Retrieval methods of effective cloud cover for the GOME instrument: an intercomparison

International audienceThe radiative scattering by clouds leads to errors in the retrieval of column densities and concentration profiles of atmospheric trace gas species from satellites. Moreover, the presence of clouds changes the UV actinic flux and the photo-dissociation rates of various species significantly. The Global Ozone Monitoring Experiment (GOME) instrument on the ERS-2 satellite, principally designed to retrieve trace gases in the atmosphere is also capable of detecting clouds. Four cloud fraction retrieval methods for GOME data that have been developed are discussed in this paper (the Initial Cloud Fitting Algorithm, the PMD Cloud Retrieval Algorithm, the Optical Cloud Recognition Algorithm and the Fast Retrieval Scheme for Cloud Observables). Their results of cloud fraction retrieval are compared to each-other and also to synoptic surface observations. It is shown that all studied retrieval methods calculate an effective cloud fraction that is related to a cloud with a high optical thickness. Generally, we found ICFA to produce the lowest cloud fractions, followed by OCRA, then FRESCO and PC2K along four processed tracks (+2%, +10% and +15% compared to ICFA respectively). Synoptical surface observations gave the highest absolute cloud fraction when compared with individual PMD sub-pixels of roughly the same size

Retrieval methods of effective cloud cover from the GOME instrument: an intercomparison

The radiative scattering by clouds leads to errors in the retrieval of column densities and concentration profiles of atmospheric trace gas species from satellites. Moreover, the presence of clouds changes the UV actinic flux and the photo-dissociation rates of various species significantly. The Global Ozone Monitoring Experiment (GOME) instrument on the ERS-2 satellite, principally designed to retrieve trace gases in the atmosphere, is also capable of detecting clouds. Four cloud fraction retrieval methods for GOME data that have been developed are discussed in this paper (the Initial Cloud Fitting Algorithm, the PMD Cloud Recognition Algorithm, the Optical Cloud Recognition Algorithm (an in-house version and the official implementation) and the Fast Retrieval Scheme for Clouds from the Oxygen A-band). Their results of cloud fraction retrieval are compared to each-other and also to synoptic surface observations. It is shown that all studied retrieval methods calculate an effective cloud fraction that is related to a cloud with a high optical thickness. Generally, we found ICFA to produce the lowest cloud fractions, followed by our in-house OCRA implementation, FRESCO, PC2K and finally the official OCRA implementation along four processed tracks (+2%, +10%, +15% and +25% compared to ICFA respectively). Synoptical surface observations gave the highest absolute cloud fraction when compared with individual PMD sub-pixels of roughly the same size

Radiative forcing in the 21st century due to ozone changes in the troposphere and the lower stratosphere

Radiative forcing due to changes in ozone is expected for the 21st century. An assessment on changes in the tropospheric oxidative state through a model intercomparison ("OxComp'') was conducted for the IPCC Third Assessment Report (IPCC-TAR). OxComp estimated tropospheric changes in ozone and other oxidants during the 21st century based on the "SRES'' A2p emission scenario. In this study we analyze the results of 11 chemical transport models (CTMs) that participated in OxComp and use them as input for detailed radiative forcing calculations. We also address future ozone recovery in the lower stratosphere and its impact on radiative forcing by applying two models that calculate both tropospheric and stratospheric changes. The results of OxComp suggest an increase in global-mean tropospheric ozone between 11.4 and 20.5 DU for the 21st century, representing the model uncertainty range for the A2p scenario. As the A2p scenario constitutes the worst case proposed in IPCC-TAR we consider these results as an upper estimate. The radiative transfer model yields a positive radiative forcing ranging from 0.40 to 0.78 W m(-2) on a global and annual average. The lower stratosphere contributes an additional 7.5-9.3 DU to the calculated increase in the ozone column, increasing radiative forcing by 0.15-0.17 W m(-2). The modeled radiative forcing depends on the height distribution and geographical pattern of predicted ozone changes and shows a distinct seasonal variation. Despite the large variations between the 11 participating models, the calculated range for normalized radiative forcing is within 25%, indicating the ability to scale radiative forcing to global-mean ozone column change

Afbraak en natuurlijke variabiliteit van de ozonlaag afgeleid uit TOMS waarnemingen

Een statistische trendanalyse van de TOMS totale ozongegevens is uitgevoerd vanaf november 1978 t/m juni 1994. De tijdafhankelijkheid van de ozonkolom is beschreven met een model, dat rekening houdt met seizoenafhankelijkheid, lineaire antropogene trend, quasi-biennale oscillaties (QBO), invloed van de 11-jarige zonnecyclus, en de maand tot maand correlaties in ozonwaarden. Jaarlijkse en maandelijkse trends, QBO coefficienten en zonnecyclus-coefficienten zijn berekend voor alle roostercellen (1 graad breedte x 1.25 graad lengte) van de TOMS ozonkolom-gegevens en voor zonale gemiddelden over banden van 10 graden breedte. Zonaal gemiddelde ozontrends zijn gegeven in de vorm van tabellen in appendix E. De jaarlijkse afbraaktrend is -4.4+-2.7% per decennium in het 50 graden N-60 graden N breedtegebied. De maximale ozonafbraak op deze breedtes (-8.2+-3.3% per decennium) vindt plaats in februari, de minimale afbraak (-2.9+-2.7% per decennium) in augustus. Processen die tot lage ozonwaarden leiden zijn gereviewed. Na de Pinatubo-uitbarsting zijn de lange termijn jaarlijkse ozontrends ongeveer 1% per decennium negatiever geworden in het noordelijke halfrond en in de tropen. Maandelijkse trends in de winter en voorjaar waren ongeveer 2% per decennium negatiever op de gematigde breedten van het noordelijke halfrond dan voor de Pinatubo-uitbarsting. Er was geen substantiele verandering in ozontrends bij gematigde breedten op het zuidelijke halfrond. De toename in de snelheid van ozonafbraak na de Pinatubo-uitbarsting is grotendeels het resultaat van de versnelling van heterogene "denoxificatie" reacties op de oppervlakte van aerosoldeeltjes, in combinatie met de aanwezigheid van chloor vanuit CFK emissies. De maximale jaarlijkse ozonafbraak boven het noordelijke halfrond (-6% per decennium) wordt gevonden boven Groot-Brittannie, het zuiden van Noorwegen en Zweden, sommige noordelijke en oostelijke gedeelten van Rusland, en de westkust en het noordelijke gedeelte van Canada. De grootste ozonafbraak bij hoge noordelijke breedten vindt plaats in maart. Gebieden boven Groot-Brittannie, het noorden van Frankrijk, de Benelux, het noordelijke gedeelte van Scandinavie en grote gedeelten van Rusland vertoonden sterke trends van ongeveer -10% per decennium en meer. Er zijn ook gebieden van grotere ozonafbraak boven het westelijke gedeelte van Verenigde Staten, het noordelijke gedeelte van Canada, en gebieden boven de Stille en Atlantische Oceaan. Maandelijkse trends van september tot november bij hoge breedten op het zuidelijke halfrond laten een sterke ozonafbraak zien van meer dan 10% per decennium in bijna het hele gebied ten zuiden van 60 graden S. De ozonafbraak bereikt zijn maximum in oktober, wanneer de trends in het polaire gebied ongeveer -30% per decennium waren, en die boven het meest zuidelijke gedeelte van Zuid-Amerika en de Falklands ongeveer -10% per decennium. Het jaarlijks verschil tussen de maximale en minimale QBO in ozon (ongeveer 3-4% van de ozonkolom) kan een gedeelte van meerjarige variaties in de totale ozon verklaren. In het voorjaar van 1993 verminderde de totale ozon door de aanwezigheid van Pinatubo-aerosolen en bovendien door de QBO. In het voorjaar van 1994 was de QBO positief en droeg zo bij tot het herstel van de normale totale ozonwaarden. Uitersten van de zonnecyclus zijn verantwoordelijk voor 1% tot 2% verandering in de ozonkolom. Ook is een vergelijking van TOMS ozondata en trends als functie van breedte en seizoen met resultaten van het RIVM 2D stratosfeermodel gepresenteerd.A statistical trend analysis of the TOMS total ozone data was performed from November 1978 through June 1994. The temporal dependency of the ozone column is described by the model, accounting for seasonal variation, linear anthropogenic trend, quasi-biennial oscillations (QBO), influence of the 11-year solar cycle and month-to-month correlation in ozone values. Year-round and monthly trends, QBO coefficients and solar cycle coefficients were calculated for all grid cells (1 degree latitude x 1.25 degree longitude) of the TOMS column ozone data, as well as for zonal means over 10 degrees latitudinal bands. Zonal mean ozone trends are listed in tabular form in Appendix E. Year-round depletion trend is -4.4+-2.7% per decade in the latitudinal range of 50 degrees N-60 degrees N. The maximum ozone depletion at these latitudes occurs in February, reaching the values of -8.2+-3.3% per decade, the minimum depletion of -2.9+-2.7% per decade occurs in August. Processes leading to low amounts of ozone are also reviewed. The effect of Mt. Pinatubo eruption was investigated, revealing long-term year-round ozone trends which became about 1% per decade more negative in the northern hemisphere and the Tropics after the Mt. Pinatubo eruption. Monthly trends were about 2% per decade more negative in the mid-latitude winter/spring in the northern hemisphere than before the Mt. Pinatubo eruption. There were no substantial changes in ozone trends in the southern hemisphere mid-latitudes. The increase in the ozone depletion rates after the Mt. Pinatubo eruption is mainly the result of enhanced heterogeneous "denoxification" reaction on the surface of aerosol particles in combination with the presence of chlorine from CFC emissions. Year-round ozone trends in the northern hemisphere reached the values of up to -6% per decade. The maximum year-round ozone depletion in this area apply to the areas above the UK, south of Norway and Sweden, some northern and far eastern parts of Russia, and the west coast and northern part of Canada. The largest ozone depletion at high northern latitudes is reached in March. The areas above the UK, northern France, Benelux, northern part of Scandinavia and large parts of Russia had high absolute trend values equal to about -10% per decade and more. There are also areas of enhanced ozone depletion above the western part of USA, northern part of Canada, part of Pacific Ocean and a small part of Atlantic Ocean. The monthly trends from September to November at high latitudes of the southern hemisphere showed strong ozone depletion of more than -10% per decade in almost the whole area south of 60 degrees S. The ozone depletion reaches its maximum in October, when trends in the polar region were about -30% per decade and those above the most southern part of South America and the Falkland Islands were about -10% per decade. The yearly difference between the maximum and minimum QBO in ozone (about 3-4% of the ozone column) can explain the part of inter-annual variations in the total ozone. In spring 1993 the QBO in ozone worked to reduce the total ozone and thus to worsen the situation in addition to the ozone destruction caused by Mt. Pinatubo aerosols. In spring 1994 QBO in ozone was positive, thus contributing to the recovery to normal total ozone values. The solar cycle extremes are responsible for 1% to 2% change in the ozone column. Comparisons are presented of the TOMS ozone data and trends as a function of latitude and season with the results of the RIVM 2D stratosphere model.DGM/LE SRO

Van concentratie naar dosis: fijnstof depositie in mensen en ratten

Fijnstof bestaande uit vaste deeltjes en druppels is aanwezig in binnen- en buitenlucht. Deeltjes met aerodynamische diameter kleiner dan 10 micro m kunnen ingeademd worden door mensen. Kennis van weefsel specifieke interne dosis van fijn stof is een kritische schakel tussen individuele externe blootstelling en gevolgen voor de gezondheid. Computer modellen zijn belangrijk gereedschap om fijnstof dosimetrie te analyseren. Het Multiple Path Particle Dosimetry (MPPD) model is ontwikkeld door CIIT (Chemical Industry Institute of Toxicology, VS) in samenwerking met het RIVM. Het MPPD model biedt de mogelijkheid om depositiefracties en blootstellingsdosis aan fijnstof te berekenen voor mensen en ratten, en bevat leeftijdsafhankelijke humane longmodellen. Dit rapport beschrijft resultaten van de berekeningen met het MPPD model van depositie van monodisperse aerosolen en de gevoeligheid van het model voor verschillende parameters. Regionale, lobspecifieke en alveolaire deposities zijn berekend met een stochastische longmodel voor de volwassen mens. Leeftijdsafhankelijkheid van fijnstof depositie voor kinderen en adolescenten is onderzocht. Afhankelijkheid van regionale depositie van het niveau van fysieke inspanning is onderzocht voor een volwassen mens. Coefficienten voor rat-mens depositieextrapolatie zijn vastgesteld voor drie niveaus van menselijke fysieke inspanning (slaap, rust en lichte inspanning).Particulate matter (PM) consisting of solid particles and droplets is present in the ambient air. Particles with an aerodynamic diameter less than 10 micro m can be inhaled by humans. Knowledge of the tissue-specific internal dose of PM is a critical link between individual external exposure and health outcomes. Computer models have proven to be important tools to analyse PM dosimetry, they are especially suited to analyse effects of scenarios, such as particulate exposure control strategies. A Multiple Path Particle Dosimetry model (MPPD) has been developed by CIIT (Chemical Industry Institute of Toxicology, USA) in close collaboration with RIVM. The MPPD model allows calculation of PM deposition fractions and exposure doses for humans and rats, and includes age-specific human lung models. This report describes the results of monodisperse aerosol deposition calculations with the MPPD model and its sensitivity to various parameters. Regional, lobar and alveolar depositions are calculated with a stochastic lung model for human adult. Age dependency of PM deposition for children and young adults is studied. Dependency of regional deposition on the level of physical exertion is studied for human adults. Coefficients for the rat-human deposition extrapolation have been determined for three levels of human physical exertion (sleep, awake rest and light exercise).DG

Van concentratie naar dosis: fijnstof depositie in mensen en ratten

Particulate matter (PM) consisting of solid particles and droplets is present in the ambient air. Particles with an aerodynamic diameter less than 10 micro m can be inhaled by humans. Knowledge of the tissue-specific internal dose of PM is a critical link between individual external exposure and health outcomes. Computer models have proven to be important tools to analyse PM dosimetry, they are especially suited to analyse effects of scenarios, such as particulate exposure control strategies. A Multiple Path Particle Dosimetry model (MPPD) has been developed by CIIT (Chemical Industry Institute of Toxicology, USA) in close collaboration with RIVM. The MPPD model allows calculation of PM deposition fractions and exposure doses for humans and rats, and includes age-specific human lung models. This report describes the results of monodisperse aerosol deposition calculations with the MPPD model and its sensitivity to various parameters. Regional, lobar and alveolar depositions are calculated with a stochastic lung model for human adult. Age dependency of PM deposition for children and young adults is studied. Dependency of regional deposition on the level of physical exertion is studied for human adults. Coefficients for the rat-human deposition extrapolation have been determined for three levels of human physical exertion (sleep, awake rest and light exercise).Fijnstof bestaande uit vaste deeltjes en druppels is aanwezig in binnen- en buitenlucht. Deeltjes met aerodynamische diameter kleiner dan 10 micro m kunnen ingeademd worden door mensen. Kennis van weefsel specifieke interne dosis van fijn stof is een kritische schakel tussen individuele externe blootstelling en gevolgen voor de gezondheid. Computer modellen zijn belangrijk gereedschap om fijnstof dosimetrie te analyseren. Het Multiple Path Particle Dosimetry (MPPD) model is ontwikkeld door CIIT (Chemical Industry Institute of Toxicology, VS) in samenwerking met het RIVM. Het MPPD model biedt de mogelijkheid om depositiefracties en blootstellingsdosis aan fijnstof te berekenen voor mensen en ratten, en bevat leeftijdsafhankelijke humane longmodellen. Dit rapport beschrijft resultaten van de berekeningen met het MPPD model van depositie van monodisperse aerosolen en de gevoeligheid van het model voor verschillende parameters. Regionale, lobspecifieke en alveolaire deposities zijn berekend met een stochastische longmodel voor de volwassen mens. Leeftijdsafhankelijkheid van fijnstof depositie voor kinderen en adolescenten is onderzocht. Afhankelijkheid van regionale depositie van het niveau van fysieke inspanning is onderzocht voor een volwassen mens. Coefficienten voor rat-mens depositieextrapolatie zijn vastgesteld voor drie niveaus van menselijke fysieke inspanning (slaap, rust en lichte inspanning)

[Analyse van de mogelijkheden van satellietwaarnemingen van sporegassen in de troposfeer.]

Abstract niet beschikbaarAt present various instruments that will be able to detect trace gases in the stratosphere and troposphere from satellites in space are being developed. We refer, in particular, to the Global Ozone Monitoring Experiment (GOME) of the European Space Agency to be launched on the ERS-2 satellite in 1994/1995 and its successor SCIAMACHY. This report investigates the sensitivity of the GOME spectrometer to detecting changes in the tropospheric column density of ozone (O3), nitrogen dioxide (NO2) sulphur dioxide (SO2) and formaldehyde (HCHO). The results of these GOME sensitivity calculations for measurements of tropospheric O3, NO2, SO2 and HCHO as a function of latitude and season are discussed.TNO-IMW SRON (Stichting Ruimte Onderzoek Nederland

Gebromeerde vlamvertragers: voorkomen, inname via de voeding en risicoevaluatie

Gebromeerde vlamvertragers zijn tot de voedselketen van de mens doorgedrongen. De aanwezigheid van deze stoffen in voedsel vormt vooralsnog geen risico voor de gezondheid. Dit is wel het geval wanneer het gehalte in voedingsmiddelen toe zou nemen. Het in kaart brengen van gebromeerde vlamvertragers in voeding blijft daarom nodig. Vlamvertragers met broom zijn vanuit het milieu in het voedsel terechtgekomen. Vanuit voedsel, maar ook uit bijvoorbeeld huisstof, worden deze stoffen in het lichaam opgenomen. Door hun scheikundige eigenschappen verlaten zij het lichaam maar heel langzaam. Hierdoor slaat het lichaam vlamvertragers in feite op. Om vast te stellen of blootstelling aan vlamvertragers schadelijk is zijn voedingsmiddelen op aanwezigheid van vlamvertragers onderzocht. Daarnaast is, als maat voor de hoeveelheid in het lichaam, ook moedermelk onderzocht. In Nederlandse voedingsmiddelen konden twaalf vlamvertragers aangetoond worden. Hiervan bleken er elf ook in moedermelk voor te komen. Het moedermelkonderzoek liet verder zien dat de hoeveelheid vlamvertragers in het lichaam tussen 1998 en 2003 niet afgenomen is. Om vast te stellen of de blootstelling aan vlamvertragers ook risicovol is, moet gewerkt worden met de maximaal dagelijks toelaatbare inname van deze stoffen. Zo'n maximale inname is voor één vlamvertrager beschikbaar. Tussen de blootstelling aan deze vlamvertrager via de voeding en zijn maximaal toelaatbare inname bestaat slechts een zeer kleine marge. Hoewel er op dit moment nog geen nadelige effect op de gezondheid is, kan dit snel veranderen wanneer meer vlamvertragers in voedingsmiddelen terechtkomen. Monitoringsonderzoek naar vlamvertagers in voeding blijft nodig. Daarnaast zou de blootstelling via huisstof beter in kaart gebracht moeten worden.Brominated flame retardants have entered the human food chain. For the time being the occurrence of these chemicals in Dutch food does not pose a human health risk. However, this might easily change at increasing contents of flame retardants in Dutch food. The monitoring of brominated flame retardants in Dutch food therefore remains necessary. Brominated flame retardants are environmental contaminants which have entered the human food chain. Next to food these chemicals can also enter the human body by ingestion of house-dust. Due to their persistent behaviour brominated flame retardants leave the human body very slowly. Brominated flame retardants therefore have bioaccumulating properties. In order to determine the health risk of brominated flame retardants these chemicals have been investigated in Dutch food product and, as a measure of the amount in the body, in Dutch breast milk. In Dutch food twelve flame retardants were found, eleven of which also occurred in breast milk. Contrary to results in Sweden the content of flame retardants in Dutch breast milk did not decline between 1998 and 2003. For health risk assessment a maximal allowed intake level is needed. Such an intake level is only available for the flame retardant PolyBromoDiphenylEther-99 (PBDE-99). At the moment the exposure to PBDE-99 from food equals its maximal intake level. So, though the exposure to PBDE-99 does not pose an immediate health risk, this may easily change when the content of brominated flame retardants in Dutch food would increase. The continuous monitoring of brominated flame retardants in Dutch food therefore remains necessary.VW