Figuur1 Het ozongat op 13 november 2009
Figuur1 Het ozongat op 13 november 2009. Gedurende drie weken rekte het ozongat zich uit waarbij het zuidelijkste puntje van Zuid-Amerika een grote dosis UV te verwerken kreeg. (De Laat, 2010)
Aan het eind van de 19e eeuw was al duidelijk geworden dat niet al het licht wat van de zon kwam ook op de aarde terechtkwam en dat, met name, in het UV-C gebied er wel heel weinig licht op de aarde terecht kwam. Comu (1879) stelde toen al een hypothese op dat er in de atmosfeer één of meerdere gassen aanwezig waren die die UVB-straling absorbeerden en ervoor zorgden dat het leven op aarde beschermd wordt.
Figuur 2 Zonnespectrum boven en onder aan de atmosfeer (Wikipedia)
Figuur 2 Zonnespectrum boven en onder aan de atmosfeer (Wikipedia)

In 1881 ontdekte Hartley dat het gas dat verantwoordelijk was voor het absorberen van de schadelijke straling ozon moest zijn. In 1913 zijn het Fabry en Buisson die aantonen dat de meeste ozon zich in de stratosfeer moet bevinden. Dobson is in 1926 degene die een eenvoudig maar effectief apparaat ontwikkeld wat in staat is de ozonkolom precies te meten.
Rond 1930 wordt de chemie van stratosferisch ozon onderzocht door Chapman. Dat dit proces nadelig beïnvloed kon worden door hydroxide (OH) wordt door Bates en Nicolet voorgesteld in 1950. Vanaf 1955 wordt er door het IOC en het WMO gewerkt aan het opzetten van een systeem dat het ozon wereldwijd moet gaan meten. In 1957 begint dit systeem, het Global OzoneObserving System, te draaien. De eerste ozonmeting hoger in de atmosfeer wordt door Brewer en Milford omhoog gestuurd met een elektrochemische ozonsonde in 1960.
Ozon (O3) is een bijzondere stof. Voor de mens en het andere leven op aarde is ozon bijzonder schadelijk. Het is zeer reactief in combinatie met biologische moleculen waardoor deze beschadigd raken en deze niet meer hun functie kunnen uitvoeren. Gelukkig is de concentratie ozon in de troposfeer (0~15 km boven het aardoppervlak) waar wij leven vrij laag. Dit is medeafhankelijk van de luchtvervuiling waarbij ozon kan ontstaan.(Stammes & Piters, 1996)
In de stratosfeer op (~15-35 km hoogte) is de concentratie ozon veel hoger. Hier is de concentratie enkele PPM. Het grootste gedeelte van de totale hoeveelheid ozon bevindt zich dan ook in de stratosfeer. Het maximum bevindt zich op een hoogte van ongeveer 32 kilometer. Op deze hoogte kan de concentratie ongeveer 15 PPM zijn.
Figuur 3 Verdeling ozonconcentratie over de hoogte (NASA)
Figuur 3 Verdeling ozonconcentratie over de hoogte (NASA)

Sinds Gordon Dobson in 1926 de Dobson Spectrofotometer (Dobsonmeter) uitvond om metingen aan ozon te doen is er veel veranderd. De Dobsonmeter kijkt naar de verhouding tussen UVA-straling (325 nm) en UVB-straling (305 nm). De UVA-straling wordt niet geabsorbeerd door de atmosfeer en bereikt altijd de aarde. De UVB-straling wordt grotendeels geabsorbeerd door ozon. Als er geen ozon zou zijn zou de hoeveelheid UVA- en UVB-straling gelijk zijn. De verhouding tussen UVA- en UVB-straling is dan een maat voor de ozonkolom. Deze wordt dan uitgedrukt in Dobson Units (DU). De Dobson Unit is de kolomhoogte in 10 μm al zou de atmosfeer op die plek alleen uit ozon bestaan. Dit geeft gelijk een van de meetproblemen aan die horen bij het meten van ozon. In de totale luchtkolom neemt ozon gemiddeld slechts enkele millimeters in. Het gemiddelde percentage ozon is ongeveer 0,00006 % van de hele atmosfeer. De pieken liggen rond de 0,0015 %.

In de stratosfeer is ozon voor het leven op aarde onmisbaar als bescherming tegen UVB- en UVC-straling. Deze schadelijke straling wordt geabsorbeerd door ozon hoog in de atmosfeer en zorgt er op die manier voor dat het grootste gedeelte van de van de zon afkomstige UVB- en UVC-straling het aardoppervlak niet bereikt.
Figuur 4. Absorptie van UV-straling door de atmosfeer (NASA)
Figuur 4. Absorptie van UV-straling door de atmosfeer (NASA)

Sinds het begin van de satellietmetingen aan ozon is er veel veranderd. En niet alleen de ozonlaag zelf. In 1984 ontdekte Joe Farman dat er jaarlijks een ozongat ontstond boven de zuidpool en dat deze steeds groter werd. De waarden waren destijds al zo laag dat de eerste instrumenten die vanaf Antarctica de ozon moesten meten werden teruggestuurd om opnieuw gekalibreerd te worden. De eerste metingen van de satellieten werden ‘weggegooid’ omdat de hoeveelheden ozon onwaarschijnlijk laag waren. Na verificatie bleek er toch sprake te zijn van een ozongat (<220 DU) en bleek dat deze groter werd. (NASA, 2012)
Figuur5 ontwikkeling van de grootte en dikte van het ozongat (NASA)
Figuur5 ontwikkeling van de grootte en dikte van het ozongat (NASA)

Al snel werd duidelijk dat de natuurlijke wisselwerking tussen O3 en O2 werd verstoord door de aanwezigheid van voornamelijk chloor en broom in de atmosfeer. Deze waren door de industrie in de atmosfeer gebracht door middel van blusmiddelen en drijfgassen.
Deze stoffen zorgden ervoor dat de hoeveelheid ozon onder de 220 DU kon komen waarmee de natuurlijke cyclus werd verstoord.
Deze onderzoeksresultaten leiden in 1989 tot het Montrealaccoord wat er voor zorgde dat er nauwelijks nog chloor- en broom-houdende stoffen in de atmosfeer worden gebracht.

Ozon
Ozon wordt voornamelijk in de stratosfeer gevormd onder invloed van UV-straling die een zuurstofmolecuul ontleedt in twee vrije zuurstof atomen (1). Deze vrije zuurstofatomen reageren met zuurstofmoleculen tot ozon (2). Op deze manier wordt er dus onder invloed van UV-straling uit 3 zuurstof moleculen 2 ozonmoleculen gecreëerd.
(1)
(2)
(3)

ozon cyclus
Ozon wordt onder invloed van UV-straling (240 tot 310 nm) afgebroken tot zuurstof en een zuurstofatoom.

(4)

Het vrije zuurstof atoom reageert gelijk met een zuurstofmolecuul en tot ozon.

(5)

Deze cyclus zorgt ervoor dat de energie van de UV-straling wordt omgezet in kinetische energie van de ozonmoleculen die ontstaan. Op deze manier houdt ‘de natuur’ de hoeveelheid ozon constant en wordt de gevaarlijke UV-straling omgezet in warmte in de stratosfeer.

ozon afbraak
Het vrije zuurstofatoom kan ook reageren met ozon. Uit deze reactie ontstaan 2 zuurstof moleculen. Zie (6). Of het zuurstofatoom reageert met een ander zuurstofatoom tot een zuurstof molecuul (7).

(6)
(7)

De processen (6) en (7) zorgen ervoor dat de zuurstofatomen, die ervoor moeten zorgen dat de hoeveelheid ozon gelijk blijft, geen nieuw ozon vormen.
Naast deze natuurlijke verdwijning van ozon heeft ook de mens invloed op de verdwijning van ozon. Zogenaamde vrije radicalen (OH en NO) reageren graag met de vrije zuurstofatomen en voorkomen daarmee de aanmaak van nieuw ozon. Deze radicalen zijn van nature aanwezig maar de industrie levert ook een door chloor- en broom-bevattende moleculen in de atmosfeer te brengen. Deze chloor- en broom-atomen kunnen in de stratosfeer voor een katalytische reactie zorgen waarbij ozon wordt afgebroken. (9) Dit proces kan zich vele malen herhalen en hierbij grote hoeveelheden ozon afbreken.
(4)

(8)

(9)
(9a)

Proces (8) vindt vooral plaats in tropische en subtropische bandbreedtes waar het UV licht intenser is. (Fahey & Hegglin, 2011)
In de koudere regionen boven de polen zit het proces iets anders in elkaar. Daar wordt voorafgaand aan het proces chloor (of broom) eerst gebonden aan een zuurstofatoom. (8) Twee van deze moleculen vormen samen weer één molecuul (10). Dit molecuul kan alleen onder invloed van zonlicht worden ontbonden. Pas als het ontbonden is kan het weer met ozon reageren.
(10)

Het ontleden van (ClO)2 ligt dus stil gedurende Arctische winters. Wel wordt er een hoop (ClO)2 gevormd wat ervoor zorgt dat zodra de zon boven een poolgebied wel weer gaat schijnen de afbraak van ozon heel snel gaat door de ruime aanwezigheid van chloor en broom. Daarnaast kan ClO (en BrO) alleen gevormd worden op hele koude deeltjes in zogenaamde PolarStratospheric Clouds (PSC). Deze wolken worden alleen gevormd in de stratosfeer als het daar koud genoeg is (<-78°C). Meteorologische omstandigheden zorgen ervoor dat het boven de Zuidpool veel langer koud genoeg is dan boven de Noordpool. Daarom worden deze PSC’s ook voor het grootste gedeelte gevormd boven de Zuidpool en dit zorgt ervoor dat de (ClO)2 die in de wolken gevormd worden ook zich voor het grootste deel boven de Zuidpool bevinden. Dat zorgt er op zijn beurt weer voor dat de ozon afbraak voornamelijk dan ook weer boven de zuidpool plaats vind. Dezelfde meteorologische omstandigheden zorgen er vervolgens ook voor dat het tekort aan ozon dat hier ontstaat, het ozongat, ook boven de Zuidpool blijft. Juist naast dit gat bevindt zich heel veel ozon dat gevormd wordt uit de grote hoeveelheden zuurstof dat zich op die hoogtegraden bevindt.

Instrumenten
Het meten van ozon vanaf de grond gebeurt al vanaf 1926. Gordon Dobson was de eerste die een eenvoudig maar doeltreffend instrument ontwikkelde om de hoeveelheid ozon te bepalen uit de intensiteit van het directe zonlicht. Daarna werden verbeteringen aangebracht, maar het scheiden van de verschillende golflengtes gaat nog altijd met behulp van een prisma. Op deze manier kan er naar één of meerdere golflengtes binnen het zonnespectrum gekeken worden. (Dobson, 1968). Het Br-Cl filter bij de opening voor het zonlicht (Figuur 6) diende ervoor alle overige golflengten tegenhouden. Deze oplossing was nagenoeg transparant voor UV golflengten.
Figuur 6. Dobsons spectrometer
Figuur 6. Dobsons spectrometer

Dobson
Dobson keek met behulp van zijn spectrometer (Figuur 6) naar zonlicht bij twee golflengtes. Eén golflengte in het UV-A (325 nm) gebied en één in het UV-B gebied (305 nm). Als deze twee intensiteiten gelijk zouden zijn, zou er geen ozon in de atmosfeer zijn. Omdat er wel ozon is en ozon bij 305 nm sterker absorbeert dan bij 325 nm is de intensiteit bij 305 nm kleiner dan bij 325 nm. Door te draaien aan een schijf (Figuur 6, onderste afbeelding in het midden) kan de intensiteit van de 325 nm golf worden aangepast. De mate waarin deze veranderd moet worden om de intensiteiten gelijk te krijgen is een maat voor de hoeveelheid ozon.
Figuur 7BrewerMkIII vandaag de dag
Figuur 7BrewerMkIII vandaag de dag

Brewer
Later volgden allerlei aanpassingen en verbeteringen. Zo werd de fotografische plaat vervangen door een photomultiplier en werden steeds meer onderdelen elektrisch. Vandaag de dag worden ze nog steeds gebruikt, met name om satellietdata te valideren. Hoewel er meerdere uitvoeringen zijn, lijkt de Mk III (Figuur 7) op dit moment de meest betrouwbare en nauwkeurigste. (Van der A, Allaart, & Eskes, 2010)

Satellietinstrumenten
Sinds 1978 wordt ozon ook vanuit de ruimte gemeten. De eerste satelliet was de Amerikaanse TOMS-satelliet. Met behulp van deze satelliet werden de metingen op Antarctica bevestigd in hun relatief lage waarden waarmee het ozongat tevens bevestigd werd. Na TOMS kwamen er andere en betere satellieten. Met name de resolutie is sterk verbeterd. Zo had TOMS een pixeloppervlak van 180x288 km. (NASA) De latere satellieten kregen een steeds kleinere pixeloppervlak en konden steeds meer golflengten meten om zo ook andere stoffen in de atmosfeer te analyseren. Dit kunnen stoffen zijn die direct met de ozoncyclus te maken hebben als andere stoffen die in andere processen een belangrijke rol spelen.

OMI
Een van de opvolgers van TOMS is OMI. Andere satellieten als SBUV, GOME en SCIAMACHY zijn OMI voorgegaan en hebben een belangrijke bijdrage geleverd in het continue meten van ozon in de atmosfeer.
De optische bank in de OMI is in wezen niet veel anders dan de uitvoering in het Brewer grondinstrument. Al wordt nu niet meer de intensiteit van UV-A aangepast om de intensiteiten van UV-A en UV-B gelijk te krijgen maar worden er voor een heel scala aan golflengtes de intensiteiten bepaald en er wordt verstrooid zonlicht gemeten. De verschillen tussen de kenmerkende golflengtes blijven uiteraard een maat voor de hoeveelheid ozon.

Omdat de verschillen tussen de verschillende golflengtes groot zijn wordt er in meerdere kanalen gemeten. Het spectrum vanaf 264 tot 504 nm wordt gemeten in drie kanalen: een kanaal voor zichtbaar licht (VIS) (349-504 nm) en twee kanalen voor UV-straling (264-311 & 307-383 nm)) (KNMI - OMI, 2008),
Daarnaast zijn er veel (polarisatie)filters, spiegels en lenzen om de ruis en strooilicht zo veel mogelijk te verminderen. Ook wordt er regelmatig gekalibreerd door het licht van een lamp (figuur 8, rechtsboven) met specifieke golflengten te analyseren om eventuele fouten eruit te halen.
Figuur 8 Opticsche layout van het UV kanaal van OMI (KNMI)
Figuur 8 Opticsche layout van het UV kanaal van OMI (KNMI)

OMI dataverwerking
Het meten van spectra door een satelliet is één ding. Met deze data kunnen werken is iets heel anders. Deze data moet naar de aarde gestuurd worden en moet worden verwerkt tot nuttige datasets die wetenschappers kunnen gebruiken. Bij het KNMI zijn dan ook grofweg twee groepen bezig met OMI. De eerste groep is bezig om ervoor te zorgen dat de data tot stand komt. De tweede groep werkt met deze data en trekt daar conclusies uit.
Om de data te produceren moet de eerste groep voor een aantal dingen zorgen. Ten eerste moet het instrument bestuurd worden. Dit gebeurt door een opdracht die eens per dag naar de satelliet wordt verstuurd in een datapakket dat de Master Command Load (MCL) heet. Zie Figuur 9. In dit pakket zitten allerlei opdrachten en instellingen voor het instrument.
Figuur 9 Data flow van OMI
Figuur 9 Data flow van OMI

Vervolgens meet OMI de verschillende spectra en stuurt eens per orbit deze informatie door naar NASA via het grondstation in het noorden van Finland. Dit heet de Level 0 data. (L0 data, zie Figuur 9.) Deze data bestaat uit 2-3 pakketten. De twee pakketen die altijd aanwezig zijn zijn de zogenaamde radiantie spectra en de calibratiespectra. De radiantie spectra zijn de metingen die verricht zijn aan de dagzijde van aarde en dit zijn de eigenlijke metingen.
De calibratiespectra zijn de metingen die verricht zijn aan de nachtzijde van de aarde. Daar is het donker en zo kan worden bekeken hoe het instrument er voor staat. Het instrument is uiteraard onderhevig aan slijtage of degradatie van allerlei aard, zoals:
  • optisch
  • electrisch
  • mechanisch
  • detector

Het derde pakket is 1x per dag, eens per 14 à 15 orbits, de irradiantiemetingen. Dit zijn de metingen waarbij niet naar het licht dat van de aarde komt gekeken wordt maar wordt er rechtstreeks naar de zon gekeken. Hiermee wordt gekeken hoe het zonnespectrum er voor die ‘dag’ uitziet. Vervolgens wordt weer gemeten hoe het weerkaaste zonlichtspectrum van de aarde eruit ziet en de verhouding tussen het radiantiespectrum van de aarde en het irradiantiespectrum van de zon. Deze verhouding (bij specifieke golflengten) bevat alle benodigde informatie over de atmosfeer, zoelas de hoeveelheid ozon, stikstofoxiden en zwaveloxiden.

De calibratiespectra worden naar het KNMI gestuurd. (L1B cal spectra, zie figuur 9). Daar wordt door de Trend Monitorng and Calibration Facility bepaald hoe er naar de radiantiespectra gekeken moet worden. Deze informatie (Time Dependent Operational Parameter File, zie figuur 9) wordt weer naar NASA gestuurd. NASA gebruikt vervolgens deze data om de radiantie spectra te bekijken en te analyseren. Hier maakt NASA vervolgens de uiteindelijke L2 producten van. Voorbeelden van L2 producten zijn ozon kolommen, NO2 kolommen en SO2 kolommen. Daarnaast gaat er (een gedeelte van de) L1B radiantie spectra naar het KNMI. Daar wordt deze verwerkt tot L2 producten die betrekkinmg hebben op de verdeling van ozon in de atmosfeer (het ozon profiel).
Vervolgens kan de tweede groep wetenschappers deze data analysren en hier onderzoek mee doen. Bijvoorbeeld de ontwikkeling van het ozongat boven de Zuidpool onderzoeken of de uitstoot van NO2 door de industrie.

De missie
Een belangrijk doel van de Aura missie is het in kaart brengen van de atmosfeer. Met name de ozonlaag en met als grote vraag of zich herstelt. Daarnaast onderzoeken de instrumenten op AURA de atmosfeer, de luchtkwaliteit, klimaatveranderingen en de samenstelling van de atmosfeer. OMI is het instrument op de Aura satelliet dat ozon meet. Het bijzondere aan OMI ten opzichte van voorgaande satellieten die ozon meten is dat de ruimtelijke resolutie nu veel beter is. Daarbij zijn de metingen ook werelddekkend binnen 24 uur. (Levelt, P. F. et al, 2000) Ook is de continuïteit belangrijk. Andere ozoninstrumenten degraderen en voor goed onderzoek zijn gegevens nodig met hoge kwaliteit en zo min mogelijk onderbrekingen.

De data
Rijen
Omdat OMI vanaf een hoogte van 705 km boven het aardoppervlak vliegt en een kijkhoek heeft van ongeveer 114° kan hij een breedte bekijken van ongeveer 2600 km. Deze 2600 km worden verdeeld over 576 rijen. Vanuit het instrument worden elke orbit grote hoeveelheden data verkregen. Deze data bestaan uit een aantal counts (binnengekomen fotonen) per golflengte per oppervlaktepixel. Omdat deze hoeveelheid data te veel is om over te sturen worden telkens 8 CCD-rijen bij elkaar opgeteld en gemiddeld. Zo wordt het oppervlak minder nauwkeurig maar blijft de golflengteresolutie, die nodig is voor het bepalen van de hoeveelheid ozon, (en andere data) behouden. De breedte die hiermee wordt verkregen is ongeveer 24 km. Het instrument kan ook worden ingesteld dat het niet 8 maar 4 rijen optelt. De nauwkeurigheid wordt hiermee uiteraard groter, maar de hoeveelheid data ook…
De lengte van de grondpixel wordt bepaald door de vliegsnelheid en de meettijd. Als de meettijd is ingesteld op 2 seconden wordt de lengte van de grondpixel 13 km.

Kolommen
In de verschillende kolommen van de CCD worden de verschillende golflengtes gemeten. De golflengtes variëren van 270 – 380 nm voor de CCD die in het UV-gebied meet.
Deze data wordt eens per orbit (baan rond de aarde) naar een grondstation in noord Finlandgestuurd. Dit kan omdat de satelliet in een polaire baan vliegt en elke orbit 1x over de Zuidpool en 1x over de Noordpool komt. Tijdens zijn vlucht over de Noordpool is er een kort moment waarop de satelliet Aura contact kan maken met het grondstation. In deze tijd moeten van alle instrumenten aan boord van Aura, waaronder ook OMI, hun meetgegevens naar dit grondstation sturen. Ook worden er nieuwe commando’s en instructies naar de satelliet toe gestuurd.

Nauwkeurigheid van de ozonmetingen
Om te weten of de waarden die in de level 2 producten gegeven worden nu een beetje kloppen moet deze informatie worden vergeleken met andere onafhankelijke metingen. De eis bij het ontwerp van OMI was een nauwkeurigheid van 2%. (Levelt, P. F. et al, 2000) Hiermee vallen waarden binnen trends ook goed te analyseren. Als de verschillende metingen dicht bij elkaar in de buurt liggen zal de informatie wel kloppen. Liggen ze verder uit elkaar dan zal moeten worden bekeken welke dichter bij de werkelijke waarde zit en waarom. Zo werden de eerste grondinstrumenten die op Antarctica werden gebruikt teruggestuurd om weer gekalibreerd te worden omdat de waarden onwaarschijnlijk laag waren. Later bleken deze lage waarden overeen te komen met metingen vanuit de eerste satelliet en bleken de eerste metingen toch de juiste waarden aan te geven.

Sinds het begin van de OMI ozonmetingen worden de resultaten met elkaar vergeleken. (Van der A, Allaart, & Eskes, 2010). Hieruit blijkt dat er tussen de Brewer grondinstrumenten en de OMI producten verschillen zitten. Nu zijn er 2 OMI producten. Het verschil zit in de methode waarop de originele L1 data wordt omgezet in L2 data. Het bijbehorende bewerkingsprogramma heet een algoritme. Het eerste algoritme is het OMTO3 algoritme. Dit algoritme is de Amerikaanse variant om de OMI data te analyseren. Het tweede algoritme is de Europese (Nederlandse) variant: OMDOAO3.
Figuur 10 OMI rowanomaly; kolommen met problemen (KNMI)
Figuur 10 OMI rowanomaly; kolommen met problemen (KNMI)

Een groot probleem waar beide algoritmen mee kampen is het “RowAnomalyProblem”. Sinds 2007-2008 bevat een groot gedeelte van de rijen foute waarden. Figuur 10 laat zien sinds wanneer de verschillende rijen niet meer de juiste waarde laten zien. Sinds 25 juni 2007 zijn rij 53 en 54 een probleem en het grote blok van rij 24-44 zijn vanaf 24 januari 2009 een probleem. 10000 Orbits komt ongeveer overeen met 690 dagen.

NAUWKEURIGHEID OMTO3
Nu wordt de waarde van de Brewer grondinstrumenten beschouwd als de meest betrouwbare. Het verschil tussen de OMTO3 resultaten en de Brewer resultaten zijn klein. Het OMTO3 algoritme is dan ook zo geschreven dat deze overeenkomen met de Brewer waarden. Volgens Van der A et al. (2010) is het verschil tussen de OMTO3 resultaten en de Brewer resultaten samen te vatten in de volgende functie

Hierin is X de gemeten ozon waarde in Dobson Units. Hieruit blijkt dus een kleine fout voor de temperatuur en een algemene afwijking. Zie Figuur 11. Er is hierbij (en hierna bij OMDOAO3) uitgegaan van een temperatuur van -47,0 °C als effectieve temperatuur van ozon in de stratosfeer.
Hieruit blijkt dat volgens het OMTO3-algoritme de eis wat betreft nauwkeurigheid niet gehaald wordt als het waarden moet meten lager dan 120 DU. Dit is overigens wel een onwaarschijnlijk lage waarde die in de praktijk niet gemeten zal worden.
Figuur 11 procentuele Fout in OMTO3 algoritme afhankelijk van de gemeten hoeveelheid ozon gemeten (in Dobson Units)
Figuur 11 procentuele Fout in OMTO3 algoritme afhankelijk van de gemeten hoeveelheid ozon gemeten (in Dobson Units)

Figuur 12 Fout in het OMDOAO3 Algoritme afhankelijk van de hoeveelheid gemeten ozon in Dobson Units en van de SZA in 2004
Figuur 12 Fout in het OMDOAO3 Algoritme afhankelijk van de hoeveelheid gemeten ozon in Dobson Units en van de SZA in 2004

NAUWKEURIGHEID OMDOAO3
De relatie tussen de metingen van een Brewer grondinstrument en de metingen van OMI geanalyseerd door het OMDOAO3 algoritme is complexer. Hierin zit niet alleen een absolute en een temperatuurafhankelijke fout maar ook een fout die afhangt van de hoek tussen de zon en het zenith (Solar ZenithAngle, SZA) en een fout die afhangt van de tijd. Hierin is MJD het aantal verstreken jaren sinds 2000 (Van der A, et al. 2010). Dit verband is voor 2004 (het begin van de metingen) weergegeven in Figuur 12 en voor 2012 en 2020 in bijlage 3. Ook in het onderstaande verband is de eenheid van X in DU.



Figuur 13 Fout in het OMDOAO3 Algoritme afhankelijk van de hoeveelheid gemeten ozon in Dobson Units en van de SZA in 2012
Figuur 13 Fout in het OMDOAO3 Algoritme afhankelijk van de hoeveelheid gemeten ozon in Dobson Units en van de SZA in 2012

Figuur 14 Fout in het OMDOAO3 Algoritme afhankelijk van de hoeveelheid gemeten ozon in Dobson Units en van de SZA in 2020
Figuur 14 Fout in het OMDOAO3 Algoritme afhankelijk van de hoeveelheid gemeten ozon in Dobson Units en van de SZA in 2020

De fout is volgens dit algoritme een veel groter probleem. De 2%-grens wordt een steeds groter probleem. Hoe verder in de tijd hoe groter wordt de onnauwkeurigheid bij lage hoeveelheden ozon onder een grote SZA.

De producten
Naast de ozonkolom en ozonprofiel producten levert OMI nog veel meer gegevens. Aangezien het spectrum vanaf 264 tot 504 nm wordt gemeten over twee kanalen (zichtbaar licht (VIS) (349-504 nm) en UV (264-311 & 307-383 nm)) (KNMI - OMI, 2008), is er over alle gassen in de atmosfeer die in dit spectrum hun sporen achterlaten informatie te halen.

Op de TEMIS website, de data portal van satelliet producten) staan al deze gassen. Naast de ozon kolommen en profielen zijn hier ook resultaten van NO2, SO2, CH2O, en BrO te vinden. Andere producten staan op de OMI-site zelf, zoals O2-O2 en OClO.
Veel van deze producten zeggen iets over bepaalde aspecten uit de ozoncyclus. Op deze manier kan er gekeken worden naar de correlatie tussen trends van bepaalde stoffen en naar de ontwikkeling van ozon.

NO2
Stikstofdioxide (troposferisch) is naast ozon een van de belangrijkste producten van OMI. NO2 in de troposfeer is een indicator voor milieuvervuiling door, voornamelijk, de industrie. Het ontstaat bij verbranding van brandstoffen met lucht als oxidator. Hierdoor wordt niet alleen de brandstof verbrand maar ook de in de lucht aanwezige stikstof.
In Figuur 15 is de verdeling van troposferische NO2 zichtbaar gemaakt. De grotere concentraties bevinden zich in geïndustrialiseerde gebieden. Ook zijn hier scheepvaartroutes zichtbaar, het duidelijkst van noord Indonesië naar het zuiden van India. Ook zijn er voor de westkust van Afrika hogere concentraties te zien door het verbranden van biomateriaal voor het vrijmaken van landbouwgrond in Afrika.
Figuur 15 NO2 gemeten door OMI gemiddeld over 2005-2010. Ook de verschillende scheepvaartroutes zijn duidelijk zichtbaar. (Kijk op klimaat, KNMI)
Figuur 15 NO2 gemeten door OMI gemiddeld over 2005-2010. Ook de verschillende scheepvaartroutes zijn duidelijk zichtbaar. (Kijk op klimaat, KNMI)


SO2
Figuur 16 Aswolk met zwavel van de IJslandse vulkaan Eyjafjöll in mei 2010 (KNMI)
Figuur 16 Aswolk met zwavel van de IJslandse vulkaan Eyjafjöll in mei 2010 (KNMI)

Een ander gas waar veel onderzoek naar gedaan wordt is zwaveldioxide. Dit is een gas wat vrijkomt bij vulkaanuitbarstingen. Zie Figuur 16. Vulkanische aswolken zijn gevaarlijk voor vliegverkeer en daarom zijn deze metingen bijzonder belangrijk bij het omleiden van vliegverkeer na een vulkaanuitbarsting.

Afkortingen
CE Climate Explorer
DU Dobson Unit
IOC International Ozone Commission
KNMI Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut
NASA National Aeronauticsand Space Administration
NB Noorderbreedte
MCL Master Command Load
MJD Aantal jaren sinds 2000
OMI Ozone Monitoring Instrument
PPM Parts Per Million (een miljoenste deel)
PSC PolarStratospheric Clouds
SZA Solar Zenith Angle
TMCF Trend Monitoring and Calibration Facility
TDOPF Time Dependent Operational Parameter File
UV Ultra Violet
WMO World Meteorological Organization

Referenties

  • De Laat, A. (2010). Extreme sunbathing: Three weeks of small total O3 columns and high UV radiation over the southern tip of South America during the 2009 Antartic hole season. Geophysical Research Letters Vol. 37, L14805, 6 pp.
  • Dobson, G. (1968). Forty Years' Research on Atmospheric Ozone at
    Oxford: a History. Applied Optics Vol. 7, No. 3, 387-405.
  • Fahey, D. W., & Hegglin, M. I. (2011). Twenty Questions and Answers About the Ozone Layer: 2010 Update, Scientific Assessment of Ozone Depletion. Geneva, Switzerland: World Meteorological Organization.
  • KNMI - OMI. (2008, december 16). Optical Assembly. Opgeroepen op januari 6, 2012, van OMI Instrument:
    Levelt, P. F. et al. (2000). Science Requirements Document for OMI-EOS. De Bilt: KNMI.
  • NASA. (2012, januari 4). Ozone Hole Watch: Latest status of Antarctic Ozone. Opgeroepen op januari 4, 2012, van Ozone Hole Watch:
    Stammes, P., & Piters, A. (1996). GOME overview. GOME validation at KNMI and collaborating institutes, 7-15.
  • Van der A, R. J., Allaart, M. F., & Eskes, H. J. (2010). Multi sensor reanalysis of total ozone. Atmospheric Chemistry and Physics 10, 11277-11294.

Nieuwsbrief
Via http://www.knmi.nl/mailinglists/kenniscentrum/mailinglist_aanmelden.html kunt u zich kosteloos abonneren op het kenniscentrum. Eens per maand ontvangt u een e-mail met een overzicht van de artikelen die de afgelopen maand op het Kenniscentrum zijn verschenen