Climatology of Ultraviolet Budgets using Earth Observation (CUBEO): mapping UV from the perspective of risk assessments : final report

No RIVM report number in publicationThe use of satellite data to construct ground level UV-radiation maps offers a unique opportunity to investigate geographical and temporal variability of ground level UV-radiation levels related to atmospheric changes, like ozone depletion or cloud changes. The calculation of long term yearly UV-doses in combination with dose-effect models for UV-related effects, like skin cancer, further enhances the application of UV-maps as a powerful tool to support environmental assessments. This report describes the results obtained in the CUBEO-project: a Climatology of Ultraviolet Budgets using Earth Observation. The project aimed at the development and validation of UV-mapping methods that can be applied in environmental assessments. The results indicated that the satellite derived cloud correction provides accurate and representative results if the ground albedo is low. The comparison with ground based UV-measurements at different sites in Europe shows an agreement for the yearly UV-dose within 10%. An indication of the long term stability of the UV-mapping methods is obtained by means of a systematic comparison of UV-doses derived from ground based ozone and cloud data and doses derived from satellite observations over a period of nearly 20 years. The European maps of changes in UV-budgets at the ground and associated excess skin cancer risks have been reported in national and international state of the environment reports published by the National Institute of Public Health and the Environment (RIVM) and/or the European Environmental Agency (EEA). These state of the environment reports contribute to the provision of information necessary for framing and implementing sound and effective environmental policies. This investigation has been performed by order and for the account of BCRS, EU and RIVM, within the framework of the projects CUBEO and MAUVE.Beleidscommissie Remote Sensing (BCRS

Grootschalige concentratie- en depositiekaarten Nederland : Rapportage 2014

Nieuwe concentratie- en depositiekaarten voor NSL en PAS Het RIVM heeft kaarten opgesteld waarop staat aangegeven wat in 2013 in Nederland de concentraties in de lucht waren van onder andere stikstofdioxide en fijn stof. Ook is op een kaart aangegeven in welke mate stikstof op de bodem neerslaat. Daarnaast zijn toekomstberekeningen voor deze stoffen gemaakt voor de periode 2015- 2030. De kaarten worden gebruikt voor de monitoring van het Nationaal Samenwerkingsprogramma Luchtkwaliteit (NSL) en de Programmatische Aanpak Stikstof (PAS). Hiermee worden onder andere de effecten van ruimtelijke plannen getoetst Stikstofdioxideconcentraties voor 2015 veelal lager De gemeten concentraties stikstofdioxide waren in 2013 lager dan in 2012. De concentraties die voor 2015 zijn berekend, zijn op de meeste locaties lager dan vorig jaar was geraamd. Toch blijven er een aantal probleemgebieden bestaan waarin de verwachte concentraties hoger zijn dan vorig jaar geraamd, vooral in de regio's Rotterdam en Den Haag. Wat de verwachte overschrijdingen van de normen in 2015 betreft, zal dat in Amsterdam en Utrecht op minder locaties aan de orde zijn dan eerder was ingeschat, en in Rotterdam op meer locaties Drie oorzaken voor deze aangepaste verwachting zijn het belangrijkst. Als eerste is bij de ramingen een correctie aangebracht voor systematische verschillen tussen gemeten en berekende stikstofdioxideconcentraties. Ten tweede stoten de nieuwste modellen vrachtauto's minder stikstofoxiden uit dan eerder was ingeschat. Ten derde zijn effecten meegenomen van het SER-energieakkoord uit 2013. Hierin zijn afspraken gemaakt om energie te besparen bij huishoudens, industrie en landbouw en het aandeel alternatieve energiebronnen als wind- en zonne-energie te vergroten Roetconcentraties dalen naar verwachting verder Steeds meer dieselauto's hebben een filter, waarmee roet effectief wordt afgevangen. Op basis van het huidige beleid wordt geschat dat de roetconcentratie de komende jaren verder daalt, en in 2020 bijna zal zijn gehalveerd ten opzicht van het huidige niveau Daling stikstofdepositie onveranderd De neerslag van stikstof op de bodem in Nederland daalt naar verwachting de komende jaren in ongeveer dezelfde mate als vorig jaar was geraamd. Een dalende stikstofdepositie is een voorwaarde voor natuurbehoudNew maps of concentrations and depositions for NSL and PAS In this report, the National Institute for Public Health and the Environment (RIVM) presents the latest maps of air concentrations in the Netherlands for several substances, including nitrogen dioxide and particulate matter for 2013. It also presents the maps for the deposition of nitrogen compounds to the soil for that year. Calculations for the future (2015-2030) have also been made. The maps are being used in the national air quality collaboration programme (NSL) and for the programmatic approach to nitrogen (PAS) for monitoring new spatial planning projects Nitrogen dioxide concentrations mostly lower for 2015 The measured concentrations of nitrogen dioxide were in 2013 lower than in 2012. Concentrations calculated for 2015 are at most locations below last year's estimates. Yet, there remain a number of areas where the expected concentrations are higher than last year's estimates, especially in the vicinity of Rotterdam and The Hague. The limit value for the nitrogen dioxide concentration will probably be exceeded in fewer locations in Amsterdam and Utrecht than was estimated earlier and in more locations in Rotterdam in 2015 There are three main reasons for these adjusted expectations of future concentrations. First, a correction is applied to projections of nitrogen dioxide concentrations for systematic differences between measured and calculated concentrations. Second, the latest truck models emit less nitrogen oxides than was previously expected. Third, the effects of the SER energy agreement from 2013 have been taken into account. Arrangements have been made in the agreement to save energy in households, industry and agriculture, and to increase the share of alternative energy sources, such as, wind and solar energy Soot concentrations are expected to decrease further More and more diesel cars have a filter, which is effective in capturing soot. It is expected that, based on the current policies, the soot concentrations will continue to decrease in the coming years and will be reduced by almost 50 percent by 2020 compared to current levels Decrease in nitrogen deposition unchanged The deposition of nitrogen to the soil in the Netherlands is expected to decrease in the coming years by approximately the same amount as was estimated last year. A reduction in nitrogen deposition is a prerequisite for nature conservationMinisterie van I&

Historical greenhouse gas concentrations for climate modelling (CMIP6)

Atmospheric greenhouse gas (GHG) concentrations are at unprecedented, record-high levels compared to the last 800 000 years. Those elevated GHG concentrations warm the planet and – partially offset by net cooling effects by aerosols – are largely responsible for the observed warming over the past 150 years. An accurate representation of GHG concentrations is hence important to understand and model recent climate change. So far, community efforts to create composite datasets of GHG concentrations with seasonal and latitudinal information have focused on marine boundary layer conditions and recent trends since the 1980s. Here, we provide consolidated datasets of historical atmospheric concentrations (mole fractions) of 43 GHGs to be used in the Climate Model Intercomparison Project – Phase 6 (CMIP6) experiments. The presented datasets are based on AGAGE and NOAA networks, firn and ice core data, and archived air data, and a large set of published studies. In contrast to previous intercomparisons, the new datasets are latitudinally resolved and include seasonality. We focus on the period 1850–2014 for historical CMIP6 runs, but data are also provided for the last 2000 years. We provide consolidated datasets in various spatiotemporal resolutions for carbon dioxide (CO2), methane (CH4) and nitrous oxide (N2O), as well as 40 other GHGs, namely 17 ozone-depleting substances, 11 hydrofluorocarbons (HFCs), 9 perfluorocarbons (PFCs), sulfur hexafluoride (SF6), nitrogen trifluoride (NF3) and sulfuryl fluoride (SO2F2). In addition, we provide three equivalence species that aggregate concentrations of GHGs other than CO2, CH4 and N2O, weighted by their radiative forcing efficiencies. For the year 1850, which is used for pre-industrial control runs, we estimate annual global-mean surface concentrations of CO2 at 284.3 ppm, CH4 at 808.2 ppb and N2O at 273.0 ppb. The data are available at https://esgfnode.llnl.gov/search/input4mips/ and http://www.climatecollege.unimelb.edu.au/cmip6. While the minimum CMIP6 recommendation is to use the global- and annual-mean time series, modelling groups can also choose our monthly and latitudinally resolved concentrations, which imply a stronger radiative forcing in the Northern Hemisphere winter (due to the latitudinal gradient and seasonality)

Air and water pollution over time and industries with stochastic dominance

We employ a stochastic dominance (SD) approach to analyze the components that contribute to environmental degradation over time. The variables include countries\u2019 greenhouse gas (GHG) emissions and water pollution. Our approach is based on pair-wise SD tests. First, we study the dynamic progress of each separate variable over time, from 1990 to 2005, within 5-year horizons. Then, pair-wise SD tests are used to study the major industry contributors to the overall GHG emissions and water pollution at any given time, to uncover the industry which contributes the most to total emissions and water pollution. While CO2 emissions increased in the first order SD sense over 15 years, water pollution increased in a second-order SD sense. Electricity and heat production were the major contributors to the CO2 emissions, while the food industry gradually became the major water polluting industry over time. SD sense over 15 years, water pollution increased in a second-order SD sense. Electricity and heat production were the major contributors to the CO2 emissions, while the food industry gradually

Scenario studie van de effecten van emissies van CFK's, HCFK's en HFK's op stratosferisch ozon

Antropogene emissies van chloor- en broomhoudende verbindingen worden algemeen beschouwd als de belangrijkste veroorzakers van de aantasting van de ozonlaag in de afgelopen twee decennia. De toekomstige concentraties in de atmosfeer van ozonlaag aantastende stoffen (CFK's, HCFK's, halonen en aanverwante stoffen) hangen af van het toekomstige gebruik van deze stoffen, dat sterk wordt gereguleerd door het Protocol van Montreal en de amendementen daarop. De toestand van de ozonlaag in de 21ste eeuw wordt sterk bepaald door de mate waarin de ontwikkelde landen en ontwikkelingslanden het Protocol van Montreal en zijn amendementen naleven. In de ozon-assessment rapporten van de WMO wordt er bijna altijd vanuit gegaan dat alle landen het Protocol van Montreal en de amendementen volledig naleven. Met behulp van verschillende IPCC emissie scenario's voor CFK's en aanverwante stoffen, zijn simulaties uitgevoerd om de effecten van verschillende niveaus van naleving van het Protocol van Montreal en van verschillende maatregelen, op de toekomstige chloorniveaus en op de ozonlaag te bestuderen. Als 100% van de ontwikkelde landen en slechts 70% van de ontwikkelingslanden het Protocol van Montreal en zijn amendementen naleeft, wordt verwacht dat de hoeveelheid chloor in de atmosfeer zal stijgen van 3.8 ppbv in 1990 tot meer dat 5 ppbv in 2100. De bijbehorende dikte van de ozonlaag neemt dan met 5% tot 8% af in 2100, ten opzicht van 1990. Als alle landen zich volledig aan het Protocol van Montreal en de amendementen van Londen houden, dan zal het kritische 2 ppbv chloorniveau in 2115 worden bereikt. Door het reduceren van het gebruik van HCFK's kan dit niveau worden bereikt in 2060. Tussen 2031 en 2049 zal de dikte van de ozonlaag weer op een niveau overeenkomstig 1990 zijn, mits alle landen zich voor 100% houden aan de protocollen. Ongeveer 50 jaar later zal de dikte van de ozonlaag weer overeenkomstig het niveau van 1980 zijn. De maximale aantasting van de ozonlaag (jaar en diepte) hangt slechts in beperkte mate af van het type CFK-scenario. De snelheid van het herstel van de ozonlaag hangt daarentegen sterk af van het type scenario. De beperkingen die de amendementen van Kopenhagen opleggen aan het gebruik van HCFK's zullen een duidelijk effect hebben op het herstel van de ozonlaag. Nauw verbonden met de afname in concentratie in de atmosfeer van CFK's en HCFK's is een stijging in concentratie van HFK's, van slechts een paar pptv in 1990 tot wellicht 5.2 ppbv in 2100. HFK's tasten de ozonlaag niet aan maar zijn wel groeikasgassen. De geschatte stralingsforcering in 2100 ten gevolge van HFK's is drie maal zo groot als de stralingsforcering van CFK's en HCFK's in 1990. Met betrekking tot methylbromide schrijven de amendementen van Kopenhagen alleen een bevriezing van de produktie voor in 1996. Als het gebruik van methylbromide voor grondontsmettingsdoeleinden vanaf 1997 wordt gestopt, dan zal, ten opzichte van 1980, de totale antropogene afname van de ozonlaag met 0.7% verminderen in 2000, met 5.6% in 2020 en met 9.7% in 2050, ten opzicht van een volledig naleven van met Protocol van Montreal en zijn amendementen. Een grotere afname is mogelijk als methylbromide emissies afkomstig van uitlaatgassen van het verkeer ook worden beperkt. Zonder enig protocol dat het gebruik van CFK's en aanverwante stoffen beperkt zou de hoeveelheid chloor in de atmosfeer zijn gestegen van 3.8 ppbv in 1990 tot 4.9 ppbv in 2000, 18.5 ppbv in 2050 en 39 ppbv in 2100. De bijbehorende afname van de ozonlaag, ten opzichte van 1990, zou op gematigde breedte varieren van 4% tot 6% in 2000, 45% tot 65% in 2050 en 70% tot 85% in 2100. Broomatomen zijn ongeveer 40 maal zo effectief in het vernietigen van ozon als chlooratomen ; maar als de hoeveelheden chloor en broom in de atmosfeer in rekening worden gebracht, blijkt chloor van antropogene oorsprong meer dan tien maal zoveel ozon af te breken als antropogeen broom. De simulaties zijn uitgevoerd met behulp van de RIVM versie van het 2-dimensionale chemisch-transportmodel, ontwikkeld aan de Universiteit van Cambridge. Dit model is uitgebreid met heterogene chemie op sulfaat-aerosolen. Een validatie van het model laat zien dat zowel de gemodelleerde concentraties in de atmosfeer van CFK's en aanverwante stoffen als de ozonkolommen goed overeenkomen met metingen. De gemodelleerde trend in de ozonkolommen op gematigde breedte van 1980 tot 1990 is -4% tot -6% per decennium. Dit is gelijk aan de helft van de, gemodelleerde, antropogene afname van 1900 tot 1990 van -8% tot -12%.It is widely accepted that anthropogenic emissions of chlorine and bromine species are responsible for the major part of the destruction of the ozone layer in the last two decades. The future atmospheric concentrations of species that deplete the ozone layer (CFCs, HCFCs, halons and related species) depend on the future use of these species, which is strongly regulated by the Montreal Protocol and its amendments. The extent to which the developed and developing nations comply with the Montreal Protocol and its amendments determines to a large degree the condition of the ozone layer in the 21st century. The WMO ozone assessment reports most times assume that all nations fully comply with the Montreal Protocol and its amendments. Simulations were performed with various IPCC emission scenarios of CFCs and related species, to study the effects of different levels of compliance with the Montreal Protocol and the effects of various control measures on the future chlorine loading of the atmosphere and on the ozone layer. If 100% of the developed nations and only 70% of the developing nations comply with the London amendments to the Montreal Protocol the estimated chlorine levels in the atmosphere will increase from 3.8 ppbv in 1990 to more than 5 ppbv in 2100. The corresponding ozone columns will decrease by 5% to 8% in 2100 relative to 1990 at mid-latitudes. If all nations comply fully with the Montreal Protocol and the London amendments the critical 2 ppbv chlorine level will be reached in 2115. By limiting the use of HCFCs this level may be reached in 2060. In anticipation of a 100% compliance for both the developed and developing nations, the future ozone columns will reach the 1990 values between 2031 and 2049, while 1980 values will be reached 50 years later. The maximum depletion (year and depth) of the ozone layer depends only slightly on the future scenario of CFCs and related species. The speed of recovery of the ozone layer, however, depends heavily on the type of future scenario. Restricting the use of HCFCs, as in the Copenhagen amendments, has a significant effect on the recovery of the ozone layer. Accompanied by a decrease in atmospheric concentration of CFCs and HCFCs, is an increase in concentration of HFCs, from only a few pptv in 1990 to possibly 5.2 ppbv in 2100. HFCs are not harmful for the ozone layer, but they are greenhouse gases. The estimated radiative forcing in 2100 associated with this increase in HFC concentration is three times larger than the radiative forcing of the CFCs and HCFCs in 1990. The only limiting measure for methyl bromide agreed upon by the Copenhagen amendments to the Montreal Protocol is a freeze in the use by 1996. If emissions of methyl bromide from soil fumigation were to be eliminated in 1997, then the total anthropogenic decrease in ozone column since 1980 is predicted to be 0.7% less in 2000, 5.6% in 2020 and 9.7% less in 2050, relative to a full compliance with the Montreal Protocol and its amendments. Larger decreases may occur if methyl bromide emissions from exhaust of automobiles are also reduced. Without any protocol restricting the use of CFCs and related species, the chlorine levels in the atmosphere could have increased from 3.8 ppbv in 1990 to 4.9 ppbv in 2000, 18.5 ppbv in 2050 and 39 ppbv in 2100. The corresponding reductions in the ozone columns at mid-latitude, relative to 1990, range from 4% to 6% in 2000, 45% to 65% in 2050 and 70% to 85% in 2100. Bromine atoms are approximately 40 times more effective in destroying ozone than chlorine atoms, but considering the abundances in the atmosphere, total anthropogenic chlorine destroys approximately more than ten times as much stratospheric ozone as total anthropogenic bromine does. For the simulations, the RIVM version of the 2-dimensional chemical radiative transport model developed at the University of Cambridge was used. This model has been extended to include the effects of heterogeneous chemistry on sulphate aerosols. A model validation study shows that the modelled atmospheric concentrations of the CFCs and related species as well as the modelled ozone columns agree well with measurements. The modelled trend in the ozone columns from 1980 to 1990 range from -4% to -6% per decade at mid-latitudes. This is half the total, modelled, anthropogenic decrease from 1900 to 1990 of -8% to -12%.DGM/L

Effect van broeikasgasemissies op stratosferische ozonaantasting

De aantasting van de ozonlaag wordt voornamelijk veroorzaakt door de toename in emissie van chloor- en broomhoudende verbindingen als CFK's, halonen, koolstoftetrachloride, methylchloroform en methylbromide. Emissies van broeikasgassen kunnen de aantasting van de ozonlaag be-invloeden via atmosferische interacties. In deze studie hebben wij de interacties in de atmosfeer onderzocht tussen het broeikaseffect en de aantasting van de ozonlaag vanuit het oogpunt van emissies van antropogene stoffen in het verleden en in de toekomst: CFK's, halonen, CH4, N2O, NOx, CO en CO2. De toename in emissies van chloor- en broomhoudende verbindingen is verantwoordelijk voor een trend in ozon kolom van -5,8% per decennium op gematigde breedte van 1980 tot 1990. De toename in CH4 emissies vermindert deze ozontrend met +1,4% per decennium tot -4,4% per decennium, hetgeen goed overeenkomt met TOMS- en Dobsonmetingen. De toename in N2O emissies heeft nauwelijks effect op deze ozontrend. De afname in temperatuur in de stratosfeer door een stijging van CO2 emissies vermindert de ozonafbraak eveneens, wat ook kan gebeuren door een toename in NOx emissies. Deze interacties kunnen het herstel van de ozonlaag in de komende decennia bespoedigen. Door een toename in CH4 emissies volgens het IS92a scenario kunnen 1980 ozonniveaus in ongeveer 2060 bereikt worden vergeleken met 2080 als CH4 emissies niet toenemen. De temperatuurafname in de stratosfeer kan initieel het herstel van de ozonlaag met een aantal jaren versnellen. Hierbij wordt een mogelijke extra ozonafbraak door de vorming van polaire stratosferische wolken over grote delen van de aarde niet meegenomen.The depletion of the ozone layer is caused mainly by the increase in emissions of chlorine- and bromine-containing compounds like CFCs, halons, carbon tetrachloride, methyl chloroform and methyl bromide. Emissions of greenhouse gases can affect the depletion of the ozone layer through atmospheric interaction. We studied the interactions in the atmosphere between the greenhouse effect and stratospheric ozone depletion from the point of view of past and future emissions of the anthropogenic compounds: CFCs, halons, CH4, N2O, NOx, CO and CO2. In our investigation the increase in emissions of chlorine- and bromine-containing compounds, largely responsible for the depletion of stratospheric ozone at mid-latitudes, was found to be -5.8% per decade from 1980 to 1990. The increase in CH4 emissions in the same period changes this ozone depletion by +1.4% per decade to -4.4% per decade, which is close to TOMS and Dobson measurements. The increase in N2O emissions hardly affects this depletion. The decrease in stratospheric temperatures due to increased CO2 emissions also diminishes the ozone depletion ; the same may also happen when NOx emissions are increased. The effect of these interactions in coming decades is to accelerate the recovery of the ozone layer. The trend in CH4 emissions described in the business-as-usual scenario IS92a may yield 1980 ozone column levels in 2060 compared with 2080 with CH4 emissions fixed at 1990 levels. The temperature decrease in the stratosphere may initially also accelerate the recovery of the ozone layer by several years, ignoring a possible large extra ozone depletion by the extra formation of polar stratospheric clouds over large areas of the world.DGM/L&

Beschrijving van het RIVM 2-dimensionaal stratosfeermodel

Voor het uitvoeren van assessmentstudies met betrekking tot de stratosfeer en het bestuderen van de invloed van veranderingen in de stratosfeer op de troposfeer en het klimaat, is bij het Laboratorium voor Luchtonderzoek op het RIVM sinds kort een model van de stratosfeer in gebruik. In dit rapport wordt een beschrijving gegeven van het model en worden een aantal simulaties besproken waarmee eigenschappen van het model zijn onderzocht. In de nabije toekomst zal het model worden gebruikt voor het analyseren van de invloed van verschillende scenario's van CFK's, HCFK's and HFK's op ozon in de stratosfeer, UV in de troposfeer, de stralingsforcering op het klimaat en voor het bestuderen van de invloed van veranderingen in de stratosfeer op de troposfeer en het klimaat. Het model, afkomstig van de Universiteit van Cambridge in Engeland, geeft een 2-dimensionale representatie van de atmosfeer van de noord- tot en met de zuidpool en van 0 tot 60 km hoogte. De drie hoofdcomponenten van het model simuleren de volgende processen in de atmosfeer: dynamica, chemie en straling. Deze drie processen hebben een sterke interactie in het model waardoor allerlei terugkoppelingseffecten kunnen worden bestudeerd. De hier beschreven versie van het model maakt gebruik van van tevoren berekende transport velden. Het model beschrijft naast de ozon-, methaan-, stikstof-, chloor- en broomcycli ook het gedrag van antropogene stoffen als bijvoorbeeld de CFK's. Uit de simulaties met het model wordt geconcludeerd dat de grootschalige transportverschijnselen (de Hadley-cellen, de troposfeer-stratosfeer uitwisseling en de Brewer-Dobson-circulatie) in de troposfeer en stratosfeer goed worden gerepresenteerd, evenals de chemische reacties. Waarschijnlijk door een combinatie van factoren wordt het transport in de troposfeer tussen het noordelijk en het zuidelijk halfrond licht onderschat in het model. Het belang van het transport in de stratosfeer blijkt duidelijk uit box-chemie berekeningen. Stratosferisch ozon wordt voornamelijk geproduceerd boven de tropen waarna het naar hogere breedtegraden wordt getransporteerd door de grootschalige Brewer-Dobson-circulatie in de stratosfeer. Hierdoor worden maxima gevonden in de ozonkolom in het voorjaar op gematigde breedten en minima bij de tropen. De overeenstemming tussen gemodelleerde ozonkolommen en satellietmetingen van het TOMS-instrument is goed. De kleine verschillen zijn karakteristiek voor bijna alle stratosfeermodellen. De hydroxyl concentratie in de troposfeer is van groot belang voor de afbraak van veel stoffen (bijv. methaan, koolstofmonoxide, HCFK's, HFK's). Door het vergelijken van scenarioberekeningen van methylchloroform met waargenomen concentraties in de atmosfeer is de afbraak van methylchloroform bestudeerd evenals de hydroxyl concentratie in de troposfeer. Gebleken is dat de totale afbraak van methylchloroform door het hydroxyl in de troposfeer goed met metingen overeenkomt, hetgeen een indicatie is dat de concentratie van methylchloroform, maar ook van HCFK's en van HFK's, in de atmosfeer goed door het model kan worden beschreven. Dit is van groot belang bij scenario studies naar de invloed van HCFK's en HFK's op de aantasting dan wel herstel van de ozonlaag en op het broeikaseffect.For performing assessment studies on the stratosphere and studying the influence of changes in the stratosphere on the troposphere and climate, the Air Research Laboratory of the RIVM has recently implemented a model of the stratosphere. In this report, a description of the model will be given and a number of simulations describing the behaviour of the model will be discussed. In the near future the model will be used for analyzing the effects of different scenarios of CFCs, HCFCs and HFCs on stratospheric ozone, UV radiation in the troposphere, radiative forcing of climate and for studying the effects of changes in the stratosphere on the troposphere and climate. The model, obtained from the University of Cambridge in the United Kingdom, is a 2-dimensional model of the atmosphere extending from the North to the South poles and from 0 to 60 km altitude. The model's three major components simulate the dynamics, chemistry and radiation in the atmosphere. Since these three processes are strongly linked in the model, interactions between the different processes can be studied. The version of the model described here uses precalculated transport fields. The ozone, methane, nitrogen, chlorine and bromine chemical cycles are simulated in the model as well as the distribution of anthropogenic compounds such as CFCs. We conclude from the first simulations with the model that the large-scale transport (the Hadley cells, the troposphere-stratosphere exchange and the Brewer-Dobson circulation) in the troposphere and stratosphere is well represented, as well as the chemical reactions. A combination of factors is probably responsible for the slight underestimation of the interhemispheric transport in the model. The box chemistry calculations clearly show the importance of transport in the stratosphere. Stratospheric ozone is produced mainly in the tropics and transported to higher latitudes by the large-scale Brewer-Dobson circulation in the stratosphere. This results in maxima in the ozone column at mid-latitudes in spring and minima in the tropics. The agreement between the modelled ozone columns and satellite measurements with the TOMS instrument is good. The small differences are characteristic for almost all stratosphere models. The tropospheric hydroxyl concentration is very important for the destruction of a number of compounds, e.g. methane, carbon monoxide, HCFCs, HFCs. Scenario calculations of methyl chloroform have been performed and compared with observed atmospheric concentrations to obtain information on the destruction of methyl chloroform and of the hydroxyl concentration in the troposphere. The total loss of methyl chloroform in the troposphere agrees very well with measurements. This indicates that the model can simulate the methyl chloroform concentration, but also the concentration of HCFCs and HFCs, in the atmosphere fairly well. This is very important for studying the effects of different scenarios of HCFCs and HFCs on the destruction or recovery of the ozone layer and on the greenhouse effect.DGM/L

Effect van broeikasgasemissies op stratosferische ozonaantasting

The depletion of the ozone layer is caused mainly by the increase in emissions of chlorine- and bromine-containing compounds like CFCs, halons, carbon tetrachloride, methyl chloroform and methyl bromide. Emissions of greenhouse gases can affect the depletion of the ozone layer through atmospheric interaction. We studied the interactions in the atmosphere between the greenhouse effect and stratospheric ozone depletion from the point of view of past and future emissions of the anthropogenic compounds: CFCs, halons, CH4, N2O, NOx, CO and CO2. In our investigation the increase in emissions of chlorine- and bromine-containing compounds, largely responsible for the depletion of stratospheric ozone at mid-latitudes, was found to be -5.8% per decade from 1980 to 1990. The increase in CH4 emissions in the same period changes this ozone depletion by +1.4% per decade to -4.4% per decade, which is close to TOMS and Dobson measurements. The increase in N2O emissions hardly affects this depletion. The decrease in stratospheric temperatures due to increased CO2 emissions also diminishes the ozone depletion ; the same may also happen when NOx emissions are increased. The effect of these interactions in coming decades is to accelerate the recovery of the ozone layer. The trend in CH4 emissions described in the business-as-usual scenario IS92a may yield 1980 ozone column levels in 2060 compared with 2080 with CH4 emissions fixed at 1990 levels. The temperature decrease in the stratosphere may initially also accelerate the recovery of the ozone layer by several years, ignoring a possible large extra ozone depletion by the extra formation of polar stratospheric clouds over large areas of the world.De aantasting van de ozonlaag wordt voornamelijk veroorzaakt door de toename in emissie van chloor- en broomhoudende verbindingen als CFK's, halonen, koolstoftetrachloride, methylchloroform en methylbromide. Emissies van broeikasgassen kunnen de aantasting van de ozonlaag be-invloeden via atmosferische interacties. In deze studie hebben wij de interacties in de atmosfeer onderzocht tussen het broeikaseffect en de aantasting van de ozonlaag vanuit het oogpunt van emissies van antropogene stoffen in het verleden en in de toekomst: CFK's, halonen, CH4, N2O, NOx, CO en CO2. De toename in emissies van chloor- en broomhoudende verbindingen is verantwoordelijk voor een trend in ozon kolom van -5,8% per decennium op gematigde breedte van 1980 tot 1990. De toename in CH4 emissies vermindert deze ozontrend met +1,4% per decennium tot -4,4% per decennium, hetgeen goed overeenkomt met TOMS- en Dobsonmetingen. De toename in N2O emissies heeft nauwelijks effect op deze ozontrend. De afname in temperatuur in de stratosfeer door een stijging van CO2 emissies vermindert de ozonafbraak eveneens, wat ook kan gebeuren door een toename in NOx emissies. Deze interacties kunnen het herstel van de ozonlaag in de komende decennia bespoedigen. Door een toename in CH4 emissies volgens het IS92a scenario kunnen 1980 ozonniveaus in ongeveer 2060 bereikt worden vergeleken met 2080 als CH4 emissies niet toenemen. De temperatuurafname in de stratosfeer kan initieel het herstel van de ozonlaag met een aantal jaren versnellen. Hierbij wordt een mogelijke extra ozonafbraak door de vorming van polaire stratosferische wolken over grote delen van de aarde niet meegenomen

De impact van NOx emissies van subsoon vliegverkeer op de atmosfeer: een 3D model studie van de veranderingen in ozon en stralingsforcering van de periode 1990-1025

Het mondiale vliegverkeer is de laatste decennia sterk gestegen en groeit naar verwachting in de komende 20 jaar met 5-6% per jaar. De emissies van sporengassen van vliegverkeer zoals, kooldioxide, stikstofoxiden, koolwaterstoffen, zwaveldioxide, waterdamp en roet kunnen effecten hebben op het milieu. De modelresultaten laten zien dat NOx emissies van vliegverkeer een toename veroorzaken van de NOx en ozonconcentraties in de hoge troposfeer en lage stratosfeer, en een positieve stralingsforcering. Vliegverkeeremissies resulteren in 1990, in een toename in NOx concentraties op 10-11 km van ongeveer 20 ppt in januari en 50 ppt in juli boven het noordelijk halfrond, hetgeen correspondeert met een relatieve toename van 50%. De maximum toename in ozonconcentraties door vliegverkeer op gematigde breedtes op het noordelijk halfrond is ongeveer 2,5% in januari en 3-4% in juli. The ozonveranderingen door vliegverkeer veroorzaken een mondiaal gemiddelde stralingsforcering van 0.013 W/m2 in januari en 0.025 W/m2 in juli. De ANCAT projecties voor 2015 geven 90% hogere NOx emissies dan in 1990, met als gevolg dat tussen 1990 en 2015 de berekende NOx verstoring door vliegveer toeneemt met ongeveer 100% en de ozonverstoring met ongeveer 50-70%. De mondiaal gemiddelde stralingsforcering ten gevolge van ozonveranderingen door vliegverkeer neemt in dezelfde periode met ongeveer 50% toe. De toename in de ozonconcentraties door emissies van vliegverkeer is groter dan ten gevolge van oppervlaktebronnen van de industrie, elektriciteitsproductie en autoverkeer.Global air traffic has increased extensively during the last few decades and is expected to increase further over the next 20 years by about 5-6% per year. Emissions of trace gases such as carbon dioxide, nitrogen oxides, hydrocarbons, sulphur oxides, water vapour and soot from aircraft can have environmental effects. The model results indicate that NOx emissions from aircraft cause an increase in the NOx and ozone concentrations in the upper troposphere and lower stratosphere, and a positive radiative forcing. For 1990 aircraft emissions result in an increase in the NOx concentration at 10-11 km of about 20 ppt in January and 50 ppt in July over the northern mid-latitudes, corresponding to a relative increase of about 50%. The maximum increase in the ozone concentrations due to the aircraft emissions at northern mid-latitudes is about 2.5% in January and 3-4% in July. The aircraft-induced ozone changes cause a global average radiative forcing of 0.013 W/m2 for January and 0.025 W/m2 for July. The 2015 ANCAT projection, yield 90% higher aircraft NOx emissions than in 1990. As a consequence of this, the calculated NOx perturbation by aircraft emissions increases by about 100% between 1990 and 2015, and the ozone perturbation by about 50-70%. The global average radiative forcing due to the aircraft-induced ozone changes increases by about 50% between 1990 and 2015. The perturbation of ozone due to the aircraft NOx emissions increases faster during this period than that due to NOx surface sources from industry, electricity production and road traffic.DGM/L&