMI, met de verdere ontwikkeling van de KNMI DECSO (Daily Emissions Constrained by Satellite Observations) software voor het schatten van NH3 en NOx emissies, en het ontwikkelen van een verbeterde flux divergentie methode (FDA) voor het schatten van NOx emissies op basis van TROPOMI metingen.