Atmosferische rekenmodellen voor instrument op Sentinel-5P satelliet gereed

Wetenschappers van SRON hebben hun atmosferische modellen op orde en zijn er helemaal klaar voor: het infrarode (IR) deel van de gegevens die het Nederlandse ruimte-instrument Tropomi straks gaat leveren. Het Tropomi instrument aan boord van de aardobservatiesatelliet Sentinel 5P die de Europese ruimtevaartorganisatie ESA ontwikkelde voor het Copernicus programma van de EU, wordt de tweede helft van dit jaar gelanceerd.

Tropomi gaat atmosfeerwetenschappers eindelijk in groot detail vertellen waar en in welke hoeveelheden verschillende broeikasgassen en andere sporengassen er in de lage aardatmosfeer zitten. De wetenschappelijke leiding daarvoor is in handen van KNMI en SRON.

English follows Dutch.

Tropomi vergelijkt vanaf een baan om de aarde op 800 kilometer hoogte straling van de zon met door de aarde teruggekaatst zonlicht. Elke dag opnieuw de hele aarde rond, zeven jaar lang. Dat gebeurt met vier verschillende sensoren voor ultraviolet, zichtbaar en infrarood licht, met een nauwkeurigheid van 7 bij 7 kilometer: het meest accuraat tot dusver. Wetenschappers kunnen dankzij Tropomi dus tot op stadsniveau bepalen waar bijvoorbeeld klimaat- en luchtverontreinigingsgassen worden uitgestoten.

Donkere lijnen in het spectrum van het teruggekaatste zonlicht verraden net als een streepjescode of vingerafdruk precies welke stoffen er licht hebben geabsorbeerd en hoeveel. Om de vingerafdrukken correct uit alle gemeten Tropomi-data te halen, zijn echter wel slimme atmosferische rekenmodellen nodig, specifiek afgestemd op Tropomi.

Methaan, koolmonoxide en de waterkringloop

Bij SRON zijn de afgelopen jaren de modellen en samen met KNMI ook de software gemaakt, voor de stoffen die hun vingerafdruk in kortgolvig infraroodlicht zetten. Haili Hu en haar collega’s deden dat voor methaan (CH4), na koolstofdioxide het belangrijkste broeikasgas als gevolg van menselijke activiteit. Haar rekenmodel geeft klimaatwetenschappers straks sterk verbeterde kennis over de bronnen van methaan in de atmosfeer.

Koolmonoxide (CO) is een van de zes meest luchtvervuilende stoffen. Bekende bronnen zijn verbranding van fossiele brandstoffen en biomassa, maar ook oxidatie van methaan in de atmosfeer. Koolmonoxidegas verspreidt zich via wind en circulatiepatronen in de atmosfeer. Met Tropomi’s CO-metingen en een rekenmodel van Jochen Landgraf en zijn collega’s gaan we veel meer van chemische processen in de atmosfeer begrijpen en kunnen we  luchtvervuiling beter voorspellen.

Remco Scheepmaker concentreerde zich met collega’s op de ontwikkeling van een rekenmodel voor atmosferische waterdamp, het sterkste natuurlijke broeikasgas dat een cruciale  rol speelt in klimaatverandering. Met metingen van waterdamp (H2O) en halfzwaar water (HDO) kunnen we de bewegingen van water in de atmosfeer bestuderen, inclusief verdamping, condensatie en vermenging. Deze metingen worden een belangrijke graadmeter voor het bestuderen van de waterkringloop op aarde.

Alle drie de eerste auteurs hebben inmiddels over hun rekenmodellen gepubliceerd in Atmospheric Measurement Techniques van de European Geosciences Union (zie links achter hun namen).

Partners


Tropomi is een samenwerking tussen Airbus Defence and Space Netherlands, KNMI, SRON en TNO, in opdracht van het NSO en ESA. Airbus Defence and Space Netherlands is hoofdaannemer voor de bouw van het instrument. De wetenschappelijke leiding is in handen van het KNMI en SRON. TROPOMI wordt gefinancierd door het Ministerie van Economische Zaken, het Ministerie van Onderwijs, Cultuur en Wetenschap en het Ministerie van Infrastructuur en Milieu.

SRON researchers fully prepared for satellite data Tropomi

Atmospheric computer models for instrument on Sentinel-5P satellite are ready

Researchers from SRON have finalized the atmospheric models and are fully prepared for the infrared (IR) part of the data that the Dutch space instrument Tropomi will soon provide. The Tropomi instrument on board the earth observation satellite Sentinel 5P of the European Space Agency (ESA) will be launched in the second half of this year.

Tropomi will finally tell atmospheric researchers in considerable detail where and in what quantities various greenhouse gases and other trace gases are located in the earth’s lower atmosphere. KNMI and SRON are the principal investigators for this instrument.

The bandwidth of the measuring instruments Sciamachy, Gome, Omi and Tropomi and the substances that these instruments can observe. Tropomi will finally tell atmospheric researchers in considerable detail where and in what quantities various greenhouse gases and other trace gases are located in the earth’s lower atmosphere. Credit: Dutch Space.

From its orbit 800 kilometers above the earth, Tropomi will compare the radiation from the sun with the sunlight reflected by the earth. Each day, it will observe the entire earth and it will do so for a period of seven years. That will be done using four different sensors for ultraviolet, visible and infrared light, with an accuracy of 7 x 7 km, the most accurate measurements to date. Thanks to Tropomi, scientists will be able to determine down to city level where greenhouse gases and air-polluting gases are emitted, for example.

Dark lines in the spectrum of the sunlight reflected will reveal, just like a barcode or fingerprint, exactly which substances have absorbed light as well as their quantity. However, very smart atmospheric computer models specifically matched to Tropomi are needed to be able to correctly extract the fingerprints from all the data Tropomi will measure.

Methane, carbon monoxide and the water cycle

The models have been developed in recent years at SRON and, together with KNMI, the software has been written for those substances that place their fingerprint in shortwave infrared light. Haili Hu and her colleagues did that for methane (CH4), which is the most important greenhouse gas after carbon dioxide that is a consequence of human activity. A computer model will soon provide climate researchers with a vastly improved knowledge about the sources of methane in the atmosphere.

Carbon monoxide (CO) is one of the six most air-polluting substances. Known sources are the combustion of fossil fuels and biomass, as well as the oxidation of methane in the atmosphere. Carbon monoxide gas is spread by wind circulation patterns in the atmosphere. With Tropomi’s CO measurements and a computer model from Jochen Landgraf and his colleagues, we will understand far more about the chemical process in the atmosphere and we will be able to predict air pollution more accurately.

Remco Scheepmaker and his colleagues concentrated on the development of a computer model for atmospheric water vapor, the strongest natural greenhouse gas, which plays a crucial role in climate change. Measurements of water vapor (H2O) and semiheavy water (HDO) can be used to study the movements of water in the atmosphere, including evaporation, condensation and mixing. These measurements are an important barometer for the study of the water cycle on earth.

All three first authors have now published their computer models in the journal Atmospheric Measurement Techniques of the European Geosciences Union (refer to the weblinks behind their names).

Partners


Tropomi is collaboration between Airbus Defence and Space Netherlands, KNMI, SRON and TNO, on behalf of NSO and ESA. Airbus Defence and Space Netherlands is the principal contractor for the construction of the instrument. KNMI and SRON are the principal investigators for the instrument. TROPOMI is funded by the Ministry of Economic Affairs, the Ministry of Education, Culture and Science, and the Ministry of Infrastructure and the Environment.