[Onderzoek naar het functioneren van een opstelling voor het meten van droge depositiefluxen van SO2 en NO2 boven bos.]

Abstract niet beschikbaarThis report deals with the performance of a monitoring system for continuous determination of SO2 and NO2 dry deposition fluxes to forests. The system consists of several meteorological instruments, gas monitors, a computer and data acquisition equipment. Fluxes of SO2 and NO2 are determined according to the gradient method and with the eddy correlation technique (only for NO2). The performance was studied from December 1991 to August 1992 both in the laboratory and in the field, at the heathland site Elspeetsche Veld next to an SO2 dry deposition system for low vegetation. The results of these experiments were used to determine the reliability of the forest system and to estimate the error in measured deposition fluxes. For SO2 the system works well. The SO2 monitors and meteorological instruments are reliable for monitoring. The average random error in SO2 fluxes and deposition velocities is 50%, based on 4-hour average gradients, and systematic errors are generally limited to 20%. For NO2 the system is less suitable. The NO2 monitors frequently show technical problems and require a lot of maintenance. The random error in the NO2 fluxes determined with the gradient method is 50% to 250% for 4-hour average gradients. Systematic errors are caused by reactions involving O3, NO and NO2, and by interferences of O3, PAN and H2O on the signal of the NO2 monitor. Nevertheless, these fluxes show approximately the same diurnal course as those obtained from a parameterization, which is based on the assumption that the surface exchange of NO2 is mainly determined by stomatal behaviour. NO2 fluxes determined with the eddy correlation were systematically underestimated. This method must be further investigated. After the performance study the system was installed at the site Speulder forest (in November 1992), where it was operated, further improved and extended with instruments for determination of NH3 fluxes.DGM/L

Een meetopstelling voor het monitoren van droge depositiefluxen van SO2 op lage vegetatie

De verbeteringen van de meetopstelling die sinds 1987 operationeel is worden in dit rapport besproken. Verder worden de opstelling zelf en de nauwkeurigheid van de ermee bepaalde fluxen geevalueerd door vergelijking met waarden bepaald met een soortgelijke opstelling voor bossen, die gedurende de eerste helft van 1992 werd getest naast de lage vegetatie-opstelling op de heidelocatie Elspeetsche Veld. Uit deze evaluatie volgt dat de onzekerheid in uurgemiddelde SO2 fluxen afgeleid uit de metingen 25% voor stabiele, 50% voor neutrale (die het meest voorkomen) en 300% voor onstabiele omstandigheden is, terwijl de totale systematische fout ca. 10 tot 20% bedraagt. Omdat vanwege de beperkingen van de gradientmethode fluxen niet altijd direct uit de meetwaarden kunnen worden berekend, is een parametrisatie van de SO2 oppervlakteweerstand Rc ontwikkeld gebaseerd op meetresultaten en literatuurwaarden. Hieruit bleek, dat 44% van de variantie in geparametriseerde versus gemeten waarden verklaard kon worden, en dat er geen systematische verschillen waren. Door combinatie van de Rc parametrisatie voor verworpen perioden (d.w.z. perioden die niet aan de eisen voor toepassing van de gradientmethode voldoen) met gemeten waarden voor geselecteerde perioden, kunnen jaargemiddelde SO2 fluxen and depositiesnelheden worden bepaald met onzekerheden in de orde van 20-30%. De jaargemiddelde flux van SO2 op Elspeetsche Veld werd op deze wijze bepaald op 250+-100 mol ha-1 j-1 en de depositiesnelheid op 1.0+-0.1 cm s-1. Van juni 1994 tot januari 1996 was de opstelling werkzaam op de locatie Oostvaarderplassen (semi-natuurlijk grasland). Door frequente uitval van de stroomgenerator werden gedurende een groot deel van deze periode geen data verkregen. Op grond van de beperkte, technische gevalideerde data werd met een Rc parametrisatie voor deze locatie een gemiddelde depositiesnelheid van 0.7+-0.6 cm s-1 geschat. Omdat deze metingen echter slechts 15% van de hele periode besloegen, kan deze depositiesnelheid niet als een jaargemiddelde worden beschouwd. Voor toekomstig gebruik wordt daarom aanbevolen om de opstelling altijd op netspanning te laten draaien.The improvements of the monitoring system which has been used since 1987 are discussed. The performance of the system in due form, and the reliability and accuracy of the fluxes were evaluated by comparing values to those obtained with a similar dry deposition system for forests, which was tested next to the low vegetation system during the first half of 1992 at the heathland site Elspeetsche Veld. The evaluation showed that the total uncertainty in the hourly average SO2 dry deposition fluxes derived from the measurements is 25% for stable, 50% for neutral (which occur most of the time) and 300% for unstable conditions, while the total systematic error is in the range of 10 to 20%. Since fluxes cannot always be directly calculated from measured data due to limitations of the gradient method, a parameterization of the SO2 surface resistance Rc was developed based on measurement results and on literature. It was found that 44% of the variance in parameterized versus measured vd values was accounted for, with no systematic differences. By combining the surface resistance parameterization for rejected periods (periods, which did not fulfil the demands for application of the gradient method) with measured values during selected periods, yearly average SO2 fluxes and deposition velocities can be obtained with uncertainties in the order of 20-30%. At Elspeetsche Veld, the yearly average flux of SO2 was found to be 250+-100 mole ha-1 y-1 and the deposition velocity 1.0+-0.1 cm s-1. From June 1994 until January 1996, the system was operated at the semi-natural grassland site Oostvaarderplassen. Unfortunately, most of the data were lost due to frequent technical failure of the power generator used at this site. Using the Rc parameterization for this site, an average deposition velocity of 0.7+-0.6 cm s-1 was estimated from the technically validated measurements. However, since these measurements covered only 15% of the total period, this deposition velocity cannot be considered a yearly average. In future applications, the system should therefore always be connected to the mains electricity supply.DGM/L

[Evaluatie van droge depositiemetingen ten behoeve van monitoring boven het Speulder bos.]

Since November 1992 continuous vertical concentration gradients of SO2, NO2 and NH3 as well as relevant meteorological parameters have been measured at a Douglas fir forest site in the Netherlands. It has been investigated whether these measurements are suitable for routine application and if annual average dry deposition fluxes can be estimated. It was found that the gradient method for SO2 and NH3 routine application is possible and annual average fluxes can be estimated. Routine application for NO2 is not yet possible because of frequent instrumental failure and because the influence of chemical reactions on the fluxes can not yet be separated from deposition fluxes. From the results of the measurements dry deposition parameters have been derived. In this report the primary results for SO2 and NH3 are presented. Surface resistances for SO2 and NH3 show strong diurnal variations during dry conditions. Lowest values occur during the daytime. When the leaf surface is wet, Rc values are generally low, independent on the time of the day. An Rc parameterization for SO2 derived from analogous measurements over a heathland was tested at the forest site, A good agreement between measured and modelled dry deposition velocities was obtained with no systematic deviations (40% of variance accounted for). A first order surface resistance parameterization for NH3 has been derived from the measurements at Speulder forest. Under conditions of deposition there is a reasonable agreement between deposition velocities obtained from the parameterization and from the measurements (25% of variance accounted for). Under conditions of emissions ( time), however, there is no agreement between the modelled and 'measured' Vd.DGM/L

Droge depositiemonitoring in het Speulder bos: 1. Projectbeschrijving en eindresultaten

In 1990 werd het 'Project Speuld' gestart dat tot doel had een depositie-monitoring opstelling voor verzurende komponenten boven het Speulderbos te implementeren ten behoeve van het continu bepalen van de depositie op het bos en daarmee het beleid onafhankelijk te kunnen evalueren. Het meetpunt Speulder bos zou uiteindelijk onderdeel moeten worden van het Landelijk Meetnet Luchtkwaliteit van het RIVM. In 1993 werd vanuit het LIFE project van de Europese Commissie DG XI het project 'Towards the development of a deposition monitoring network for air pollution of Europe' gefinancierd. Het doel van dit project was het ontwikkelen en implementeren van een depositiemonitoring-methode voor luchtverontreiniging in Europa. Een dergelijke methode zou gebruikt moeten worden als uitbreiding van bestaande Europese monitoring netwerken voor het meten van luchtconcentraties om depositieschattingen op ecosysteem-schaal te kunnen maken. In dit project werd een drietal monitoringstations ontworpen welke op drie plaatsen in Europa gedurende een jaar werden ingezet: Auchencorth, in een semi-natuurlijke lage vegetatie in Schotland ; Melpitz, in een grasland in Duitsland en Speulder bos, een Douglas sparrenbos in Nederland. Dit project betekende een uitbreiding van het project Speuld, waardoor er een uitbreiding van gemeten componenten plaats vond en verbetering aangebracht kon worden in bestaande methoden. Dit rapport beschrijft de resultaten van het deel van het LIFE project dat is uitgevoerd in het Speulder bos. Daarnaast kan dit rapport beschouwd worden als de eindrapportage van het project Speuld.In 1990 a project started which was aimed at developing a monitoring method of SO2, NH3 and NO2 to Speulder forest. In January 1993, within the framework of the LIFE programme a project was financed which aim was to develop a deposition monitoring method for air pollution of Europe. This method should be used to extend existing European monitoring networks of air concentrations to provide deposition inputs on an ecosystem scale. Within this LIFE project, a monitoring station for atmospheric deposition was designed and constructed using existing methods, of which some were already installed at Speulder forest. Three such stations were applied in a pilot project for a year on three sites in different regions in Europe to estimate local inputs and to validate deposition models which are currently developed for estimation of ecosystem-specific deposition in Europe. Installation was completed by the end of 1994. One year of monitoring was executed in 1995, of which the results are presented in this report. The equipment for flux measurements provided continuous high quality data for all major gaseous and particulate pollutants throughout the range of pollution climates present in Central and Northern Europe. The monitoring facility was therefore highly successful.DGM EC/DG1

Monitoring van droge depositie op het Speulderbos. Beschrijving van de opstelling en evaluatie van meetmethoden

Dit rapport maakt deel uit van een serie rapporten, die geschreven zijn als afsluiting van de projecten Speuld (RIVM project 722108) en EC LIFE (93/NL/A23/NL/3547). Het rapport bevat een uitgebreide beschrijving van de opstelling voor de continue bepaling (monitoring) van droge depositiefluxen van verzurende componenten in het Speulderbos, en een evaluatie van de instrumenten en van de opstelling als geheel. Ook wordt een gedetailleerde foutenanalyse gegeven van de gas- en deeltjesfluxen die uit de meetgegevens zijn afgeleid, en worden enkele suggesties voor verbeteringen en correctieprocedures voor de fluxberekeningen gedaan. Uit de foutenanalyse volgt dat de fluxen van SO2, NH3 en NO met voldoende nauwkeurigheid kunnen worden bepaald. De onzekerheden in jaargemiddelde fluxen bedragen slechts een paar procent. Voor NOx en NO2 zijn de onzekerheden in uur- en jaargemiddelde fluxen veel groter, vooral door systematische fouten veroorzaakt door interferenties van HNO2, HNO3 and NH3, waardoor de fluxen 50% tot 100% overschat worden. In de toekomst kunnen de onzekerheden aanzienlijk worden gereduceerd door frictiesnelheden en sensibele warmtefluxen te corrigeren voor obstructie van de flow ; door sensibele warmtefluxen te corrigeren voor de invloed van vocht en windsnelheid ; en door gasconcentraties te corrigeren voor drukeffecten en interferenties. Voor dit laatste is het noodzakelijk de concentraties en gradienten van de interfererende componenten ook continu te meten ; eventueel kunnen de gradienten worden geschat uit geparametriseerde depositiesnelheden. De correctieprocedures worden in dit rapport beschreven. De onzekerheden in fluxen van HNO2, HNO3, HCl en deeltjesvormige componenten werden geschat op 30% voor de zure gassen, 40% voor de zure aerosolen en basische kationen en 50% voor de zware metalen. Ze worden vooral bepaald door onzekerheden in geparametriseerde depositiesnelheden.This report is part of a series of reports published to complete the projects Speuld (RIVM project 722108) and EC LIFE (93/NL/A23/NL/3547). The report describes a monitoring system for continuous determination of dry deposition fluxes of acidifying components to the Speulder forest, and evaluates the performance of the several instruments used in the system and of the system as a whole. A detailed error analysis of the gas and particle fluxes derived from the data of the system, and some recommendations for final improvements and flux correction procedures are given as well. The error analysis shows that fluxes of SO2, NH3 and NO can be determined with acceptable accuracy. Systematic errors for NOx and NO2 are large, yielding on the average about 50 to 100% overestimation of the fluxes. These errors are mainly caused by interferences of HNO2, HNO3 and NH3. In future measurements, the systematic errors can be significantly reduced by correcting friction velocities and sensible heat fluxes for flow distortion, correcting sensible heat fluxes for the influence of moisture flux and horizontal wind velocity, and correcting gas concentrations for pressure effects and interferences. The latter requires continuous determination of the interferents concentrations and concentration differences ; the latter might also be estimated from parameterized deposition velocities. The correction procedures are described in this report. The uncertainties in fluxes of HNO2, HNO3 and HCl and particulate compounds were estimated to be 30% for acidic gases, 40% for acidic aerosols and basic cations and 50% for heavy metals. They are mainly a result of uncertainties in parameterized deposition velocities.DGM/L