Förbättrad mätning och beräkning av belastningen av försurande och övergödande luftföroreningar Christer Persson, Martin Ferm och Olle Westling

Transkript

1 Förbättrad mätning och beräkning av belastningen av försurande och övergödande luftföroreningar Christer Persson, Martin Ferm och Olle Westling Specialprojekt på uppdrag av Naturvårdsverkets miljöövervakningsenhet Norrköping och Göteborg oktober 2004

2

3 Innehållsrubrik 1 Bakgrund Mätmetoder Provtagning av nederbörd Problembeskrivning Förslag till förbättringar Nederbördskemiska analyser Mätstationer Nederbördskemiska stationer Problembeskrivning Förslag till förbättringar Luftkemiska stationer Problembeskrivning Förslag till förbättring Modeller Jämförelser mellan EMEP, MATCH-Sverige och MATCH-Europa Jämförelser mellan MATCH-Sverige och Unified EMEP Eularian model Jämförelser mellan MATCH-Sverige, MATCH-Europa och Unified EMEP Eularian model Mätningar och modeller Problembeskrivning Förslag till förbättring Forsknings-, utrednings- och utvecklingsbehov Ny Öppet Fält provtagare för de svenska nederbördskemiska PMK- och REG-näten Prioritet Korrigering av redan gjorda nederbördskemiska mätningar samt omanalys av föroreningsdepositionen till Sverige Prioritet Inkludera torrdeposition av baskatjoner i MATCH-Sverige modellen Prioritet Inkludera dimdeposition i föroreningskartläggning med MATCH-Sverige modellen Prioritet Inkludera marknära ozon i föroreningskartläggning med MATCH-Sverige modellen Prioritet Atmosfärskemiska stationers representativitet - Prioritet Miljömålsuppföljning Bilaga Utvärdering av nederbördsmängder mätta inom Luft- och nederbördskemiska nätet Nederbördsmätning med tratt Nederbördsmätning med snösäck Kommentarer till standardavvikelsen Jämförelse mellan tratt, snösäck och SMHI-kannan Diskussion av felkällor Bilaga Concentration of ozone - Data analysis methodology

4 1 Bakgrund Data på våt- och torrdeposition av främst svavel och kväve från såväl nationell som regional miljöövervakning har jämförts i flera studier under senare år. Dessutom har både modellberäknade och uppmätta depositionsdata från Sverige ingått i en europeisk jämförelse med den nya EMEP-modellen. Dessa jämförelser har påvisat vissa skillnader mellan modellberäknad deposition och mätningar. Sammanfattningsvis kan konstateras att: Den nederbördsmängd som används i olika modeller och som uppmäts i nederbördskemiska mätningar kan skilja avsevärt, vilket kan påverka beräkningen av våtdeposition kraftigt. Modellberäkningarna (både MATCH-Sverige och EMEP) har en tendens att överskatta torrdepositionen av svavel till skog jämfört med krondroppsmätningar. Den icke preciserade torrdepositionsandelen, som ingår i mätvärden från bulkprovtagare, försvårar en noggrann precisering av torrdeposition från krondroppsdata. Modellberäkningar som inkluderar dataassimilation är känsliga för mätstationernas representativitet. Skillnaderna i uppmätta värden och modellerade resultat skapar problem att bedöma den troliga belastningen av försurande och övergödande ämnen på sötvatten, skog och hav, till exempel graden av överskridande av kritiska belastningsgränser. Därmed försvåras bedömning om utvecklingen mot delmål och miljökvalitetsmål för försurning, övergödning, skog samt sjöar och vattendrag. Skillnaderna har även implikationer för bedömningen av vilka utsläppsbegränsande åtgärder som är nödvändiga för att nå miljömålen. Mot den bakgrunden uppdrog Naturvårdsverkets miljöövervakningsenhet åt SMHI och IVL att analysera orsakerna till skillnader mellan uppmätta värden och modellberäknade resultat, föreslå förbättringar särskilt för det nationella miljöövervakningen, men även i fråga om den regionala (länsvisa) miljöövervakningen, samt beskriva utvecklings- och forskningsbehov. 2 Mätmetoder Korrekt bestämda föroreningshalter i nederbörden inom de svenska nederbördskemiska stationsnäten är en förutsättning för att på ett riktigt sätt kunna beräkna våtdepositionen över landet. Detta gäller oavsett om kartläggningen av våtdepositionen görs enbart punktvis för de platser där de svenska nederbördskemiska stationerna finns eller genom en geografisk kartläggning av depositionen över landet med hjälp av MATCH-Sverige modellen. I MATCH-Sverige ingår en förenklad dataassimilation av uppmätta föroreningshalter i luft och nederbörd. Om enbart data från de nederbördskemiska stationerna utnyttjas krävs även att uppmätta nederbördsmängder vid dessa stationer ska vara riktiga. Genom att utnyttja MATCH- Sverige modellen kan det - i princip - vara tillräckligt med riktiga mätvärden avseende nederbördens föroreningshalter, eftersom MATCH-Sverige modellen inkluderar objektivt analyserade nederbördsfält av god kvalitet och med relativt hög geografisk upplösning. För att uppmätta föroreningshalter i vecko- eller månadsprover från de atmosfärskemiska stationsnäten ska vara riktiga krävs emellertid att de uppmätta 2

5 nederbördsmängderna vid varje nederbördstillfälle är representativa för den nederbördsmängd som verkligen fallit. Föroreningshalterna i nederbörd i Sverige varierar ofta med storleksordningen en faktor 3-5 (avser svavel- och kvävekomponenter) mellan högsta och lägsta halt under en månad. Om uppsamlingseffektiviteten för nederbörd vid en nederbördskemisk station varierar i tiden, samtidigt som föroreningshalten varierar i tiden, leder det till att nederbördens kemiska sammansättning i ett vecko- eller månadsprov inte blir korrekt. Det innebär att även om den kemiska analysen av vecko- eller månadsproverna görs perfekt, och ingen kontaminering av proverna sker, så kan de erhållna medelkoncentrationerna för vecka/månad vid de olika nederbördskemiska stationerna vara felaktiga. Om den uppmätta nederbördsmängden vid varje nederbördstillfälle inte är representativ för den verkliga nederbördsmängd som fallit, leder det till att den beräknade våtdepositionen inte är korrekt. 2.1 Provtagning av nederbörd Problembeskrivning Flera studier under senare år [1, 2, 3, 4] har visat att det vid några av de svenska EMEPstationerna - under vissa perioder - har funnits problem med felaktigheter i uppmätta nederbördsmängder. Dessa studier har även visat att Öppet Fält provtagarna vid det Luft- och Nederbördskemiska (PMK) nätet och det regionala (REG) nätet under vintern har påtagliga brister i kvalitet vad gäller uppmätta nederbördsmängder. I [3] redovisas en samlad genomgång av kvaliteten i uppmätta nederbördsmängder för samtliga stationer vid de tre viktigaste svenska nederbördskemiska stationsnäten EMEP, PMK och REG och där belyses också de systematiska skillnader i uppsamlingseffektivitet mellan sommar- och vinterhalvår vid de båda sistnämnda stationsnäten. Förbättrad metod för uppsamling av nederbörd inom de svenska nederbördskemiska stationsnäten identifierades dessutom i [5] som ett viktigt utvecklingsbehov. För två av EMEP-stationerna, Vavihill och numera nedlagda Aspvreten, har tekniska problem med öppning av locksamlarna under vissa perioder varit orsak till stora bortfall (mer än 50 %) i uppsamlad nederbörd. Dessutom är troligen öppnings- och stängningsfunktionen hos locksamlarna beroende av nederbördens droppstorlek, om det är snö eller regn, luftfuktighet, strålningsförhållanden etc. vilket visar sig i en skönjbar årstidsvariation i uppsamlingseffektivitet. De så kallade snösäckarna, som hittills har använts under vinterhalvåret vid PMK- och REG-näten, är med största sannolikhet orsak till de stora kvalitetsbrister under vintern i uppmätt nederbördsmängd vid dessa båda stationsnät. Såväl praktiska studier som CFDberäkningar (strömningsmodell) vid SMHI [6] visar att utformningen av nederbördsmätarna kan ha mycket stor betydelse för uppsamlingseffektiviteten av nederbörd. Även betydligt mindre detaljer hos nederbördsmätarna än vad snösäckarna utgör kan ha avsevärd betydelse för de aerodynamiska förhållandena runt mätaren och därmed för den uppsamlade nederbördsmängden. Resultaten från [3 och 4] visar att Öppet Fält provtagare utrustade med snösäck i genomsnitt kraftigt överskattar ( %) nederbördsmängden, men samtidigt finns en stor spridning i data varför uppsamlingseffektiviteten för nederbörd uppenbarligen varierar kraftigt i tiden då provtagaren är utrustad med snösäck. Dessa variationer hänger säkerligen samman med vindhastighet, vindriktning, turbulens, storlek på regndroppar/snöflingor, om det är regn eller snö samt på den lokala placeringen av provtagaren. Sådana stora variationer i uppsamlingseffektivitet leder i sin tur till osäkerheter vid bestämning av föroreningskoncentration i nederbörden och därmed till osäkerheter i beräknad våtdeposition. 3

6 Det kan finnas systematiska skillnader mellan PMK- och REG-nätet, eftersom principerna för hur provtagarna placeras skiljer sig något åt mellan de båda stationsnäten. Såväl snösäckar som locksamlare har utnyttjats under många år och de variationer i uppsamlingseffektivitet för nederbörd som dessa orsakar kan vara bidragande orsaker till de skillnader i beräknad deposition, som har erhållits beroende på vilket stationsnät och vilka beräkningsmetoder som utnyttjats. Det kan därför även finnas behov av att ta fram metoder för korrigeringar av redan framtagna våtdepositionsdata bakåt i tiden. Vid en sådan korrigering påverkas även indirekt beräkningen av torrdepositionen. Utnyttjandet av mätdata från PMK- och REG-näten för bestämning av föroreningsdepositionen till Sverige försvåras på grund av att tömningen vid dessa stationsnät kan vara utförd med några dagars förskjutning kring månadsskiftena och att tidpunkten för tömningen varierar mellan olika stationer. Såväl de objektiva nederbördsanalyserna som modellkörningarna blir betydligt dyrbarare att utföra om hänsyn ska tas till varje stations exakta provtagningstider Förslag till förbättringar Bruket av de nuvarande snösäckar inom PMK- och REG-näten avskaffas helt och hållet. Nya provtagare för Öppet Fält mätningar vid dessa båda stationsnät prövas och utvärderas inom ett särskilt projekt i samarbete mellan IVL och SMHI, se förslag i avsnitt 6.1. Tömning av PMK-provtagare för månadsprover skall utföras den första i varje månad i den mån det inte redan tillämpas. (Förslagsvis kl 06 UTC för att överensstämma med meteorologiska observationsrutiner). Snarast möjligt efter varje kalenderårs (alt. hydrologiskt års) slut gör en utvärdering av samtliga nederbördskemiska stationers uppmätta nederbördsmängder, baserad på den metodik som utnyttjats i [3] och som bygger på jämförelser med SMHIs objektivt analyserade nederbördsfält över Sverige. Resultaten från dessa jämförelser skall ligga till grund för en månadsvis kvalitetsbedömning av respektive station. 2.2 Nederbördskemiska analyser De kemiska analyserna fungerar tillfredsställande. Inga problem har identifierats. 3 Mätstationer 3.1 Nederbördskemiska stationer Problembeskrivning De kvalitetsproblem med uppsamlad nederbördsmängd som identifierats, och som beskrivs ovan, har gjort det svårt att noggrant utvärdera de individuella stationernas geografiska representativitet. Felen i uppsamlad nederbördsmängd har medför ett alltför stort brus i mätdata som gjort det svårt att tolka signaler som rör stationernas geografiska representativitet. Därför begränsar vi denna genomgång till några få tydliga problem. Den norska EMEP-stationen Tustevatn och PMK-stationen Abisko är ej representativa för omgivande regioner. Detta är speciellt tydligt för kvävekomponenter, och i 4

7 synnerhet för ammonium. År 2000 gjordes en intern studie vid SMHI, baserad på 1997 års data, där MATCH-Sverige körningar upprepades ett flertal gånger så att samtliga EMEP- och PMK-stationer kunde utnyttjas som oberoende data. Därefter beräknades normaliserat medelfel, NMSE (Normalised Mean Square Error), och en geografisk kartläggning gjordes, se figur 1. Det framgår att de relativa felen är störst i norra Sverige. Det finns flera orsaker till detta, bland annat att de absoluta föroreningsnivåerna är lägre i norra Sverige, stationerna ligger glest, kvaliteten i nederbördsinsamlingen är bristfällig och att flera stationer inte är representativa för den omgivande regionen. För ammonium i nederbörd erhölls för Tustevatn: NMSE=1,0 BIAS=-0,11 och för Abisko: NMSE=7,7 BIAS=+0,14 där positivt BIAS-värde anger att MATCH-Sverige resultaten är större. En fördjupad studie av denna typ, det vill säga av de olika atmosfärkemiska stationsnätens och stationernas representativitet, kan vara värdefull. Det är dock knappast meningsfullt att utföra den innan kvalitetsproblemen (se ovan) med uppmätta nederbördsmängder i de nederbördskemiska näten åtgärdats. Representativa stationer inom de tre stationsnäten (EMEP, PMK, REG) saknas idag för norra halvan av svenska fjällen. Figur 1. Normaliserat medelfel (Normalised Mean Square Error = NMSE) för uppmätta föroreningshalter i nederbörd 1997 (EMEP och PMK) jämfört med resultat från MATCH-Sverige modellen. Svavel NO x -kväve NH x -kväve NMSE S NMSE NO x - N NMSE NH x - N Förslag till förbättringar Data från stationerna Tustevatn, Norge, och Abisko tas bort från MATCH-Sverige beräkningarna. Istället inkluderas de nederbördskemiska mätningar som utförs inom det så kallade höghöjdsprojektet i dagens operationella MATCH-Sverige beräkningar. 5

8 Möjlighet finns att även inkludera informationen från höghöjdsmätningarna för att beräkna dimdeposition. Ett program för beräkning av dimdeposition över hela Sverige baserat på MATCH-Sverige modellens resultat finns framtaget sedan tidigare [7]. Det krävs dock ytterligare modell/systemarbete för att inkludera dessa beräkningar av dimdeposition i den version av MATCH-Sverige modellen som används rutinmässigt inom den nationella miljöövervakningen, se förslag i avsnitt Luftkemiska stationer Problembeskrivning EMEP-stationen Tustevatn i Norge är ej representativ för omgivande region. Framför allt är det problem med ammoniumdata. Dessutom finns det ingen svensk luftkemisk EMEP-station med dygnsdata norr om Bredkälen i Jämtland. Endast några få PMKstationen med månadsvärden för lufthalter av SO 2 och NO 2 finns i norra halvan av landet. Dygnsvisa mätdata för lufthalter av baskatjoner saknas i Sverige. Månadsmedelvärden (filterpack) finns dock på de tre höghöjdsstationerna. Mätdata för lufthalter av PM 10 /PM 2,5 från bakgrundsstationer saknas i svensk miljöövervakning, trots att dessa partiklar i luft utgör ett viktigt hälsoproblem. Mätningar av partikelmassan görs dock på tre bakgrundsstationer med TEOM instrument. De mätstationer för O 3 med timupplösning som nu finns bedöms vara tillräckligt många, men mätvärdena påverkas av lokala meteorologiska förhållanden. Lokala meteorologiska vindmätningar saknas vid mätstationerna för marknära ozon, vilket försvårar geografiska kartläggningar av halterna över Sverige Förslag till förbättring Utnyttjandet av lufthaltdata från Tustevatn tas bort (åtminstone för NH x ) från MATCH-Sverige beräkningarna. Istället inkluderas de luftkemiska mätningar som utförs inom det så kallade höghöjdsprojektet i MATCH-Sverige.Grundkravet är att uppmätta lufthalter (gas och partiklar) från höghöjdsmätningarna inkluderas i dagens MATCH-Sverige system. Detta kan utföras inom ramen för befintligt miljöövervakningsarbete med MATCH-Sverige. Möjlighet finns att även inkludera informationen från höghöjdsmätningarna för att beräkna dimdeposition. Ett program för beräkning av dimdeposition över hela Sverige baserat på MATCH-Sverige modellens resultat finns framtaget sedan tidigare [7]. Det krävs dock ytterligare modell/systemarbete för att inkludera dessa beräkningar av dimdeposition i den version av MATCH-Sverige modellen som används rutinmässigt inom den nationella miljöövervakningen, se förslag i avsnitt 6.4. Norska mätdata för lufthalter av baskatjoner (filterpack) finns och utnyttjas idag i MATCH-Sverige beräkningarna. En noggrann genomgång av kvaliteten och representativiteten av norska lufthaltdata behöver dock göras, men först i samband med att även Sverige har motsvarande mätdata. Information om storleksfördelning på baskatjonpartiklar är önskvärd för svenska och norska förhållanden. Svenska mätdata av lufthalter av baskatjoner vid ca fem svenska bakgrundsstationer är 6

9 önskvärda för att ge möjlighet att - åtminstone grovt - inkludera torrdeposition av baskatjoner i MATCH-Sverige kartläggningarna (se förslag i avsnitt 6.3). En lokal vindhastighetsmätning (10 m över mark) vid varje O 3 -station (8 st) skulle innebära ett betydande mervärde vid utnyttjandet av O 3 -data för geografisk kartläggning av ozon enligt den metodik som skulle kunna inkluderas i MATCH- Sverige beräkningarna (se förslag 6.5). 4 Modeller Flera olika modeller utnyttjas för att beskriva den totala (torra + våta) depositionen av föroreningar över Sverige. Beräkningar med EMEP-modellen har varit tillgängliga sedan början av 1980-talet. Den ursprungliga EMEP-modellen har successivt vidareutvecklats men fr.o.m års data (publicerade 2003) togs en ny Unified EMEP Eulerian modell i bruk för beräkningarna över Europa. Både den gamla och den nya EMEP-modellen är rent teoretiska beräkningsmodeller på Europaskala, som baseras enbart på emissionsdata samt detaljerade meteorologiska 3-D data för modellområdet. Beräkningsrutornas storlek var i den gamla EMEP-modellen 150x150 km och är 50x50 km i den nya modellen. Den vid SMHI framtagna MATCH-modellen, som också är en eulersk modell, kan sätts upp i en version för Europa (MATCH-Europa med 44x44 km upplösning) och utnyttjas på samma sätt som EMEP-modellen, det vill säga. som en rent teoretisk modell där beräkningarna baseras enbart på emissionsdata samt detaljerade 3-D meteorologiska data för hela Europa. I den nationella miljöövervakningen för Sverige utnyttjas MATCH-modellen på ett något annorlunda sätt, där rent teoretiska modellberäkningar baserade på emissionsdata från enbart Sverige och svenskt territorialvatten kombineras med en förenklad dataassimilation av uppmätta föroreningshalter i luft- och nederbörd från nordiska EMEP-stationer samt svenska PMK-nätet. Såväl de svenska bidragen som den totala torr- och våtdepositionen över Sverige beräknas med hänsyn till detaljerad information om markanvändning (10 markanvändningsklasser) och meteorologiska förhållanden. Denna modellversion, som varit i bruk sedan mitten av 1990-talet men successivt utvecklats, brukar benämnas MATCH-Sverige eller Sverigemodellen. Denna modellversion, som alltså inkluderar en form av dataassimilation av uppmätta föroreningsdata, skiljer sig i detta avseende principiellt från MATCH-Europa och EMEP-modellerna. 4.1 Jämförelser mellan EMEP, MATCH-Sverige och MATCH-Europa Av [8] framgår att resultaten från MATCH-Sverige och den gamla EMEP-modellen skiljer sig avsevärt i flera avseenden. Jämförelserna för totaldeposition visar att MATCH-Sverige beräkningarna systematiskt ger större värden, för ammoniumkväve nästan dubbelt så stora, som den gamla EMEP-modellen. När nu EMEP tagit den nya Unified EMEP Eulerian model i bruk är det dock främst jämförelser med den nya EMEP-modellen som är av intresse. Dessutom har en omfattande revision gjorts av de emissionsdata över Europa som utnyttjas i den nya EMEP-modellen. Jämförelserna mellan MATCH-Sverige och den nya EMEP-modellen [se 8] visar att de båda modellerna stämmer relativt väl överens för flertalet (dock inte alla) parametrar, betydligt bättre än tidigare jämförelser med gamla EMEP-modellen. Hittills har emellertid endast resultat från den nya reviderade EMEP-modellen publicerats för år 2000, varför jämförelserna t.v. inskränks till detta år. I [9] framgår en rad jämförelser 7

10 mellan MATCH-Europa och den nya EMEP-modellen då de båda modellerna baseras på samma emissionsdata. Vid jämförelser mellan olika modeller av de svenska föroreningsbidragen till depositionen över Sverige är det väsentligt att klart definiera vad som räknas som svenska föroreningsemissioner. MATCH-Europa och EMEP-modellerna utgår från att enbart emissioner från svenska landbaserade källor samt svensk inrikes luftfart och inrikes sjöfart utgör svenska emissioner (= Sverige inrikes i tabell 1). I MATCH- Sverige modellen inkluderas även den internationella sjöfarten till/från Sverige i form av bunkring (t.ex. färjetrafiken) i de svenska emissionerna, eftersom dessa emissioner spelar en betydande roll för luftkvalitetsförhållandena över Sverige och orsakas av trafik till/från Sverige. (Se [8] för mer ingående resonemang). Det innebär alltså att den totala svenska emissionen i MATCH-Sverige modellen omfattar större SO 2 - och NO x - emissioner än i de övriga modellerna, se tabell 1. Tabell 1. a) Sveriges internationellt rapporterade emissioner (CLRTAP, juli 2004) samt de emissioner som utnyttjats i de olika modellerna b) MATCH-Sverige och c) nya EMEP och MATCH-Europa. År Emission av svavel (ton/år som SO 2 ) a) CLRTAP b) MATCH-Sverige c) NyaEMEP och MATCH-Europa Bunkring sjöfart Sverige inrikes Totalt Sverige inrikes Sverige inrikes År Emission av NO x (ton/år som NO 2 ) a) CLRTAP b) MATCH-Sverige c) Nya EMEP och MATCH-Europa Bunkring sjöfart Sverige inrikes Totalt Sverige inrikes Sverige inrikes År Emission av NH x (ton/år som NH 3 ) a) CLRTAP b) MATCH-Sverige c) EMEP Bunkring sjöfart Sverige inrikes Totalt Sverige inrikes Sverige inrikes

11 4.1.1 Jämförelser mellan MATCH-Sverige och Unified EMEP Eularian model I tabell 2 framgår jämförelser mellan MATCH-Sverige och EMEPs nya reviderade Unified EMEP Eulerian model avseende deposition till Sverige under år Tabell 2. Jämförelser mellan MATCH-Sverige och EMEPs nya reviderade Unified EMEP Eulerian model avseende deposition till Sverige under år Parameter MATCH-Sverige Nya EMEP (100 ton S eller N) Total deposition (våt+torr) Svavel (exkl. havssalt) NO x -N NH x -N Våtdeposition Svavel (exkl. havssalt) NO x -N NH x -N Torrdeposition Svavel (exkl. havssalt) 432 NO x -N 313 NH x -N 406 Sveriges bidrag Svavel (exkl. havssalt) NO x -N NH x -N Svavel: Överensstämmelsen mellan de båda modellerna är god. För totala svaveldeposition till Sverige ger MATCH-Sverige 5 % större värden än EMEP, vilket måste betraktas som en mycket god överensstämmelse och betydligt bättre än för tidigare år. För Sveriges bidrag till den egna depositionen ger MATCH-Sverige 10 % lägre svaveldeposition trots att EMEP inte inkluderar sjöfartsbunkring i de svenska emissionerna. Sjöfartsbunkringen emitteras dock till stor del i farleder relativt långt från svenskt landområde och påverkar inte depositionen till Sverige proportionellt i lika hög grad som den svenska emissionen på land. Skillnaderna i de svenska bidragens betydelse för depositionen till Sverige kan bero på sådana saker som högre geografisk upplösning, mera detaljrik väderinformation, något olika markanvändningsklassning samt större detaljinformation om skorstenshöjder och plymlyft i MATCH-Sverige modellen. 9

12 Oxiderat kväve: Total deposition av oxiderat kväve till Sverige är enligt MATCH- Sverige lägre än den som EMEP-modellen ger, vilket är i motsats till tidigare år då den äldre EMEP-modellen gav betydligt större värden. MATCH-Sverige ger för år 2000 ca 15 % lägre värden än nya EMEP. Skillnaden i totaldeposition är dock så liten att det är svårt att uttala sig om orsaken till den med tanke på de osäkerheter som finns i de nederbördskemiska mätdata som dataassimileras i MATCH-Sverige modellen. För Sveriges bidrag till den egna depositionen ger MATCH-Sverige ca 35 % större deposition av oxiderat kväve än vad EMEP-modellen ger. Det kan dock till en del förklaras av att sjöfartsbunkring ingår i de svenska emissionerna i MATCH-Sverige men inte i EMEP-beräkningarna. De, med tanke på sjöfartsbunkringen, små skillnaderna som finns i de svenska bidragens betydelse för depositionen till Sverige kan bero på sådana saker som högre geografisk upplösning, mera detaljrik väderinformation, något olika markanvändningsklassning samt större detaljinformation om skorstenshöjder och plymlyft i MATCH-Sverige modellen. Reducerat kväve: För total deposition av reducerat kväve till Sverige är skillnaderna stora. MATCH-Sverige ger för år 2000 ca 50 % större totaldeposition till Sverige jämfört med nya EMEP-modellen. Skillnaderna var dock ännu större för tidigare år då jämförelserna gjordes med gamla EMEP-modellen. För Sveriges bidrag till den egna depositionen är MATCH-Sverige värdet endast 10 % större än EMEPs resultat och i detta fall finns ingen påverkan från sjöfartsemissioner. Resultaten tyder alltså på att den allra största delen av skillnaden i totaldeposition beror på olikheter i beräknad halt i luft och nederbörd som orsakas av den långväga föroreningstransporten. Skillnaderna är speciellt stora för Norrland och där är tillgången på mätdata för dataassimilation i MATCH-Sverige beräkningarna bristfällig. (Sverige har ingen EMEP-station norr om Jämtland och den norska stationen Tustevatn har bristande representativitet enligt vår egen utvärdering). Det är alltså mycket troligt att totaldepositionen av NH x -kväve överskattas i nuvarande MATCH-Sverige beräkningarna och att detta beror på en överskattning av den långväga transporten över norra halvan av landet. Denna överskattning hänger i sin tur samman med bristfälliga atmosfärkemiska indata till MATCH-Sverige modellen för norra Norrlands inland och fjälltrakter. Den nya EMEPmodellen ger dock avsevärt högre värden än vad den gamla EMEP-modellen gav, varför man bör avvakta ytterligare något års data innan mer detaljerade slutsatser dras. Dessutom är det intressant att notera att mätningarna indikerar att depositionen av oxiderat och reducerat kväve över Sverige är ungefär lika stora, medan EMEP-modellen fortfarande ger betydligt lägre deposition av reducerat kväve. De små skillnader som finns i de svenska bidragens betydelse för depositionen till Sverige kan bero på sådana saker som högre geografisk upplösning, mera detaljrik väderinformation och något olika markanvändningsklassning i MATCH-Sverige modellen Jämförelser mellan MATCH-Sverige, MATCH-Europa och Unified EMEP Eulerian model I figur 1 redovisas jämförelser där även resultat från MATCH-Europa ingår, det vill säga beräkningar där MATCH-modellen körs för hela Europa på samma sätt som EMEP-modellen görs. Även dessa beräkningarna är gjorda för data avseende år MATCH-Europa studierna är hämtade från [9] som inkluderar en omfattande undersökning av MATCH-modellens egenskaper på Europaskala. 10

13 2000 total deposition 100 ton ton NOx-N NHx-N SOx-S svenskt bidrag MATCH-Europa MATCH-Sverige EMEP NOx-N NHx-N SOx-S långväga föroreningstransport ton NOx-N NHx-N SOx-S Figur 1. Jämförelse mellan föroreningsdepositionen i Sverige under år 2000, beräknad med MATCH- Europa, MATCH-Sverige och Unified EMEP Eulerian model. Staplarna för MATCH-Sverige och EMEP visar de värden som ges i tabell 2. Även i denna jämförelse framträder överskattningen av den långväga NH x -kväve depositionen i MATCH-Sverige modellen, och som diskuteras i ovan, som den mest uppenbara skillnaden mellan modellerna. I MATCH-Europa finns också en tydlig överskattning av den totala svaveldepositionen till Sverige jämfört med EMEP och MATCH-Sverige. Orsakerna till detta är inte helt utredda även om flera olika möjliga förklaringar diskuteras i [9]. 11

14 5 Mätningar och modeller 5.1 Problembeskrivning I såväl [2] som [5] redovisas skillnader mellan mätdata från REG-nätet (=Krondroppsnätet) och MATCH-Sverige modellen vad gäller beräknad deposition till Sverige. Dessa skillnader består främst av: 1. Koncentrationen i nederbörden är något större i REG-nätets Öppet Fält mätningar (bulk) än i MATCH-Sverige resultaten. 2. Nederbördsmängderna i Öppet Fält mätningarna inom PMK- och REG-näten är under vintern större och kraftigt varierande jämfört med MATCH-Sverige (se diskussion ovan). 3. Våtdeposition av svavel i REG-nätet (mätt som bulk) är större i REG-nätet än i MATCH-Sverige modellen. 4. Våtdeposition av ammonium i REG-nätet (mätt som bulk) mindre än i MATCH- Sverige. 5. Torrdepositionen av svavel betydligt större i MATCH-Sverige än i krondroppsdata från REG-nätet. (Torrdeposition av oxiderat och reducerat kväve kan inte erhållas från krondroppsdata). 5.2 Förslag till förbättring Öppet Fält mätningar (bulk) inkluderar verklig våtdeposition samt en icke preciserad andel av den torra depositionen. Den extra torrdepositionen medför högre halter i nederbörden än vad som orsakas av verklig våtdeposition. Denna torrdepositionsandel i bulkprovet har emellertid (baserat på äldre studier) antagits vara mycket liten i Sverige och bulkmätningar har hittills inom miljöövervakningen tolkats som våtdeposition. Nyligen genomförda mätningar vid IVL visar dock att andelen torrdeposition kan vara betydande. Det är angeläget att framtida mätningarna ger verklig våtdeposition, eftersom ett bulkprov med en icke preciserad andel torrdeposition är svår att utnyttja för kartläggning av total föroreningsdeposition. Mätfelet orsakat av torrdeposition av främst partiklar har mätts i flera projekt, se tabell 3 nedan. Problemet är stort för stora partiklar, speciellt för havssaltspartiklar. Problemet är mindre för små partiklar som exempelvis ammoniumsulfat. Felet ökar med vindhastigheten och turbulensen ovanför tratten. En bra insamlare bör har ett vindskydd och en aerodynamiskt riktig utformning. Det minskar både problemet med torrdeposition och felaktig nederbördsmängd. Det är huvudsakligen långsamt fallande små droppar, som har högre föroreningshalt än genomsnittet som provtas felaktigt. Det påverkar således även halterna i insamlad nederbörd. Man får således en tredubbel effekt av en dålig insamlare (felaktig nederbördsvolym, felaktig halt på grund av för få eller för många små droppar med hög koncentration nått insamlaren, hög torrdeposition av partiklar). I vissa fall kan effekterna samverka. 12

15 Tabell 3. Uppmätt torrdepositionen till tratten i förhållande till våtdepositionen. SO 4 2- Cl - NO 3 - NH 4 + Ca 2+ Mg 2+ Na + K + Mn Högbränna 5% 21% 5% 10% 8% 9% 20% 5% Myrberg 4% 18% 3% 4% 9% 10% 27% 20% 10% Högskogen 11% 16% 9% 4% 9% 11% 26% 6% Edeby 12% 18% 12% 6% 17% 17% 25% 21% 11% Fagerhult 10% 22% 11% 7% 13% 14% 69% 18% 10% Rockneby 9% 17% 11% 8% 18% 18% 28% 12% 9% Torup 8% 11% 10% 7% 9% 13% 19% 15% 11% Timrilt 23% 40% 29% 12% 39% 55% 15% 12% Hensbacka 8% 13% 8% 5% 6% 11% 15% 18% 5% Blåbärskullen 6% 8% 7% 9% 6% 8% 16% 12% 4% Storulvsjön 4% 11% 4% 6% 7% 8% 13% 17% 6% Rörvik 9% 16% 8% 6% 16% 17% 18% 31% Aneboda 13% 28% 15% 8% 24% 25% 45% 33% medel 9% 18% 10% 7% 12% 15% 30% 20% 8% Genomgång av punkterna 1-5 i avsnitt 5.1 ovan: 1. I MATCH-Sverige modellen bör dataassimilation göras av föroreningshalt i verklig våtdeposition medan bulkmätningarna inkluderar en icke preciserad andel torrdeposition. Idag erhålls wet only koncentration endast för EMEP-stationerna (svenska och övriga nordiska). Om PMK-mätningarna även fortsättningsvis kommer att utgöras av bulkprover, skall en metodik tas fram för ungefärlig omräkning av bulkvärdet till verklig våtdeposition (wet only). 2. Nya nederbördsinsamlare införs i PMK- och REG-näten samt förbättrad funktionskontroll för nederbördsinsamlare i EMEP-nätet, se diskussion avsnitt Våtdeposition av svavel är på grund av alltför stora insamlade nederbördsmängder under vintern (se avsnitt 2), samt viss andel torrdeposition i bulkprovet, större i REG-nätet än i MATCH-Sverige. 4. Våtdeposition av ammonium är mindre i REG-nätet (mätt som bulk) än i MATCH- Sverige. Detta gällerfrämst norra halvan av landet och är orsakat av bristande representativitet i de atmosfärkemiska ammoniumdata som dataassimileras, se avsnitt Torrdepositionen av svavel är betydligt större i MATCH-Sverige än i krondroppsdata från REG-nätet. Till en del kan detta förklara av att bulkmätningarna i REG-nätet tolkas som våtdeposition. Den på detta sätt beräknade våtdeposition, som (enligt ovan) överskattar den verkliga våtdepositionen, subtraheras från krondroppsvärdet för att beräkna torrdepositionen. Torrdepositionen blir därmed underskattad i mätdata från REG-nätet. Denna effekt kan dock endast förklara en del av skillnaderna i torrdepositionen. Uppenbarligen sker 13

16 även en överskattning av torrdepositionen i MATCH-Sverige beräkningarna. De parametriseringar som ingår i torrdepositionsberäkningarna i MATCH-Sverige, se [10], bör åter studeras och jämföras med senaste publicerade data (se förslag avsnitt 6.1). 6 Forsknings-, utrednings- och utvecklingsbehov Vi har nedan delat in våra förslag till förbättringar inom luftmiljöövervakningen i tre prioriteringsklasser. Det projekt som markerats med prioritet 1 bör starta omedelbart. Övriga förslag ser vi som viktiga förbättringar, men inte lika brådskande. 6.1 Ny Öppet Fält provtagare för de svenska nederbördskemiska PMKoch REG-näten Prioritet 1 IVL har tillsammans med SMHI diskuterat hur en ny nederbördsprovtagare skulle kunna se ut. Tanken är att använda samma modell året runt och att minska risken för att stora mängder snö fastnar utanpå provtagaren och ändrar aerodynamiken och risken att snö från provtagaren utsida eller ovansida ramlar in eller hindras att nå mynningen. Förebilden är SMHIs nederbördsinsamlare vid automatstationer. Insamlingseffektiviteten (nederbördsmängd) bestäms i fälttest genom jämförelse med SMHIs insamlare. Den nya provtagaren ska inte enbart vara bra på att bestämma nederbördsmängder under olika väderförhållanden. Den ska också vara inert så att nedebördens kemiska sammansättning kan bestämmas samt ha ett lågt bidrag från torrdeposition. Testperioden för de nya provtagarna skall vara 1 år. Kostnaden för att mäta insamlingseffektiviteten på en plats samt att göra parallella kemiska analyser med de gamla insamlarna på fem platser har uppskattats till SEK. Dessutom behöver torrdepositionen till den nya insamlaren bestämmas. Kostnaden för detta har uppskattats till SEK. SMHI kan bidra genom att med stöd av mångårig erfarenhet från dessa problem bedöma hur lämpliga provtagare skall utformas för att på bra sätt fånga korrekt nederbördsmängd. SMHI kan dessutom utnyttja resultat från tidigare beräkningar med en så kallad CFD-modell (strömningsmodell) för att belysa betydelsen av hur provtagarens utformning påverkar uppsamlingen av nederbörd i olika väderförhållanden. SMHI bidrar även med en utvärdering av uppmätta nederbördsmängder under teståret med utnyttjande av samma metodik som i [3]. I samband med att en metodik för konvertering av bulkvärden till wet only tas fram inom projektet kommer en översyn också att göras av parametriseringarna som ingår i torrdepositionsberäkningarna, se [10], i MATCH-Sverige modellen. Kostnad för SMHIs arbete uppskattas till SEK. Inom projektet kommer IVL och SMHI i samarbete att försöka ta fram en enkel metod för att grovt kunna räkna om de nya bulkprovtagarnas haltdata till wet only -halter. 6.2 Korrigering av redan gjorda nederbördskemiska mätningar samt omanalys av föroreningsdepositionen till Sverige Prioritet 2 Det är angeläget att på bästa möjliga sätt försöka att korrigera nederbördskemiska mätdata bakåt i tiden, så att de fel som finns i redan gjorda nederbördskemiska mätningar inom EMEP-, PMK- och REG-näten minimeras. Detta kan troligen ske i flera steg, genom att identifiera de stationer som bara har små fel i uppmätt nederbördsmängd 14

17 månadsvis, och att därefter korrigera de erhållna nederbördshalterna i bulkprovtagarna genom att subtrahera uppskattad torrdepositionsandel. Dessa grovt framräknade wet only -data utnyttjas sedan för omanalyser med MATCH-Sverige modellen. Genom att endast utnyttja riktiga eller ungefärligt korrigerade nederbördshalter som indata till omanalyser med MATCH-Sverige modellen kan en korrigerad kartläggning av den torra och våta depositionen göras för Sverige. En sådan omanalys skall givetvis utföras med den senaste versionen av MATCH-Sverige modellen och baseras på konsistenta emissionsdata såväl som konsistenta meteorologiska indata för hela perioden. Inom ett pågående projekt vid SMHI håller konsistenta 3-D meteorologiska indata med 22 km upplösning över Nordvästeuropa på att tas fram för perioden Denna omanalys av meteorologiska data baseras på ERA40 (European Re- Analysis 40 years utfört av ECMWF) samt mesoskaliga analyser (MESAN-modellen) baserade på samtliga vid SMHI/ECMWF tillgängliga väderobservationer. Denna omanalys av väderdata, som benämns ERAMESAN, bör kunna bli ett utmärkt underlag för omanalyser med MATCH-Sverige modellen. Det kommer också att finnas möjligheter, om intresse finns, att senare fortsätta att på samma konsistenta sätt ta fram väderdata bakåt i tiden ända till Resultaten av omanalyserna med MATCH-Sverige bör i sin tur bli ett bra underlag för tolkning av trender och bedömning av flera av miljömålen. En sådan här återanalys innebär mycket omfattande beräkningar och det kan visa sig nödvändigt att göra vissa förenklingar, t.ex. för de årliga beräkningarna av de svenska bidragen, för att återanalysen skall vara praktiskt möjlig att genomföra. Kostnad: Identifiering av någorlunda riktiga nederbördskemiska mätningar inom EMEP och PMK, baserat på en utvärdering av uppmätta månadsnederbördsmängder, för perioden Ungefärlig SMHI-kostnad SEK. Grov konvertering av uppmätta bulkvärden till wet only -data för PMK-nätet för perioden IVL-kostnad SEK. Konsistent omanalys med MATCH-Sverige modellen för perioden samt presentation av samtliga års resultat i databas på Idag kan endast en grov indikering göras av kostnaden. SMHI-kostnad ca SEK. 6.3 Inkludera torrdeposition av baskatjoner i MATCH-Sverige modellen Prioritet 3 Idag görs inga torrdepositionsberäkningar av baskatjoner inom miljöövervakningen med MATCH-Sverige modellen, eftersom varken tillförlitliga emissionsdata eller svenska uppmätta lufthaltdata finns tillgängliga. Blir uppmätta lufthaltdata tillgängliga i framtiden kan torrdepositionsberäkningar införas i miljöövervakningens kartläggning. Det kräver dock en genomgång av parametriseringen av torrdepositionen för baskatjoner i MATCH-Sverige modellen. Kostnad för SMHIs arbete uppskattas till SEK. En lämplig metod för att mäta baskatjondeposition som även inkluderar stora partiklar kan prövas på en mätplats där torrdepositionen av baskatjoner redan mäts med strängprovtagare. Filterpackmetoden är en metod som används mycket inom EMEP. IVLs PM10 provtagare utan impaktor är en annan möjlig metod som kan vara bättre på att samla stora partiklar med hög depositionshastighet. Kostnaderna för att pröva ut en ny metod som bygger på IVLs PM10 provtagare utan impaktor uppskattas till ca SEK. 15

18 6.4 Inkludera dimdeposition i föroreningskartläggning med MATCH- Sverige modellen Prioritet 3 SMHI har tidigare tagit fram ett system för beräkning av dimdeposition [7]. Resultaten från den studien var lovande, men vissa svagheter i indata samt brist på data för utvärdering identifierades. I detta projektförslag föreslås att dessa svagheter åtgärdas, bland annat genom att resultat från föroreningsmätningar i fjällregionen inkluderas. Förslaget är att dimdepositionsberäkningarna inkluderas i MATCH-Sverige systemet för nationell miljöövervakning, så att resultat för dimdeposition erhålls samtidigt med de konventionella depositionsberäkningarna. Genomförs detta kan dimdepositionsberäkningar i framtiden genomföras med en betydligt mindre arbetsinsats än vad fallet är idag, då separata beräkningar fordras. Kostnaden uppskattas grovt till SEK. 6.5 Inkludera marknära ozon i föroreningskartläggning med MATCH- Sverige modellen Prioritet 3 En pilotstudie har gjorts av vid SMHI där en metodik likartad MATCH-Sverige utnyttjats för geografisk kartläggning av marknära ozonhalter över Sverige [11]. Den gav goda resultat för större delen av landet och för flertalet av årtes timmar. Dock identifierades allvarliga problem som ledde till att beräkningarna vid vissa platser och för enstaka timmar gav spikar med mycket orealistiskt höga ozonhalter. Frekvensen av höga ozonhalter är en viktig parameter, som beräkningarna måste klara att beskriva. Det visade sig emellertid (på grund av tekniska förändringar på SMHI) att det skulle krävas omfattande arbete med omprogrammering för att undanröja felen med spikar i ozonhalterna. Samtidigt finns andra utvecklingsbehov för svavel- och kvävekomponenterna inom den nationella miljöövervakningen med MATCH-Sverige. Vi har därför påbörjat en omarbetning av den del i MATCH-Sverige beräkningarna som bygger på Optimum Interpolation (OI). Den nya metodiken kommer i stället att baseras på en 2- dimensionell variationell dataassimilation (2DVAR), se bilaga 2 (på engelska för att kunna utnyttjas i flera sammanhang). När det nya MATCH-Sverige systemet för svaveloch kvävekomponenter anpassats till 2DVAR-teknik finns möjlighet att på ett likartat sätt även kunna inkludera geografisk kartläggning av marknära ozonhalter, i form av såväl frekvens av höga timhalter, medelhalter under dag/natt, AOT40 som ozonflöde till olika typer av vegetation. En anpassning av MATCH-Sverige till redovisning av marknära ozon kommer dock att kräva en del arbete. Idag kan endast en grov indikering göras av kostnaden. SMHI-kostnad ca SEK. Om en ozonkartläggning med MATCH-Sverige modellen genomförs kan kvaliteten i kartläggningen förbättras genom tillgång till vindhastighetsdata från ozonstationerna. Sådan information finns inte idag. 6.6 Atmosfärskemiska stationers representativitet - Prioritet 3 En fördjupad studie av de olika atmosfärskemiska stationsnätens och stationernas representativitet, av den typ som indikeras i figur 1 ovan, skulle vara värdefull. Det är dock knappast meningsfullt att utföra den innan kvalitetsproblemen med uppmätta nederbördsmängder i de nederbördskemiska näten åtgärdats. Denna studie bör utföras senare och ingen kostnadsuppskattning utförs i nuläget. 7 Miljömålsuppföljning Deposition och halter av svavel- och kväveföreningar är viktiga indikatorer för flera miljökvalitetsmål som berör försurning och övergödning, samt luftkvalitet. En korrekt 16

19 beskrivning av belastningen av luftföroreningar är en förutsättning för att följa upp och utvärdera flera olika delmål. Även depositionen av andra ämnen som indirekt berör miljömålen, till exempel deposition av baskatjoner, är viktiga underlag för beräkning av kritiska belastningsgränser och bedömningar av näringsomsättning i naturliga ekosystem. Tillförsel av både föroreningar samt näringsämnen från atmosfären berör därför ett stort antal miljökvalitetsmål som är inriktade på de olika typer av ekosystem som finns i landet, men även mer direkta effekter på människors hälsa samt korrosion på material och kulturlämningar. En minskad belastning av luftföroreningar är en förutsättning för att uppnå flera delmål. Ett omfattande arbete har utförts i både Sverige och internationellt för att kvantitativt koppla utsläpp av luftföroreningar till effekt i miljön eller på människors hälsa, uttryckt som överskridande av kritiska nivåer. Det betyder att överskridandet kan översättas till en utsläppsminskning. Trovärdigheten i det arbetssättet att kvantifiera åtgärdsbehovet är beroende av att överskridandet kan beskrivas på ett robust sätt. Åtgärdsarbetet är ofta förenat med stora kostnader och det är viktigt att behovet av åtgärder inte beskrivs med systematiska fel. Av det skälet är ökad precision av mätningarna och beräkningarna av luftföroreningsbelastning av stor vikt inom miljömålsarbetet. Huvuddelen av luftföroreningsproblemen i Sverige påverkas i stor utsträckning av åtgärder i andra länder. Som underlag för det internationella åtgärdsarbetet inom konventioner och EU rapporterar Sverige, liksom andra länder, information om miljötillståndet i landet och överskridande av kritiska belastningsgränser och nivåer, samt luftkvalitet i förhållande till miljökvalitetsnormer. Sveriges möjligheter till internationellt agerande kan underlättas av trovärdiga data på luftföroreningssituationen som är mer detaljerade och högupplösta än vad de europeiska verktygen (främst EMEP) kan tillhandahålla. Detta under förutsättning att modellberäknade data kan verifieras av mätdata av god kvalitet. Kvalitetssäkring av både modellberäkningar och mätningar är därför av stor vikt. 17

20 Referenser [1] Persson C. (2002). Kvaliteten hos nederbördskemiska mätdata som dataassimileras i MATCH-Sverige modellen. SMHI Meteorologi Nr 105. [2] Uggla E., Hallgren-Larsson E., Knulst J. och Westling O. (2003). Jämförelse mellan uppmätt och modellberäknad deposition av svavel och kväve i Sverige. IVL rapport B [3] Persson C. och Magnusson M. (2003). Kvaliteten i uppmätta nederbördsmängder inom svenska nederbördskemiska stationsnät. SMHI Meteorologi Nr 108. [4] Ferm M., Larsson P-E. och Svensson A. (2004). Kvaliteten i mätningarna av nederbördsmängd för de provtagare som används av IVL. Bilaga 1. [5] Naturvårdsverket (kontaktperson Bertills U.) (2003). Bara naturlig försurning Undrerlagsrapport till fördjupad utvärdering av miljömålsarbetet. Naturvårdsverket Rapport [6] Wern L. (2003). Strömning kring nederbördsmätare. Intern SMHI-rapport. [7] Foltescu V. och Persson C. (2001). Beräkning av moln- och dimdeposition i Sverigemodellen Resultat för 1997 och SMHI Meteorologi Nr 98. [8] Persson C., Ressner E. och Klein T. (2004). Nationell miljöövervakning MATCH-Sverige modellen. Metod- och resultatsammanställning för åren samt diskussion av osäkerheter, trender och miljömål. [9] Bender F. (2004). Transboundary Transport of Acidifying and Eutrophying Pollutants in Europe. Degree Project in Meteorology (20p). Department of Meteorology, Stockholm University. [10] Klein T., Bergström R. and Persson C. (2002). Parameterization of dry deposition in MATCH. SMHI RMK Nr 100. [11] Persson C och Klein T. (2004). Möjlighet till kartläggning av timvisa halter av marknära ozon över Sverige. Pilotstudie för Naturvårdsverket. Rapportsammanställning pågår. 18

21 För Naturvårdsverket Kvaliteten i mätningarna av nederbördsmängd för de provtagare som används av IVL Martin Ferm Per-Erik Larsson Annika Svensson IVL Svenska Miljöinstitutet

22 Organisation/Organization IVL Svenska Miljöinstitutet AB IVL Swedish Environmental Research Institute Ltd. Adress/address Box Göteborg Telefonnr/Telephone RAPPORTSAMMANFATTNING Report Summary Projekttitel/Project title Uppdragsgivare/Client Naturvårdsverket Rapportförfattare/author Martin Ferm, Per-Erik Larsson och Annika Svensson Rapportens titel och undertitel/title and subtitle of the report Kvaliteten i mätningarna av nederbördsmängd för de provtagare som används av IVL Sammanfattning/Summary Reproducerbarheten mellan dubbelprov av nederbördsmängd har jämförts. Två olika insamlare har använts, dels en vanlig tratt och dels en så kallad snösäck. Resultaten visar att snösäcken har en sämre reproducerbarhet, speciellt under april månad. På några få stationer var det ofta samma provtagare som gav högre nederbörd. Någon systematik eller förklaring till detta kunde inte hittas. Tratt, snösäck samt en snösäck monterat i ett rör har även jämförts med SMHI-kanna som referens. Snösäcken överskattade nederbördsmängden kraftigt. När den placerades i ett rör blev det en liten underskattning i stället. Nyckelord samt ev. anknytning till geografiskt område eller näringsgren/keywords Snösäck, bulk provtagning, locksamlare, nederbördsmängd Bibliografiska uppgifter/bibliographic data Arkivnr U

23

24 Bilaga 1 1 Utvärdering av nederbördsmängder mätta inom Luft- och nederbördskemiska nätet Nederbördsmätning med tratt Nederbördsmätning med snösäck Kommentarer till standardavvikelsen Jämförelse mellan tratt, snösäck och SMHI-kannan Diskussion av felkällor...30

25 Utvärdering av nederbördsmängder mätta inom Luft- och nederbördskemiska nätet. Studier har visat att det finns en bristande överensstämmelse mellan uppmätta nederbördsmängder vid de svenska nederbördskemiska stationsnäten och den nederbördsfördelning som kartlagts genom mesoskaliga meteorologiska analyser (Persson 2002, Persson och Magnusson 2003). Därför har en ingående studie gjorts av mätdata för stationer med tillgång till dubbla prover. Dubbelprov har tagits månadsvis på 33 stationer inom Luft- och nederbördskemiska nätet sedan Vissa stationer startade senare och flera är idag nedlagda. Avståndet mellan de bägge provtagarna varierar mycket från station till station. De är dock samtliga placerade så att närmaste trädtopp inte sticker upp mer än 30 över horisonten. Nederbörden har samlats in med hjälp av snösäckar när det funnits risk för snö och med trattar kopplade till en dunk under övriga perioder. För att undvika artefakter bör nederbörd generellt samlas upp vid marknivå och utrustningen vara nedgrävd. Den bör vidare vara försedd med ett galler eller dylikt för att gropen inte ska orsaka turbulens. Syftet med verksamheten inom Luft- och nederbördskemiska nätet är bl. a. att mäta nederbördens kemiska sammansättning. För att undvika torrdeposition, särskilt av lokalt uppvirvlat stoft, monteras utrustningen så högt som är praktiskt möjligt med tanke på provbyten. Detta vållar en del andra problem. Det blir svårare att mäta nederbördsmängden korrekt. Utrustningen är ett hinder för vinden. Den måste leta sig runt utrustningen och adderas då till den befintliga vinden där. Man får då en förhöjd vindhastighet ovanför tratten och snösäckens öppning (Nešpor och Sevruk 1999). Små droppar, vilka faller långsammare än stora, uppehåller sig en längre tid ovanför insamlarens mynning. Små droppar har dessutom en kortare relaxationstid vilket medför att de snabbare anpassar sig till den högre vindhastigheten. Av dessa båda skäl hamnar därför de små dropparna något längre bort i vindens riktning än de annars skulle ha gjort. Resultatet blir en underskattning av nederbördsmängden. Endast en del av regndropparna har låg fallhastighet (och kort relaxationstid). När det gäller snö har samtliga flingor låg fallhastighet. Problemen är därför större vid insamling av snö. Dessutom kan snön fastna på utsidan av insamlaren och förändra både dess form och öppningens storlek. Det är inte enbart den ökade vindhastigheten som kan påverka insamlingen utan även den turbulens som insamlaren orsakar (Seibert och Morén 1999). Den använda utrustningen har testats mot andra insamlare som används runt om i Europa (Erisman m. fl. 2003). Insamlarna visade en mycket stor spridning i resultat för regn. Endast 60% av de testade insamlarna föll inom 20% från den bästa uppskattningen. Reproducerbarhetsdata från Luft- och nederbördskemiska nätet har här utvärderats på nytt. Stationernas läge framgår av Figur 1. 23