iSPEX-metingen leveren nauwkeurige kaarten van fijnstof boven Nederland op

kade rechteroever

Het nieuwe meetconcept van iSPEX blijkt nauwkeurig te werken. Afgelopen tijd zijn alle metingen die tijdens de nationale meetdagen in 2013 zijn uitgevoerd geanalyseerd, en gecombineerd in kaarten van fijnstof boven Nederland. De iSPEX-kaarten komen goed overeen met de data van professionele meetinstrumenten. Met een fijnmazigheid van twee kilometer vormen de iSPEX-metingen mogelijk zelfs een aanvulling op de satellietmetingen, die vaak een veel grover beeld geven, en kunnen ze gegevens opleveren in gebieden waar geen grondmetingen worden gedaan. Het wetenschappelijke artikel over deze eerste resultaten van het iSPEX-project wordt vandaag openbaar toegankelijk gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift Geophysical Research Letters.

 

 

De onderzoekers van het iSPEX-team hebben een volledig data-reductie algoritme gemaakt, dat alle individuele foto’s (meer dan 200.000!) van de iSPEX-metingen opnieuw analyseert. Alle foto’s waarbij iets mis is gegaan (bijvoorbeeld een boom of gebouw in de weg, of een klein wolkje) worden genegeerd, terwijl voor alle andere foto’s nauwkeurig het spectrum en de polarisatie van de blauwe licht wordt bepaald. Alle polarisatie-metingen zijn vervolgens omgezet naar de zogenaamde Aerosol Optical Thickness (AOT), een gestandaardiseerde maat voor de totale hoeveelheid fijnstof in de lucht. Deze maat kan direct vergeleken worden met metingen van satellieten zoals MODIS die eens per dag over Nederland vliegen. Uit de vele iSPEX-metingen tijdens de nationale meetdagen zijn vervolgens AOT-kaarten van Nederland gemaakt.

8 jul

5 sep

iSPEX AOT-metingen zijn ook in detail te vergelijken met de data van het AERONET meetstation in Cabauw in het Groene Hart van Nederland. Aldaar stonden ook twee goed gekalibreerde SPEX-instrumenten te meten. In de bovenste panelen van de onderstaande figuur vergelijken we de officiële AOT-waarden zoals gemeten in Cabauw met de iSPEX-metingen uit de omgeving. De oranje curves zijn de gemiddeldes van de iSPEX-metingen, en die komen goed overeen met de officiële metingen.

De panelen daaronder bevatten informatie over de hoogte van het fijnstof in de atmosfeer, verkregen met een laser-instrument (LIDAR) ook opgesteld in Cabauw. Deze metingen laten zien dat in juli 2013 het stof voornamelijk op 2-6 kilometer hoogte in de atmosfeer zat, terwijl het op grondniveau grotendeels stofvrij was. Dit waren rookwolken van bosbranden in Noord-Amerika, die in zuidelijke richting over Nederland geblazen werden. Op 5 september was de lucht veel helderder, maar werd er wel signaal van fijnstof op leefniveau gemeten.
De onderste panelen laten zien dat we uit SPEX-metingen al de grootte en chemische samenstelling (via de brekingsindex) kunnen bepalen. Deze informatie zit in principe ook in de iSPEX-metingen. We zijn nog druk bezig om soortgelijke informatie ook uit iSPEX proberen te halen.

De grote kracht van iSPEX zit hem in de grote hoeveelheid metingen. In individuele metingen kan een behoorlijke meetfout zitten, die vooral veroorzaakt kan worden door de smartphonecamera zelf. Maar door te middelen over meerdere metingen, worden er erg nauwkeurige resultaten verkregen! De volgende grafiek laat dit zien. Alle gekleurde puntjes zijn polarisatiemetingen van individuele iSPEX-metingen, als functie van de hoek vanaf de zon. De rode curve staat voor de goed gekalibreerde meting van SPEX. Maar door alle iSPEX-metingen te middelen krijgen we de grijze curve, die dus goed overeenkomt met de SPEX-meting. Enkele tientallen iSPEX-metingen van polarisatie leveren dus dezelfde nauwkeurigheid als de professionele SPEX-meting!

Dit betekent dat we met iSPEX nu overal nauwkeurige AOT-metingen aan fijnstof kunnen uitvoeren, mits er maar voldoende mensen meedoen! Onderstaande figuur illustreert dat voor Amsterdam, Rotterdam, Eindhoven en Groningen. Met iSPEX kunnen we dus waardevolle metingen toevoegen op plekken waar nu amper of geen grondmetingen worden uitgevoerd. En ten opzichte van satellietmetingen kunnen we veel informatie toevoegen op tijden wanneer de satelliet niet boven Nederland hangt. Een grondige analyse van de iSPEX-data laat ook zien dat in gebieden met veel metingen iSPEX-kaarten een fijnmazigheid van zo’n twee kilometer hebben. Da’s een stuk beter dan de satellietbeelden die pixels van zo’n 20 kilometer hebben. Sterker nog: iSPEX-metingen zouden zelfs de satellietmetingen voor stedelijke gebieden nauwkeuriger kunnen maken! De meeste deelnemers aan het project wonen nu eenmaal in stedelijke gebieden, en dus kunnen we juist in die gebieden meer gedetailleerde informatie vergaren.

De data (na de her-analyse) van alle metingen tijdens de meetdagen in 2013 staan vanaf nu openbaar op www.ispex.nl/data. Op deze pagina staan ook interactieve kaarten die deze data weergeven.

Dit succesvolle eerste resultaat van het iSPEX-project geeft aanleiding voor veel vervolgonderzoek en technische verbeteringen. Wij zullen komende tijd plannen maken en financiële ondersteuning zoeken voor:

  • Nieuwe meetdagen bij verschillende opstandigheden, ook als het deels bewolkt is.
  • Aanpassingen aan de meetprocedure zodat je niet per se de zon in je rug hoeft te hebben.
  • Betere kalibraties voor de kleurcode vanuit de app, voornamelijk voor iPhone 5S.
  • Verdere ontwikkeling van het opzetstukje, zodat deze ook op andere toestellen past.
  • Betere toegankelijkheid van de iSPEX-data.
  • Meer inzoomen op stedelijke gebieden en lokale bronnen.
  • Een betere integratie met satellietdata, bijvoorbeeld door iSPEX-metingen te organiseren precies als een satelliet overkomt.
  • Verdere analyse van de iSPEX-data om ook informatie over deeltjesgrootte en -samenstelling te verkrijgen.

Vanaf 2015 zullen we iSPEX ook internationaal uitbreiden. Dan kunnen we de metingen in Nederland vergelijken met metingen over heel Europa en elders in de wereld. En dan krijgen we ook een beter beeld van bronnen van fijnstof, want fijnstof houdt zich nu eenmaal niet aan landsgrenzen. En bovendien lijkt het ons fantastisch om samen met vele duizenden wereldburgers meer wetenschappelijke kennis op te doen!

Jeroen

iSPEX 27-10-2014
http://ispex.nl/ispex-metingen-leveren-nauwkeurige-kaarten-van-fijnstof-boven-nederland-op/

Tags: