Het wereldwijde CAMS-systeem (Copernicus Atmosphere Monitoring Service), dat dagelijks analyses en voorspellingen levert over de samenstelling van de atmosfeer, heeft gisteren een belangrijke upgrade ondergaan. Het systeem houdt nu niet alleen rekening met gedetailleerde chemische processen in de troposfeer (de onderste 10 km van de atmosfeer), maar ook in de stratosfeer, de laag van de atmosfeer tussen 15 en 50 km die de ozonlaag bevat. Het zal een realistischere weergave en een beter begrip van de wederzijdse interacties tussen weer, klimaat en stratosferische chemie mogelijk maken. Je hoeft maar te denken aan de grote bosbranden en vulkaanuitbarstingen van de afgelopen jaren, en aan de verontreinigende stoffen die ze in de stratosfeer hebben geïnjecteerd, om je het belang van deze vooruitgang voor te stellen. Deze upgrade van de CAMS-configuratie van ECMWF's zeer succesvolle Integrated Forecasting System (IFS) is het resultaat van de langdurige samenwerking met BIRA, KNMI en HYGEOS. Het European Centre for Medium Range Weather Forecasts (ECMWF) beheert CAMS namens de Europese Commissie.
Uitbreiding van de gedetailleerde CAMS-voorspellingen naar de stratosfeer
De wereldwijde CAMS-voorspellingen ondergingen op dinsdag 27 juni een belangrijke verbetering: vanaf dan geven ze niet alleen gedetailleerde informatie geven over de chemische samenstelling van de troposfeer, maar ook over de samenstelling van de stratosfeer. De stratosfeer bevindt zich tussen 15 en 50 km hoogte en omvat de "ozonlaag", die ons beschermt tegen ultraviolette straling. Elk jaar in de lente verschijnt er boven Antarctica, en minder vaak boven de Noordpool, een "gat" in de ozonlaag. De interacties tussen klimaatverandering en de ozonlaag worden niet goed begrepen en de stratosfeer is de afgelopen jaren verstoord door uitzonderlijke gebeurtenissen - met name de grote bosbranden in Australië in 2020 en de grote explosieve uitbarsting van de Hunga Tonga-Hunga Ha’apai vulkaan in januari 2022. Voorheen bevatte het wereldwijde CAMS-systeem een vereenvoudigde weergave van chemische processen in de stratosfeer, waardoor dergelijke terugkoppelingen niet in rekening konden worden gebracht. Deze verandering, die werd ingegeven door de noden van veel gebruikers van het CAMS-systeem, zal leiden tot een betere monitoring en een beter begrip van de evolutie van de ozonlaag en de interacties met de huidige klimaatcrisis.
Monitoring van de samenstelling van de atmosfeer in Europa
De Europese dienst voor Atmosferische Monitoring van Copernicus (CAMS) is een van de zes operationele diensten van het Copernicus-programma van de EU en wordt namens de Europese Commissie beheerd door het Europees Centrum voor weersvoorspellingen op middellange termijn (ECMWF). Het is gebaseerd op een systeem van wereldwijde, realtime voorspellingen van de samenstelling van de atmosfeer, met talrijke praktische toepassingen zoals de luchtkwaliteit, de beschikbaarheid van zonne-energie en de hoeveelheden verontreinigende stoffen die over de hele wereld worden uitgestoten. Via websites en smartphone-applicaties bereiken de informatieproducten van CAMS dagelijks meer dan 200 miljoen mensen. Deze voorspellingen worden geleverd door een speciale configuratie van het numeriek voorspellingssyteem van ECMWF, dat niet alleen rekening houdt met meteorologie maar ook met chemische processen. CAMS, beheerd door ECMWF namens de Europese Commissie, werkt samen met Europese aannemers om de atmosfeermonitoring en voorspellingen te verbeteren. Als onderdeel van dit programma hebben het Koninklijk Belgisch Instituut voor Ruimte-Aeronomie (BIRA), het Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut (KNMI) en HYGEOS de weergave van chemische processen in de stratosfeer verder ontwikkeld.
Een nieuwe generatie globale atmosfeermodellen
Tot nu toe was het CAMS-systeem in staat om de ozonlaag te monitoren dankzij een vereenvoudigde voorstelling van de chemie van stratosferisch ozon en de assimilatie van satellietwaarnemingen van ozon, maar het hield niet expliciet rekening met de complexe chemische reacties die daar plaatsvinden. Dit is waar BIRA om de hoek kwam kijken: na het ontwikkelen van zijn eigen stratosferische monitoringsysteem (BASCOE) sinds 2002, werkte het samen met het KNMI en het ECMWF om stratosferische chemie op te nemen in het model dat operationeel wordt gebruikt door CAMS. Dit model kan nu niet alleen de stratosferische dynamiek en ozon voorspellen, maar ook alle chemische soorten die de ozonconcentratie in de stratosfeer bepalen - bijvoorbeeld stikstofdioxide (NO2), waterstofchloride (HCl) of chloormonoxide (ClO). De vele gebruikers van deze Europese dienst zullen dus profiteren van meer gedetailleerde informatie over de ozonlaag en de evolutie ervan als gevolg van zowel het Protocol van Montreal als de huidige klimaatcrisis.
Deze verwezenlijking is het resultaat van 25 jaar continu onderzoek en ontwikkeling bij het BIRA. Het is het resultaat van de langetermijninvesteringen door de Europese Unie in de context van het Copernicusprogramma en door de Belgische Federale Overheidsdienst Wetenschapsbeleid via het vaste wetenschappelijke personeel van BIRA.
De zeer lage temperaturen boven Antarctica leiden tot de ontwikkeling van stratosferische wolken en de chemische productie van HCl, waarbij ClO ontstaat na de lange poolnacht, die de ozon vernietigt. NO2 is betrokken bij deze chemische reacties en is ook een belangrijke vervuiler aan het oppervlak: als we de concentratie ervan in de stratosfeer berekenen, kunnen satellietwaarnemingen beter gebruikt worden om vervuiling aan het oppervlak te voorspellen.
Afbeelding: stratosferische wolken. Credit: NILU