De impact van gegevenshomogenisatie van de ozonconcentraties en –trends te Ukkel en De Bilt

Sinds 50 jaar lanceert het KMI weerballonnen met ozonsondes om de hoeveelheid ozon in functie van de hoogte te meten. Ozon is immers een belangrijke component van de atmosfeer: de ozonlaag, die zich op een hoogte van 20-25 km bevindt, houdt het ultraviolette zonlicht grotendeels tegen en beschermt mens en dier tegen zonnebrand. Anderzijds gedraagt de ozon van ongeveer 10 km hoog zich hoofdzakelijk als een broeikasgas, terwijl de hoge ozonconcentraties in de onderste luchtlagen - van 0 tot 3 km hoogte - schadelijk zijn en kunnen bijvoorbeeld ademhalingsproblemen veroorzaken.


Zo’n ozonsonde bestaat uit een pompje dat de lucht van de atmosfeer doorheen 2 met elkaar verbonden cellen blaast. In deze cellen zitten chemische oplossingen die enkel reageren op de aanwezige ozonmoleculen. Het instrument is tijdens die 50 jaar nog niet zo ontzettend veel veranderd. Wel werden er verschillende types ontwikkeld die anders reageren op de ozonconcentraties. De voorbereiding - het klaarmaken en de ijking van het instrument - is met de tijd wel wat geëvolueerd en wetenschappers experimenteerden ondertussen met de concentraties van de chemische oplossingen in de cellen. Door de ballonexperimenten of de testen in een drukkamer - waarin de omstandigheden in de atmosfeer nagebootst worden - werd er ook meer kennis vergaard over het instrument zelf en de vereiste gegevenscorrecties. Op die manier ontstond er een arsenaal aan mogelijke correctiemethoden. Om wat orde te scheppen in deze waaier van voorbereidingsprocedures en gegevenscorrecties, heeft een internationaal team een referentie, d.w.z. standaardprocedures en -correcties en voorschriften of transferfuncties om bestaande gegevens tot deze referentie te herleiden, vastgelegd. Het doel van deze activiteit, O3S-DQA (Ozone Sonde Data Quality Assessment) genaamd, is een homogene tijdreeks van verticale ozonprofielen te bekomen, niet alleen per station, maar ook globaal over ongeveer 60 plaatsen wereldwijd waar peilingen met ozonsondes gebeuren.


2 van die stations, Ukkel (Brussel) en De Bilt (Utrecht, Nederland) liggen relatief dicht bij elkaar - zo ongeveer 175 km in vogelvlucht - en daarom verwachten we dan ook een zeer gelijkaardige verticale verdeling van de ozonconcentraties, zeker nadat de data van beide stations herleid werden tot de referentie. Beide stations hebben echter ook wel hun eigen operationele gegevenscorrecties ontwikkeld. Met andere woorden, door de metingen van beide stations vóór de verschillende gegevenscorrecties - die dus eigenlijk quasi identiek zouden moeten zijn na de standaardcorrecties - met elkaar te vergelijken, kunnen we veel leren over de impact van de verschillende correcties op de metingen, en dus ook over de impact op de trends in de ozonconcentraties over de verschillende jaren.

 

Figuur 1: Gemiddelde verticale verdelingen van de ozonconcentraties (“ozonprofielen”) boven Ukkel en De Bilt voor de periode 1997-2014. De verschillende kleuren geven de verschillende profielen weer, bekomen na de toepassing van verschillende correctiemethodes (operationeel of gehomogeniseerd, O3S-DQA, zie tekst) op de data. Uit de figuur blijkt eveneens dat het ozonmaximum (of het maximum in de ozonlaag) zich gemiddeld rond 22 km hoogte bevindt in onze streken.

Eerst hebben we de gemiddelde ozonprofielen van Ukkel en De Bilt vergeleken, waarvan een voorbeeld voor de periode 1997-2014 weergegeven wordt in Fig. 1. We stellen vast dat de 2 gemiddelde profielen toch niet exact hetzelfde zijn, zo ligt het ozonmaximum in De Bilt op een iets lagere hoogte dan dat boven Ukkel. Ook zien we dat de standaardcorrecties - als ‘O3S-DQA’ gelabeld in de figuur - de gemiddelde profielen zeker niet dichter bij elkaar brengen. Integendeel! Dit is bijzonder opmerkelijk en we begrijpen het zelfs niet helemaal.

 

Figuur 2: Trends in ozonconcentraties (in %/decennium) voor de periode 1997-2014 boven Ukkel en De Bilt, voor verschillende correctiemethodes toegepast op de data.

Wanneer we nu vervolgens in dezelfde periode voor beide stations naar de verticale trends in de ozonconcentraties kijken en voor de verschillende toegepaste correctiemethodes (zie Fig. 2), dan moeten we ook vaststellen dat de standaardcorrecties enkel tussen 12 en 24 km aanleiding geven tot een betere overeenkomst in de ozontrends van beide stations (vergelijk hiervoor de verschillen tussen de zwarte en blauwe lijnen enerzijds en de rode en groene lijnen anderzijds).


Uit deze figuur is nog een andere belangrijke conclusie te trekken. De trends werden namelijk vanaf het jaar 1997 berekend, op het ogenblik dat de concentraties van ozonafbrekende gassen in de hogere atmosfeerlagen hun maximum bereikt hebben, vooral door oorzaken van menselijke oorsprong. Vanaf dat jaartal verwachten we dus een voorzichtig herstel van de ozonlaag en dus positieve waarden in de ozontrends.

Figuur 2 toont echter aan dat het teken van de trend niet alleen afhankelijk is van het station waar men de metingen verricht, maar ook van de verbetereingsmethode die men toepast op de gegevens. Het is voorlopig dus nog te vroeg om over een significant herstel van de ozonlaag boven onze contreien te kunnen spreken!

 

 

Meer lezen?  Van Malderen, R., Allaart, M. A. F., De Backer, H., Smit, H. G. J., and De Muer, D.: On instrumental errors and related correction strategies of ozonesondes: possible effect on calculated ozone trends for the nearby sites Uccle and De Bilt, Atmos. Meas. Tech., 9, 3793-3816, doi:10.5194/amt-9-3793-2016, 2016 .