PM10 in Nederland. Rekenmethodiek, concentraties en onzekerheden

Samenvatting

Europese richtlijnen bevatten grenswaarden om de effecten van luchtverontreiniging op de gezondheid van de mens te beperken. De luchtkwaliteit in Nederland moet sinds 2005 aan deze grenswaarden voldoen. In 2005 zijn de PM₁₀-grenswaarden plaatselijk overschreden. In Nederland vormen zowel metingen als modelberekeningen de basis voor de vaststelling of grenswaarden al dan niet worden overschreden. De metingen en modelberekeningen van fijn stof en de onzekerheid daarin hebben extra aandacht genoten sinds de grenswaarden voor fijn stof in 2005 van kracht zijn geworden. Dit achtergrondrapport behandelt de methodiek en onzekerheden waarmee PM₁₀-kaarten voor Nederland worden gemaakt. Het rapport beoogt de vastlegging van feiten en onzekerheden rond modelberekeningen en metingen van fijn stof. Verder wordt aangegeven welke ontwikkelingen van modelberekeningen en metingen de nauwkeurigheid van fijnstofconcentraties kunnen verbeteren.

PM₁₀-kaarten

Dit rapport beschrijft stapsgewijs hoe PM₁₀-kaarten met grootschalige concentraties voor Nederland worden gemaakt. De rekenmethodiek combineert modelberekeningen en metingen van fijn stof. De PM₁₀-kaart volgens deze methodiek is het optimale resultaat van:

• ruimtelijk gedetailleerde modelberekeningen van fijn stof op basis van bekende antropogene Europese bronnen;
• metingen van achtergrondconcentraties van fijn stof die het referentieniveau van de fijnstofconcentraties in de PM₁₀-kaart bepalen.

Het combineren van modelberekeningen en metingen heeft echter als nadeel dat systematische afwijkingen in model en meting automatisch in het eindresultaat doorwerken. Ook is validatie van de resultaten met onafhankelijke metingen slechts beperkt mogelijk. Berekende concentraties verklaren ongeveer de helft van de gemeten concentratie. De andere helft, ‘overige bronnen PM’, bestaat uit de fijnstofbijdrage van zee (zeezout), land (bodemstof) en andere, veelal slecht bekende, bronnen. Voor toekomstverkenningen van fijn stof is een schatting van de bijdrage door ‘overige bronnen PM’ nodig. Omdat deze schatting echter zeer onzeker is, wordt ze in de tijd constant verondersteld.

Trendbreuk

Analyse van de fijnstofmetingen en modelberekeningen voor de periode 1993-2005 leert onder andere dat er een trendbreuk is in de fijnstofmeetreeks van stations in het landelijk gebied van 1993-2003 naar 2004/2005. Aannemelijkheid, mogelijke oorzaken en gevolgen van de trendbreuk worden in het onderliggende rapport uitgewerkt. Na 2003 zijn de gemeten concentraties in het landelijk gebied gemiddeld met 10 tot 15 procent (~4 µg/m³) gedaald. Deze verlaging werkt navenant door in de fijnstofverkenningen voor 2010 en later. Het gevolg van de trendbreuk is dat de haalbaarheid van de grenswaarden in zicht is gekomen: met extra lokaal, nationaal en Europees beleid kunnen knelpunten waar de grenswaarden nog worden overschreden, tegen 2015 opgelost zijn. Hiervoor leek dit zelfs in 2020 niet haalbaar.

De oorzaak van de waargenomen trendbreuk moet waarschijnlijk worden gezocht in een combinatie van twee factoren: 1) wijzigingen die doorgevoerd zijn in het landelijk meetnet luchtkwaliteit om te voldoen aan Europese meetvoorwaarden en 2) specifieke lokale fysisch-chemische omstandigheden. Nader onderzoek zal moeten uitwijzen wat de precieze oorzaak is geweest. Bijstellingen in de toekomst van de meetreeks voor én na 2003 zijn daarom nu nog niet uit te sluiten.

Onzekerheden

Er is veel aandacht besteed om de onzekerheid in de fijnstofconcentraties vast te stellen voor zowel historische als toekomstige jaren. Ook is de onzekerheid in de fijnstofconcentraties langs snelwegen en stadswegen in kaart gebracht. De onzekerheid in jaargemiddelde fijnstof-achtergrondconcentratie voor een specifiek jaar is 15% tot 30%. Voor het jaar 2005 komt dit neer op gemiddeld 6,3 µg/m³. De fijnstofverkenningen hebben een grotere onzekerheid van 7-8 μg/m³. Dit correspondeert met een onzekerheidsmarge van ongeveer 30% (20% in gebieden met hoge PM₁₀-concentraties tot 40% in het noorden van Nederland). De onzekerheid in de PM₁₀-concentratie langs snelwegen en stadswegen is nog hoger (tot 45%) door onzekerheden in de straatbijdrage zoals die wordt berekend met het CAR-model.

Variaties in de weersomstandigheden leiden tot een dominante bijdrage aan de onzekerheid bij verkenningen (4,6 µg/m³). Dit betekent dat inspanningen om onzekerheden te reduceren in het meet- en modelinstrumentarium daarom bij verkenningen een beperkt effect zullen sorteren. Het betekent ook dat zich in de toekomst geregeld weersomstandigheden zullen voordoen die overschrijdingen van grenswaarden tot gevolg hebben op plaatsen waar de huidige verkenningen van fijn stof, die voor gemiddelde weersomstandigheden zijn bepaald, geen overschrijdingen laten zien.

Overige bronnen fijn stof

Verder worden in dit rapport de voor Nederland belangrijkste bijdragen door ‘overige bronnen fijn stof’ aan PM₁₀ samengevat. Het gaat hierbij om zeezout, bodemstof, de bijdrage van bronnen buiten Europa, biostof, secundair organisch aërosol en water. Ruwe schattingen voor het totaal lopen uiteen van 12 tot 18 µg/m³. Tot slot geeft het rapport achtergrondinformatie bij de zeezoutaftrek. Bij het bepalen of de grenswaarden van fijn stof worden overschreden, is het toegestaan de bijdrage van zeezout aan PM₁₀ buitenbeschouwing te laten waardoor het aantal overschrijdingen van de grenswaarden daalt.

Hoe kan het nauwkeuriger?

De relatief grote PM₁₀-onzekerheidsmarge kan alleen worden verkleind als de nauwkeurigheid van zowel emissies, metingen als modellen wordt verbeterd. Het gaat dan om nauwkeuriger emissiegegevens van antropogene PM₁₀-bronnen zoals landbouw en het kwantificeren van natuurlijke bronnen van bijvoorbeeld zeezout en bodemstof. Verder kunnen de modelberekeningen worden verbeterd door de samenstelling te bepalen van het deel ‘overige bronnen PM’ door middel van modelonderzoek in combinatie met nauwkeurigere metingen van PM₁₀ (totaal en samenstelling). Verder kan de lokale bijdrage aan de PM₁₀ concentratie nauwkeuriger worden berekend, door vooral een betere beschrijving in ruimte en tijd van verkeersemissies.