Comparison of inferred S5P/TROPOMI NO2 surface concentrations with in-situ measurements over Central Europe
Creators: name: Ψευτογκάς, Ανδρέας Δημητρίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2020
Subjects: Δορυφορική Τηλεπισκόπηση
Κεντρική Ευρώπη
Συγκεντρώσεις διοξειδίου του αζώτου
Remote sensing
Central Europe
Nitrogen dioxide concentrations

description: The present study evaluates the surface concentration of nitrogen dioxide (NO2) inferred from S5P/TROPOMI NO2 tropospheric column densities over central Europe. The air quality over countries such as Germany, the Netherlands, Belgium, France, and Italy are studied in detail for two time periods, the summer of 2018, and the winter of 2018-2019. The methodology to be used requires as input simulations of the NO2 tropospheric column densities and surface concentrations from the LOTOS/EUROS CTM as well as the CAMS 2015 emission inventory over Europe. Before applying the conversion between column and surface concentration, the TROPOMI fields were corrected for their known high background levels. More than two hundred in-situ stations, reporting to the European Environmental Agency air quality database, are used to carry out comparisons between the CTM simulations and the space-born inferred surface concentrations. Seven station types (traffic urban, traffic suburban, background urban, background suburban, background rural, industrial suburban and industrial rural) are separated so as to examine the shortcomings and the strengths of the different air quality markers. TROPOMI NO2 derived surface concentrations show improved correlations with in-situ stations NO2 surface concentrations compared to LOTOS/EUROS simulations. Specifically, during the summertime period, TROPOMI derived NO2 surface concentrations show better agreement with the in-situ measurements for all station types with the highest correlation being noted in the background suburban stations (r=0.6). On the contrary, during the wintertime period, TROPOMI derived NO2 surface concentrations correlate better with the in-situ measurements for all the station types except from the industrial rural, traffic suburban and the background suburban stations, where LOTOS/EUROS simulations have better results. Background rural stations show the highest correlation for the TROPOMI derived data (r=0.64), whereas industrial rural record the highest correlation for the LOTOS/EUROS CTM data (r=0.65).
description: Στην παρούσα εργασία πραγματοποιείται προσδιορισμός της επιφανειακής συγκέντρωσης του διοξειδίου του αζώτου (ΝΟ2) από τροποσφαιρικές στήλες του S5P/TROPOMI στην κεντρική Ευρώπη. Η ποιότητα του αέρα σε χώρες όπως η Γερμανία, η Ολλανδία, το Βέλγιο, η Γαλλία και η Ιταλία μελετώνται λεπτομερώς για δύο χρονικές περιόδους, το καλοκαίρι του 2018 και το χειμώνα του 2018-2019. Η μεθοδολογία που χρησιμοποιείται απαιτεί ως δεδομένα εισόδου προσωμοιώσεις της τροποσφαιρικής στήλης και των επιφανειακών συγκεντρώσεων του διοξειδίου του αζωτού από το χημικό μοντέλο μεταφοράς LOTOS/EUROS CTM, καθώς και το αρχείο εκπομπών CAMS της Ευρώπης. Πριν την πραγματοποιήση της μετατροπής της τροποσφαιρικής στήλης σε επιαφανειακή συγκέντρωση, τα πεδία του TROPOMI διορθώνονται λόγων των γνωστών υψηλών επιπέδων ρύπανσης υποβάθρου. Πάνω από 200 επίγειοι σταθμοί, που ανήκουν στην Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Περιβάλλοντος (EEA), χρησιμοποιούνται για τη διενέργεια συγκρίσεων μεταξύ των προσομοιώσεων του μοντέλου και των εκτιμώμενων δορυφορικών επιφανειακών συγκεντρώσεων. Διακρίνονται εφτά τύποι σταθμών (κυκλοφοριακός αστικός, κυκλοφοριακός ημιαστικός, υποβάθρου αστικός, υποβάθρου ημιαστικός, υποβάθρου αγροτικός, βιομηχανικός αστικός, βιομηχανικός αγροτικός) έτσι ώστε να εξατάζονται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των διαφόρων δεικτών ποιότητας αέρα. Οι εκτιμώμενες επιφανειακές συγκεντρώσεις από τον αισθητήρα TROPOMI παρουσιάζουν καλύτερες συσχετίσεις με τις αντίστοιχες επιφανειακές συγκεντρώσεις διοξειδίου του αζώτου από τους επίγειους σταθμούς σε σχέση με τις προσομοιώσεις του χημικού μοντέλου μεταφοράς LOTOS/EUROS CTM. Συγκεκριμένα, κατά την καλοκαιρινή περίοδο, οι συγκεντρώσεις διοξειδίου του αζώτου από τον αισθητήρα TROPOMI δείχνουν καλύτερη συσχέτιση με τις επίγειες μετρήσεις για όλους του τύπους σταθμών, με τη μεγαλύτερη να σημειώνεται στους ημιαστικούς σταθμούς υποβάθρου (r=0.6). Αντίθετα, κατά τη χειμερινή περίοδο, οι εκτιμώμενες συγκεντρώσεις από τον TROPOMI δείχνουν καλύτερη συσχέτιση για τους περισσότερους τύπους σταθμών εκτός από τους βιομηχανικούς αγροτικούς, τους κυκλοφοριακούς ημιαστικούς και τους ημιαστικούς υποβάθρου, στους οποίους οι προσομοιώσεις του μοντέλου δίνουν καλύτερα αποτελέσματα. Οι αγροτικοί σταθμοί υποβάθρου παρουσιάζουν την καλύτερη συσχέτιση για τα δεδομένα TROPOMI (r=0.64), ενώ οι βιομηχανικοί αγροτικοί εμφανίζουν ελάχιστα καλύτερη συσχέτιση για τα δεδομένα του μοντέλου (r=0.65), κατά τη χειμερινή περίοδο.