U bent hier: Home / Documentatie / Modellen / RIO-IFDM-OSPM

RIO-IFDM-OSPM

Hoe komen de RIO-IFDM-OSPM kaarten tot stand?

De RIO-IFDM-OSPM kaarten tonen het resultaat van een koppeling van drie modellen:

- de interpolatie van luchtkwaliteitsmetingen (RIO-interpolatiemodel)

- de berekening van de luchtkwaliteit op basis van meteorologische gegevens en de uitstoot van luchtverontreinigende stoffen (bi-Gaussiaans dispersiemodel IFDM).

- de berekening van de impact van "street canyon" effecten (OSPM model)

Op deze pagina bespreken we de drie modellen en gaan we dieper in op de voor- en nadelen van de combinatie RIO-IFDM-OSPM.

RIO-model: interpolatie luchtkwaliteitsmetingen

In België wordt de luchtkwaliteit gemeten via vaste meetplaatsen die verspreid staan over het ganse grondgebied. Deze metingen gebeuren met automatische meettoestellen en geven een zeer nauwkeurig beeld van de luchtkwaliteit op die meetplaatsen. Het is echter onmogelijk om overal te meten. Om de luchtkwaliteit in te schatten op plaatsen waar niet gemeten wordt, worden computermodellen ingezet. Het RIO-model is zo’n model en berekent de concentraties van een aantal luchtvervuilende stoffen.

RIO is een “interpolatie” model. Het gebruikt de beschikbare metingen die gebeuren op de vaste meetposten, en interpoleert die op een “slimme” manier. Slim, omdat RIO ook informatie over landgebruik mee in rekening neemt. Er bestaat immers een relatie tussen de hoeveelheid luchtvervuiling en het landgebruik. In steden, en dus gebieden met veel bewoning en verkeer is er bijvoorbeeld meer luchtvervuiling dan op plaatsen in bosrijke zones. Met RIO kan een inschatting gemaakt worden van de “achtergrondconcentraties” voor gebieden met een oppervlakte van 4x4 km². Binnen zo’n gridcel van 4x4 km² kan RIO echter geen onderscheid maken tussen bijvoorbeeld kleinere bosgebieden en meer verstedelijkte gebieden of plaatsen met veel verkeer. Met andere woorden: per gridcel van 4x4 km² kan er één gemiddelde concentratie berekend worden.

RIO 4x4km - Leuven
Een voorbeeld van een RIO 4x4 km² kaart (zoom op Leuven).

Om binnen een 4x4km2 gridcel toch over meer gedetailleerde informatie van de luchtkwaliteit te beschikken, wordt de RIO interpolatietechniek gecombineerd met het IFDM model.

IFDM-model: berekening luchtverontreiniging

IFDM berekent de impact van de emissies (uitstoot van vervuilende stoffen naar de lucht) van punt- en lijnbronnen op de luchtkwaliteit in de onmiddellijke omgeving van die punt- of lijnbronnen. Een puntbron is bijvoorbeeld een fabrieksschouw. Een lijnbron is de uitstoot van het verkeer op een weg of een deel van een weg.

De exacte locatie van de belangrijkste industriële bronnen en de hoeveelheid uitgestoten luchtvervuiling is gekend. Via verkeerstellingen en de gemiddelde samenstelling van het wagenpark kan ook een goede inschatting gemaakt worden van de uitstoot van het wegverkeer per weg(segment). Deze uitstoot per weg(segment) is gekend voor de belangrijkste stedelijke- en gewestwegen en de snel- en ringwegen.

In de huidige versie van IFDM worden alleen wegverkeer, scheepvaart en industriële bronnen gemodelleerd. Andere bronnen van luchtvervuiling zoals landbouw en huishoudens worden niet apart gemodelleerd, maar zitten in de RIO 4x4 km² “achtergrond”. In tegenstelling tot punt- of lijnbronnen zijn de emissies van de landbouw en de huishoudens immers veel meer gespreid over grotere gebieden.

Om te vermijden dat de verkeers- en industriële bronnen dubbel berekend worden, wordt een “dubbeltellingscorrectie” toegepast. In de RIO 4x4 km² resultaten, die het resultaat zijn van geïnterpoleerde metingen, zitten immers de bijdragen van alle bronnen.

Het IFDM model maakt geen gebruik van metingen zoals de RIO interpolatiemethode, maar berekent de concentraties van luchtvervuilende stoffen op basis van emissiedata en meteorologische gegevens zoals windsnelheid, windrichting en de temperatuur. Deze meteorologische gegevens bepalen immers de mate waarin en naar waar de vervuiling wordt verspreid. Voor sommige stoffen zoals stikstofdioxide (NO2) of ozon (O3) spelen ook chemische reacties in de atmosfeer een rol. De snelheid van die chemische reacties wordt o.a. bepaald door de temperatuur.

IFDM berekeningen gebeuren voor meer dan 600 000 punten voor gans België met de grootste densiteit van punten langs wegen en in de buurt van industriële bronnen. Langs de belangrijkste wegen worden de concentraties op een afstand van 15, 140, 500, 1000, 2000, 3000 en 4000 meter berekend. Via een verdere bewerking (interpolatie) wordt dan een meer gedetailleerde concentratiekaart bekomen.

Receptorpunten RIO-IFDM - Leuven
IFDM-grid voor de omgeving van Leuven.

RIO-IFDM resultaat 2016 - Leuven
Combinatie RIO-IFDM voor de omgeving van Leuven.

OSPM: impact van "street canyons"

Het IFDM dispersiemodel is een 'open street' model en houdt geen rekening met obstakels (bomen, geluidsschermen, gesloten huizenrijen...) langs de wegen waar de impact van het verkeer wordt berekend. Dit betekent dat RIO-IFDM in smalle straten met veel verkeer in de grote binnensteden (zogenaamde “street canyons”) de concentraties zal onderschatten. De natuurlijke ventilatie in deze straten is beperkt waardoor de luchtvervuiling zich tussen de bebouwing minder goed kan verspreiden. Om ook hiermee rekening te houden wordt de RIO-IFDM keten verder uitgebreid met een derde model: het "OSPM" model. Dit model gebruikt zeer gedetailleerde informatie over de straatconfiguratie. Deze informatie is voor gans Vlaanderen in kaart gebracht. Voor alle straten die als street canyon worden beschouwd wordt dan ook een OSPM berekening uitgevoerd. Hierdoor wordt ook rekening gehouden met de slechtere verdunning van de luchtvervuiling in deze straten.

RIO-IFDM-OSPM resultaat 2016 - Leuven

Combinatie RIO-IFDM-OSPM voor de omgeving van Leuven.

Betrouwbaarheid combinatie RIO-IFDM-OSPM?

Uit een eerste reeks validatieoefeningen blijkt dat de RIO-IFDM-OSPM combinatie momenteel de best mogelijke (reken)tool is om de luchtkwaliteit tot op straatniveau te modelleren. Het resultaat van een validatieoefening met een set van 50 onafhankelijke metingen (van stikstofdioxide of NO2) die plaatsvonden in de stad Gent in 2016 leert ons dat de validatieparameters voor RIO-IFDM-OSPM beter zijn dan de RIO-IFDM combinatie. Een modelvalidatie gebeurt door modelresultaten te vergelijken met gemeten resultaten. Het resultaat van deze validatieoefening kan je hier vinden.

Het RIO-IFDM-OSPM model wordt ook continu verder verbeterd en verfijnd op basis van nieuwe wetenschappelijke inzichten.

Voordelen RIO-IFDM-OSPM

Het grote voordeel van de RIO-IFDM-OSPM combinatie is dat de luchtkwaliteit met een hoge ruimtelijke resolutie, tot op straatniveau, kan ingeschat worden. Hierdoor kan de bevolking beter geïnformeerd worden over de luchtkwaliteit en kan de blootstelling van de bevolking en de impact op de gezondheid op een gedetailleerder en correcter niveau gebeuren. Dit soort berekeningen zijn niet onbelangrijk aangezien één van de doelstellingen van het Europese luchttkwaliteitsbeleid een vermindering is van ongeveer 50% gezondheidsimpact tegen 2030 (New Air Quality Package, A Clean Air Programme for Europe, zie: http://ec.europa.eu/environment/air/clean_air_policy.htm).

Ook knelpuntgebieden (=gebieden waar bijvoorbeeld de EU grenswaarden worden overschreden) kunnen beter in kaart gebracht worden. Dit laat beleidsmakers toe om meer gerichte maatregelen te nemen om de luchtkwaliteit verder te verbeteren.

Beperkingen RIO-IFDM-OSPM

De met RIO-IFDM-OSPM berekende luchtkwaliteit op een bepaalde plaats is een zo goed mogelijke benadering van de werkelijkheid maar is, zoals alle modelberekeningen, onderhevig aan onzekerheden. De berekende concentratie kan op elke locatie dus hoger of lager zijn dan de (weliswaar niet gekende) werkelijke concentratie . Dit is eigen aan luchtkwaliteitsmodellen. De onzekerheid van modelberekeningen is doorgaans groter dan de onzekerheid van metingen.

De RIO-IFDM-OSPM modelcombinatie heeft ook een aantal beperkingen

  • - Er is geen informatie beschikbaar over de uitstoot van het verkeer op de kleinste wegen en/of wegen met zeer weinig verkeer. Het verkeer (en de bijhorende uitstoot) op die wegen wordt toegewezen aan de grotere wegen waarop de kleinere wegen aansluiten. De berekende concentraties kunnen op die grotere wegen dus wat overschat en op de kleinere wegen wat onderschat worden;

  • - De impact van straten met heel weinig verkeer (waar de NOx-emissies kleiner zijn dan 0.25 kg/km/u) worden niet doorgerekend met IFDM. Deze bronnen zitten wel in de RIO achtergrond. Doordat het IFDM grid is opgebouwd rond de wegen met emissies groter dan 0.25 kg/km/u, zijn er mogelijk artefacten te zien op de kaarten;

  • - De uitstoot van het verkeer per weg (of wegsegment, een deel van een weg) wordt bepaald op basis van verkeerstellingen, snelheden en informatie over de samenstelling van het wagenpark. Deze gegevens worden ook ingeschat of gemodelleerd en zijn niet voor elke straat exact gekend;

    - Met tijdelijke verkeerssituaties (omleidingen, files,...) wordt geen rekening gehouden. Met nieuwe verkeerssituaties (circulatieplannen, nieuwe wegen, ...) kan slechts rekening gehouden worden van zodra ze in het verkeersnetwerk opgenomen zijn. Het effect van een nieuwe verkeerssituatie (die leidt tot meer of minder verkeer) op de berekende concentraties zal dus niet onmiddellijk zichtbaar zijn op de RIO-IFDM-OSPM kaarten;

  • - De fijnstofconcentraties in street canyons worden nog onderschat door de modelketen omdat het herhaaldelijk opwaaien van stof door het verkeer niet in rekening wordt gebracht.


Meer gespecialiseerde informatie vind je terug in volgende rapporten en wetenschappelijke artikels :

  • - Janssen et al., 2008, “Spatial interpolation of air pollution measurements using CORINE land cover data”, Atmospheric Environment 42 (20) 4884–4903

  • - Lefebvre et al.,2013 ”Presentation and evaluation of an integrated model chain to respond to traffic- and health-related policy questions”, Environmental Modelling & Software 40 160- 170

  • - Lefebvre W., Vranckx S.,2013 “Validation of the IFDM model for use in urban applications”