A one-dimensional diffusion model: model concept and applications

Een model waarmee de verticale diffusieprocessen in de onderste honderden meters van de atmosfeer op gedetailleerde wijze beschreven worden, wordt gepresenteerd. Enkele toepassingen worden gegeven: - verspreiding en depositie van ammoniak op korte afstand tot de bron. - berekeningen van concentratieprofielen van reactieve componenten. - toetsing van de sterk vereenvoudigde beschrijving van verticale uitwisseling in grootschalige atmosferische transportmodellen.RIV

Modelling of photodissociation rates relevant in tropospheric chemistry

In dit rapport wordt een model beschreven waarmee de fotolyse snelheden die een rol spelen in de troposferische chemie berekend kunnen worden. In het model wordt rekening gehouden met absorptie van zonlicht door ozon en aerosol, met verstrooiing door luchtmoleculen en aerosol en met reflectie aan het aardoppervlak. Op sterk vereenvoudigde wijze is getracht de invloed van bewolking op de stralingsintensiteit en de fotolysesnelheden te schatten. De berekende fotolysesnelheden van NO2 en O3 zijn in goede overeenstemming met metingen en met eerdere in de literatuur gepresenteerde berekeningen. Berekeningen uitgevoerd voor een gedeeltelijk bewolkte hemel wijzen op een niet-lineair verband tussen de afname in NO2-fotolysesnelheid en de bedekkingsgraad: bij een grotere bedekking neemt de NO2 fotolysesnelheid meer dan proportioneel af. Voor een volledig bedekte hemel moet geconcludeerd worden dat bewolking de globale straling in sterkere mate reduceert dan de voor fotochemische reacties relevante UV-straling.RIV

Parametrisatie van de fotolyse snelheid van NO2

De fotolysesnelheid van stikstof-dioxide, j(NO2), speelt een essentiele rol in de chemie van de atmosfeer. Het is een van de meest gevoelige parameters in fotochemische transportmodellen. Het is dus van groot belang om een zo goed mogelijke schatting van de fotolysesnelheid te geven. In de huidige praktijk zijn schattingen van deze fotolyse-snelheden veelal gebaseerd op (complexe) stralingsoverdrachtmodellen of op empirische regressies. In operationele luchtmodellen zal er een voorkeur zijn voor empirische relaties tussen fotolysesnelheid en routinematig beschikbare (meteorologische) gegevens, enerzijds omdat stralingsoverdrachtmodellen een groot beslag kunnen leggen op rekentijd, anderzijds omdat voor stralingsoverdrachtmodellen veelal invoergegevens vereist zijn die niet direct beschikbaar zijn (bijv. vertikale profielen van ozon en aerosol in troposfeer en stratosfeer). In dit rapport worden empirische verbanden tussen j(NO2) en routinematig beschikbare meteorologische waarnemingen (globale straling, bedekkingsgraad) beschreven. De fotolysesnelheid wordt geschat op basis van waargenomen uurgemiddelde concentraties van NO, NO2 en O3 waarbij verondersteld wordt dat aan het fotostationaire evenwicht is voldaan. Analyse van de gegevens laat zien dat de globale straling in sterkere mate verzwakt wordt bij toenemende bewolking dan de fotolysesnelheid. De empirische relatie tussen fotolysesnelheid en meteorologische parameters resulteert in een relatieve fout van ca. 25%.The NO2 photodissociation rate, j(NO2), plays a key role in atmospheric chemistry. It is one of the most sensitive parameters in atmospheric photochemical transport models. In transport models estimates of the photolysis rates are generally based on radiation transfer (sub-) models or on empirical relations. The theoretical determination of j(NO2) is in general too complex for implementation in atmospheric transport models. For application in transport models it is convenient to have a simple, analytical expression that adequately relates j(NO2) to routinely available meteorological parameters (global radiation, cloud cover, zenith angle). In this report j(NO2) - estimated from hourly measured concentrations of NO, NO2 and O3 - is related to the measured global radiation and to the solar zenith angle. The derived empirical relations show a good agreement between observed and calculated values with an estimated relative error of ca 25%. For partly clouded skies (cloud covers N RIV

STAD: een eenvoudige atmosferisch verspreidingsmodel voor de simulatie van fotochemische luchtverontreiniging in een stedelijke omgeving

In een eenvoudig verspreidingsmodel wordt, uitgaande van de emissie van stikstofoxiden (NO-x) en vluchtige organische stoffen (VOS) de fotochemische vorming van ozon en andere secundaire verontreinigingen in een stedelijke omgeving gesimuleerd. De berekeningen zijn uitgevoerd voor een "gemiddelde" stad van circa 300.000 inwoners op een bebouwd oppervlak van 10x10 km2. In een scenariostudie is nagegaan wat het effect op de luchtkwaliteit zal zijn indien tijdens fotochemische episoden het verkeer in de stad volledig stilgelegd wordt. De berekeningen geven geen eenduidig beeld met betrekking tot ozonconcentraties. Bij het stilleggen van het verkeer zullen de ozonconcentraties in de vroege ochtend en 's avonds toenemen ; overdag wordt bij lage windsnelheden een afname, bij hoge windsnelheden een toename berekend in de maximale 1-uurs en 8-uurs gemiddelde ozonniveaus. Voor de andere componenten, zoals NO-2, salpeterzuur, PAN, aldehyden en zuur aerosol, wordt in alle modelsimulaties een verlaging in concentraties berekend indien het verkeer stilgelegd wordt. De afname varieert van circa 10% voor de secundaire verontreinigingen (salpeterzuur, PAN) tot 40-60% voor de deels primair geemitteerde verontreinigingen (aldehyden).RIV

Estimates of the effects of a reduction in NOx-emissions on oxidantlevels

Uit berekeningen m.b.v. computersimulatiemodellen volgt dat de oxidantproduktiesnelheid tijdens fotochemische episoden afhankelijk is van de NOx- en van de koolwaterstofconcentraties. Zowel lage als hoge NOx-concentraties hebben een remmende invloed op de oxidantproduktiesnelheid. Dit heeft tot gevolg dat er een optimale concentratie NOmx bestaat waarbij de oxidantproduktiesnelheid maximaal is. Op basis van meetresultaten van het Nationaal Meetnet voor Luchtverontreiniging wordt voor die Nederlandse situatie de optimale NOmx-concentratie geschat op circa 20 ppb. In het algemeen wordt het NOmx-niveau tijdens fotochemische episoden niet overschreden zodat een reductie in NOx-emissies zal leiden tot een verminderde oxidantproduktie.DGMH/

[Beoordeling van de atmosferische gevaren en risico's van nieuwe stoffen: procedures om "risico-potentialen" te schatten.]

In this report a procedure for the assessment of atmospheric hazards and risks of newly introduced chemicals is discussed. However, an assessment of direct effects caused by exposure to expected ambient concentrations or by deposition is not discussed ; here emphasis is on the role which new substances might play in the atmosphere. Procedures to estimate "hazard potentials" to quantify the potential risk of a new substance in atmosphere-related environmental problems are proposed. In particular, hazard potentials for the following topics are defined: *global warming ; *ozone depletion; *photochemical smog formation ; *acidification and eutrophicationDGM/SV

Een numerieke methode voor het oplossen van een stelsel differentiaal vergelijkingen

Twee numerieke methoden voor het oplossen van een stijf stelsel van differentiaal vergelijkingen dat de kinetiek van chemische reacties beschrijft, worden vergeleken. De eerste methode is gebaseerd op het werk van Gear (Comm ACM, 14, 185-190, 1971). De tweede methode, QSSA, wordt in dit rapport beschreven. Voor korte simulatietijden, tot enkele uren vereist de QSSA-methode aanzienlijk minder rekentijd zonder dat dit ten koste gaat van de nauwkeurigheid van de berekeningen. Aanbevolen wordt om deze methode toe te passen in atmosferische transportmodellen. Echter, indien de aandacht volledig ligt op de evaluatie van chemische mechanismen en fysische processen zoals depositie, emissie en transport niet worden meegenomen, dan is de nauwkeuriger Gear-methode aan te raden. Dit geldt des te meer wanneer simulaties uitgevoerd worden voor een periode van een of meer dagcycli.RIV

Beoordelingssysteem Nieuwe Stoffen: Implementatie van atmosferisch transport van organische stoffen

Within the framework of the development of a risk assessment system for new chemical substances, estimation methods concerning exposure of man and environment through air have been investigated. The pathways through which exposure through air takes place in this risk assessment system are exposure of human beings by inhalation and exposure of soils by deposition. Previous research (Noordijk & De Leeuw, 1991) has shown that for new chemical substances the existing Operational Priority Substances (OPS) atmospheric transport model (Van Jaarsveld, 1990) is an appropriate tool for the estimation of atmospheric concentrations and deposition fluxes, if some additional parameter estimation procedures are added. This concerns the estimation of the partitioning between gas phase and aerosol, the wash-out ratio, the dry deposition velocity and the atmospheric reaction rate. This report focusses on the implementation of the reported estimation methods within the risk assessment system, using the OPS-model. For this purpose, a simple table has been constructed reflecting simulated concentrations and deposition fluxes as a function of substance characteristics. In order to obtain information on variance in the results, a sensitivity analysis has been carried out for the main parameters and some source characteristics. Ranges of uncertainty are obtained through this analysis.DGM/SR /Wielen AW van de

The calculation of atmospheric transport of organic compounds

Emission of pollutants, followed by their atmospheric transport and deposition, is one of the various routes which lead to exposure of man and the environment. Ambient concentration levels and deposition loads can be predicted by the use of atmospheric transport models. However, such models require knowledge of the physical and chemical properties of the emitted compounds. The aim of this study was to describe procedures which estimate these properties for organic compounds. The discussion of the procedures is structured according to the input requirements of the OPS model. This model, developed by RIVM, predicts the atmospheric behaviour of substances on the basis of a few compound- specific parameters. These parameters can be derived from the vapour pressure, the Henry coefficient and the reactivity of the substance. This report indicates the data bases and literature sources which present relevant information on organic compounds. Furthermore, for those cases where the necessary information is not available, calculation methods are indicated which may support the derivation of compound-specific parameters. The project cluster "Evaluation System for New Substances" (BNS) aims to develop systematic methods to support risk assessment of the production and use of new chemicals. The OPS model, combined with the procedures outlined in this report, may be one of the tools to assess the risks which are related to atmospheric transport of pollutants.DGM/

Calculation of the acid deposition on the Netherlands, based on transfer matrices

Dit rapport beschrijft een stationair spreadsheet-model ter berekening en uiteenrafeling naar herkomst van de jaargemiddelde depositie van verzurende stoffen in Nederland als gevolg van sectorale emissies van NH3, NOx en SO2 in Nederland en de rest van Europa. De berekening vindt plaats met behulp van overdrachtsmatrices die door het Laboratorium voor Luchtonderzoek van het RIVM zijn ontwikkeld in het kader van het Additioneel Programma Verzuring, dat onder auspicien van de Stuurgroep Verzuring wordt uitgevoerd. De matrices, die overigens in 1989 zullen worden herzien, gelden voor een meteorologisch gemiddeld jaar en beschrijven, gevoed met de emissies in een actueel jaar, de totale depositie van de verzurende stoffen NHx, NOx, en SOx, uitgedrukt in equivalenten potentieel zuur per ha en per jaar. Deze wijze van modellering kent een flink aantal inhoudelijke beperkingen waarvan men zich bewust moet blijven. De flexibiliteit van een dergelijke modellering biedt echter mogelijkheden om gevolgen van maatregelen snel in te schatten, zoals tijdens een symposium in februari 1988 ter plekke is bewezen.RIV