Estimating PM 2.5 concentrations in Xi'an City using a generalized additive model with multi-source monitoring data

© 2015 Song et al. This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original author and source are credited. Particulate matter with an aerodynamic diameter <2.5 μm (PM2.5) represents a severe environmental problem and is of negative impact on human health. Xi'an City, with a population of 6.5 million, is among the highest concentrations of PM2.5 in China. In 2013, in total, there were 191 days in Xi'an City on which PM2.5 concentrations were greater than 100 μg/m3. Recently, a few studies have explored the potential causes of high PM2.5 concentration using remote sensing data such as the MODIS aerosol optical thickness (AOT) product. Linear regression is a commonly used method to find statistical relationships among PM2.5 concentrations and other pollutants, including CO, NO2, SO2, and O3, which can be indicative of emission sources. The relationships of these variables, however, are usually complicated and non-linear. Therefore, a generalized additive model (GAM) is used to estimate the statistical relationships between potential variables and PM2.5 concentrations. This model contains linear functions of SO2 and CO, univariate smoothing non-linear functions of NO2, O3, AOT and temperature, and bivariate smoothing non-linear functions of location and wind variables. The model can explain 69.50% of PM2.5 concentrations, with R2 = 0.691, which improves the result of a stepwise linear regression (R2 = 0.582) by 18.73%. The two most significant variables, CO concentration and AOT, represent 20.65% and 19.54% of the deviance, respectively, while the three other gas-phase concentrations, SO2, NO2, and O3 account for 10.88% of the total deviance. These results show that in Xi'an City, the traffic and other industrial emissions are the primary source of PM2.5. Temperature, location, and wind variables also non-linearly related with PM2.5

Radiation and cloud studies with GOME in preparation for future spectrometer missions

GOME is presently the only space-borne spectrometer observing the entire spectral range from 240 to 790 nm with high spectral resolution. Its data are an important source of information to prepare for the analysis of data from the new satellite spectrometers SCIAMACHY, OMI, and GOME-2. We present some examples of the use of GOME data for checking radiometric calibration and for multispectral studies of clouds. Regarding cloud studies with SCIAMACHY, the oxygen A-band around 761 nm can be used for retrieval of cloud fraction and cloud top pressure, and the range 1600-1750 nm can be used for discrimination of water and ice clouds

Particulate Matter: a closer look

The summary in booklet form 'Fijn stof nader bekeken' (Particulate Matter: a closer look) , published in Dutch by the Netherlands Environmental Assessment Agency (MNP) and the Environment and Safety Division of the National Institute for Public Health and the Environment (RIVM), has been designed to present the facts on particulate matter in a coherent framework. Current knowledge on particulate matter is conveyed here under the headings: What is known? What is unknown? What are the uncertainties? The background to this publication is the current social and political debate on the consequences of the Netherlands air quality legislation, which, in turn, is based on European legislation. The fact that new spatial developments and infrastructural projects are at risk of not being realized due to the large-scale exceedances of limit values for particulate matter occurring in the Netherlands is leading to serious social effects. Moreover, airborne particulate matter poses serious risks to human health. The particulate matter subject is complicated and accompanied by administrative dilemmas, legally binding limit values, concerns of citizens, scientific uncertainties and spatial-economic consequences. Many questions and current discussions have provided reasons enough to compose this scientific summary on particulate matter. Although this booklet does not present new information, it has succeeded in bringing together all the published information on particulate matter referring to the situation in the Netherlands.Het Milieu- en Natuurplanbureau en de sector Milieu en Veiligheid van het Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu presenteren met het boekje 'Fijn stof nader bekeken' de feiten over fijn stof in samenhang. Deze uitgave laat zien wat de stand van zaken is in het fijnstofdossier: wat weten we wel, wat weten we niet, waar zitten de onzekerheden? Aanleiding voor deze uitgave is het huidige maatschappelijke en politieke debat over de gevolgen van de implementatie van het Nederlandse Besluit Luchtkwaliteit, dat gestoeld is op richtlijnen van de Europese Unie. Overschrijdingen van de grenswaarden voor fijn stof komen op grote schaal voor in Nederland. De maatschappelijke gevolgen hiervan zijn ingrijpend, doordat nieuwe ruimtelijke ontwikkelingen, zoals woningbouw en infrastructuurprojecten, in het gedrang komen. Aan de andere kant zijn er belangrijke gezondheidseffecten door fijn stof. Het dossier fijn stof is complex en omvat bestuurlijke dilemma's, juridisch bindende grenswaarden, zorgen van burgers, wetenschappelijke onzekerheden en ruimtelijk-economische gevolgen. De vele vragen en de huidige discussies zijn redenen geweest om een wetenschappelijk overzichtsrapport op te stellen over het fijnstofdossier. Deze uitgave bevat geen nieuwe informatie, maar is een samenvatting van bestaande rapporten op het gebied van fijn stof

Fijn stof nader bekeken

The summary in booklet form 'Fijn stof nader bekeken' (Particulate Matter: a closer look) , published in Dutch by the Netherlands Environmental Assessment Agency (MNP) and the Environment and Safety Division of the National Institute for Public Health and the Environment (RIVM), has been designed to present the facts on particulate matter in a coherent framework. Current knowledge on particulate matter is conveyed here under the headings: What is known? What is unknown? What are the uncertainties? The background to this publication is the current social and political debate on the consequences of the Netherlands air quality legislation, which, in turn, is based on European legislation. The fact that new spatial developments and infrastructural projects are at risk of not being realized due to the large-scale exceedances of limit values for particulate matter occurring in the Netherlands is leading to serious social effects. Moreover, airborne particulate matter poses serious risks to human health. The particulate matter subject is complicated and accompanied by administrative dilemmas, legally binding limit values, concerns of citizens, scientific uncertainties and spatial-economic consequences. Many questions and current discussions have provided reasons enough to compose this scientific summary on particulate matter. Although this booklet does not present new information, it has succeeded in bringing together all the published information on particulate matter referring to the situation in the Netherlands.Het Milieu- en Natuurplanbureau en de sector Milieu en Veiligheid van het Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu presenteren met het boekje 'Fijn stof nader bekeken' de feiten over fijn stof in samenhang. Deze uitgave laat zien wat de stand van zaken is in het fijnstofdossier: wat weten we wel, wat weten we niet, waar zitten de onzekerheden? Aanleiding voor deze uitgave is het huidige maatschappelijke en politieke debat over de gevolgen van de implementatie van het Nederlandse Besluit Luchtkwaliteit, dat gestoeld is op richtlijnen van de Europese Unie. Overschrijdingen van de grenswaarden voor fijn stof komen op grote schaal voor in Nederland. De maatschappelijke gevolgen hiervan zijn ingrijpend, doordat nieuwe ruimtelijke ontwikkelingen, zoals woningbouw en infrastructuurprojecten, in het gedrang komen. Aan de andere kant zijn er belangrijke gezondheidseffecten door fijn stof. Het dossier fijn stof is complex en omvat bestuurlijke dilemma's, juridisch bindende grenswaarden, zorgen van burgers, wetenschappelijke onzekerheden en ruimtelijk-economische gevolgen. De vele vragen en de huidige discussies zijn redenen geweest om een wetenschappelijk overzichtsrapport op te stellen over het fijnstofdossier. Deze uitgave bevat geen nieuwe informatie, maar is een samenvatting van bestaande rapporten op het gebied van fijn stof

Fijn stof nader bekeken

English translation of report 500037008Het Milieu- en Natuurplanbureau en de sector Milieu en Veiligheid van het Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu presenteren met het boekje 'Fijn stof nader bekeken' de feiten over fijn stof in samenhang. Deze uitgave laat zien wat de stand van zaken is in het fijnstofdossier: wat weten we wel, wat weten we niet, waar zitten de onzekerheden? Aanleiding voor deze uitgave is het huidige maatschappelijke en politieke debat over de gevolgen van de implementatie van het Nederlandse Besluit Luchtkwaliteit, dat gestoeld is op richtlijnen van de Europese Unie. Overschrijdingen van de grenswaarden voor fijn stof komen op grote schaal voor in Nederland. De maatschappelijke gevolgen hiervan zijn ingrijpend, doordat nieuwe ruimtelijke ontwikkelingen, zoals woningbouw en infrastructuurprojecten, in het gedrang komen. Aan de andere kant zijn er belangrijke gezondheidseffecten door fijn stof. Het dossier fijn stof is complex en omvat bestuurlijke dilemma's, juridisch bindende grenswaarden, zorgen van burgers, wetenschappelijke onzekerheden en ruimtelijk-economische gevolgen. De vele vragen en de huidige discussies zijn redenen geweest om een wetenschappelijk overzichtsrapport op te stellen over het fijnstofdossier. Deze uitgave bevat geen nieuwe informatie, maar is een samenvatting van bestaande rapporten op het gebied van fijn stof.The summary in booklet form 'Fijn stof nader bekeken' (Particulate Matter: a closer look) , published in Dutch by the Netherlands Environmental Assessment Agency (MNP) and the Environment and Safety Division of the National Institute for Public Health and the Environment (RIVM), has been designed to present the facts on particulate matter in a coherent framework. Current knowledge on particulate matter is conveyed here under the headings: What is known? What is unknown? What are the uncertainties? The background to this publication is the current social and political debate on the consequences of the Netherlands air quality legislation, which, in turn, is based on European legislation. The fact that new spatial developments and infrastructural projects are at risk of not being realized due to the large-scale exceedances of limit values for particulate matter occurring in the Netherlands is leading to serious social effects. Moreover, airborne particulate matter poses serious risks to human health. The particulate matter subject is complicated and accompanied by administrative dilemmas, legally binding limit values, concerns of citizens, scientific uncertainties and spatial-economic consequences. Many questions and current discussions have provided reasons enough to compose this scientific summary on particulate matter. Although this booklet does not present new information, it has succeeded in bringing together all the published information on particulate matter referring to the situation in the Netherlands.MN

Particulate Matter: a closer look

Engelse vertaling: rapport 500037011Het Milieu- en Natuurplanbureau en de sector Milieu en Veiligheid van het Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu presenteren met het boekje 'Fijn stof nader bekeken' de feiten over fijn stof in samenhang. Deze uitgave laat zien wat de stand van zaken is in het fijnstofdossier: wat weten we wel, wat weten we niet, waar zitten de onzekerheden? Aanleiding voor deze uitgave is het huidige maatschappelijke en politieke debat over de gevolgen van de implementatie van het Nederlandse Besluit Luchtkwaliteit, dat gestoeld is op richtlijnen van de Europese Unie. Overschrijdingen van de grenswaarden voor fijn stof komen op grote schaal voor in Nederland. De maatschappelijke gevolgen hiervan zijn ingrijpend, doordat nieuwe ruimtelijke ontwikkelingen, zoals woningbouw en infrastructuurprojecten, in het gedrang komen. Aan de andere kant zijn er belangrijke gezondheidseffecten door fijn stof. Het dossier fijn stof is complex en omvat bestuurlijke dilemma's, juridisch bindende grenswaarden, zorgen van burgers, wetenschappelijke onzekerheden en ruimtelijk-economische gevolgen. De vele vragen en de huidige discussies zijn redenen geweest om een wetenschappelijk overzichtsrapport op te stellen over het fijnstofdossier. Deze uitgave bevat geen nieuwe informatie, maar is een samenvatting van bestaande rapporten op het gebied van fijn stof.The summary in booklet form 'Fijn stof nader bekeken' (Particulate Matter: a closer look) , published in Dutch by the Netherlands Environmental Assessment Agency (MNP) and the Environment and Safety Division of the National Institute for Public Health and the Environment (RIVM), has been designed to present the facts on particulate matter in a coherent framework. Current knowledge on particulate matter is conveyed here under the headings: What is known? What is unknown? What are the uncertainties? The background to this publication is the current social and political debate on the consequences of the Netherlands air quality legislation, which, in turn, is based on European legislation. The fact that new spatial developments and infrastructural projects are at risk of not being realized due to the large-scale exceedances of limit values for particulate matter occurring in the Netherlands is leading to serious social effects. Moreover, airborne particulate matter poses serious risks to human health. The particulate matter subject is complicated and accompanied by administrative dilemmas, legally binding limit values, concerns of citizens, scientific uncertainties and spatial-economic consequences. Many questions and current discussions have provided reasons enough to compose this scientific summary on particulate matter. Although this booklet does not present new information, it has succeeded in bringing together all the published information on particulate matter referring to the situation in the Netherlands.MN

Variability in tropical tropospheric ozone: analysis with GOME observations and a global model

Tropical tropospheric ozone columns (TTOCs) have been determined with a convective-cloud-differential (CCD) method, using ozone column and cloud measurements from the Global Ozone Monitoring Experiment (GOME) instrument. GOME cloud top pressures, derived with the Fast Retrieval Scheme for Clouds from the Oxygen A-band (FRESCO) method, indicate that most convective cloud top levels are between 300 and 500 hPa and do not extend to the tropical tropopause. The new GOME-CCD method takes this tropical transition layer below the tropopause into account and uses above-cloud and clear-sky ozone column measurements to derive a monthly mean TTOC below 200 hPa. Validation of the GOME-TTOCs with seven Southern Hemisphere Additional Ozonesondes (SHADOZ) sites shows good agreement, with an RMS difference of about 5 Dobson units. In the northern tropics the GOME-TTOC compares most of the time well with in situ measurements at Paramaribo (6°N, 55°W) and Abidjan (5°N, 4°W). Analysis of the GOME-TTOCs for 2000 and 2001, with the aid of the chemistry-transport model TM3, illustrates that the variability in the TTOC depends on a complex interaction of several processes, including biomass burning, lightning, and large-scale transport. The much larger extent of the South Atlantic TTOC maximum in September–October 2001, compared to September–October 2000, can be attributed to differences in large-scale transport. An exceptional situation in the northern tropics occurred during the biomass burning season December 2001 to January 2002, when there were almost no fires over northern Africa. This resulted in strongly reduced TTOCs over the Atlantic between the equator and 10°N

The ammonia gap: research and interpretation

De berekende concentratie van ammoniak in de buitenlucht was de afgelopen jaren ongeveer 25% lager dan de gemeten concentraties uit het Landelijk Meetnet Luchtkwaliteit van het RIVM. Dit verschil werd het ammoniakgat genoemd. Op basis van recent onderzoek door het RIVM in samenwerking met het Planbureau voor de Leefomgeving (PBL), Wageningen Universiteit (WUR) en het Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN) is het rekenmodel aangepast en kon worden vastgesteld dat er geen significant verschil meer is tussen de gemeten en de berekende concentraties van ammoniak. Dit betekent dat een grote onzekerheid die er was rond de hoogte van de ammoniakemissies en het bereiken van de ammoniakemissiedoelstelling in de National Emission Ceiling Directive (NECD) van de EU in 2010 voor Nederland is afgenomen. In dit onderzoek zijn de drie gebieden waar de mogelijke oorzaken van het ammoniakgat zaten verder uitgewerkt: a) in de metingen van ammoniak in het Landelijk Meetnet Luchtkwaliteit, b) in de berekeningswijze van het verspreidingsmodel OPS van PBL/RIVM en c) in de ammoniakemissies. De metingen van ammoniak in de buitenlucht blijken een onzekerheid van circa 7% te hebben. Op basis van recente literatuur en nieuwe metingen door RIVM/WUR kon de conclusie getrokken worden dat de snelheid waarmee ammoniak uit de atmosfeer verwijderd wordt, tengevolge van opname door vegetatie en bodem, aanzienlijk lager is dan werd aangenomen in het OPS-model. Hierdoor werd de ammoniakconcentratie in de buitenlucht ongeveer 15% te laag berekend. Hiermee werd het ammoniakgat verkleind naar 10%. Daarnaast blijken er nog emissies van ammoniak te zijn vanaf gewassen, met name tijdens afrijping, die niet in de nationale emissies meegenomen worden. Dit zou circa 4% van de nationale emissies kunnen bedragen. Als deze emissies meegenomen worden, verkleint het ammoniakgat verder naar circa 5%. Aangezien zowel de metingen als de berekeningen van de ammoniakconcentratie nog onzekerheden bevatten, kan gesteld worden dat het huidige verschil tussen de gemeten en de berekende ammoniakconcentratie niet significant meer is.The modelled concentration of ammonia in the atmosphere over the past years was found to be about 25% lower than the measured concentrations in the Dutch Monitoring Network. This is known as the ammonia gap. . Based on recent research carried out by RIVM in cooperation with PBL, WUR and ECN, it is concluded that a significant gap between modelled and measured ammonia concentrations no longer exists. With this finding a large uncertainty about the ammonia emissions and the compliance with the ammonia emission of the National Emission Ceiling Directive of the EU for 2010 has been taken away. The three reasons for the ammonia gap were studied, i.e. the uncertainties in a) the measurements of ammonia, b) the modelling of the ammonia concentrations with the PBL/RIVM OPS model and c) in the emissions of ammonia. The uncertainty in the ammonia concentration measurements was estimated to be approximately 7%. From recent literature and novel measurements it was concluded that the velocity with which ammonia is removed from the atmosphere, by vegetation and soil, was much smaller than was assumed in the OPS model. With this lower velocity the ammonia concentrations were calculated to be 15% higher. With this finding the ammonia gap was diminished to 10%. Emissions from crops especially during senescence are present which are not incorporated in the national emissions. This would account for about 4% of the national emissions. With these emissions the ammonia gap further reduces to about 5%. Given the uncertainties in the measurements and the modelling of the ammonia concentrations this gap cannot be considered as significant.VROM-DG