Stand van zaken ‘Ammoniak van Zee’
Tussenrapportage april 2023

RIVM-briefrapport 2023-0308
A. Bleeker et al.

Stand van zaken ‘Ammoniak van Zee’
Tussenrapportage april 2023

RIVM-briefrapport 2023-0308

RIVM-briefrapport 2023-0308

Colofon

© RIVM 2023
Delen uit deze publicatie mogen worden overgenomen op voorwaarde
van bronvermelding: Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu
(RIVM), de titel van de publicatie en het jaar van uitgave.
Het RIVM hecht veel waarde aan toegankelijkheid van zijn producten.
Op dit moment is het echter nog niet mogelijk om dit document volledig
toegankelijk aan te bieden. Als een onderdeel niet toegankelijk is, wordt
dit vermeld. Zie ook www.rivm.nl/toegankelijkheid.
DOI 10.21945/RIVM-2023-0308
A. Bleeker (auteur), RIVM
M. Poelhuis (auteur), RIVM
A. van Pul (auteur), RIVM
K. Siteur (auteur), RIVM
A. Stolk (auteur), RIVM
R. Verwij (auteur), RIVM
R. Wichink-Kruit (auteur), RIVM
Contact:
A.Bleeker
Stoffen Monitoring & Onderzoek Stikstof
albert.bleeker@rivm.nl
Dit onderzoek werd verricht in opdracht van Ministerie van LNV in het
kader van Programma 36.

Dit is een uitgave van:
Rijksinstituut voor Volksgezondheid
en Milieu
Postbus 1 | 3720 BA Bilthoven
Nederland
www.rivm.nl

Pagina 2 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

Publiekssamenvatting

Stand van zaken ammoniak van zee.
Tussenrapportage april 2023
Het RIVM brengt elk jaar kaarten uit waarop staat aangegeven hoeveel
stikstof in Nederland op de bodem neerslaat (depositie). Deze kaarten
kunnen gebruikt worden om het stikstofbeleid te monitoren. Bekend is
dat de concentratie ammoniak aan de kust volgens berekeningen lager
is dan volgens metingen. Dit verschil wordt gecorrigeerd door aan de
berekeningen een extra ammoniakbron toe te voegen in de vorm van
ammoniak uit de zee. Maar deze toegevoegde hoeveelheid ammoniak
blijkt veel groter te zijn dan de hoeveelheid die in theorie uit zee kan
verdampen.
Het RIVM onderzoekt daarom verder naar de oorzaken van het verschil
tussen de berekende en gemeten ammoniakconcentraties aan de kust.
Daartoe zijn drie mogelijke oorzaken onderzocht: metingen,
modelberekeningen en ontbrekende bronnen. Uit deze tussenrapportage
blijkt dat het verschil niet aan de metingen kan liggen. Er zijn een paar
kleine invloeden gevonden die de metingen kunnen verstoren, maar
deze hebben geen groot effect. Ook zijn er geen grote bronnen over het
hoofd gezien die vanuit zee grote hoeveelheden ammoniak uitstoten,
zoals de scheepvaart. De bijdrage van de scheepvaart is heel klein en
kan het verschil tussen de berekeningen en metingen niet verklaren.
Waarschijnlijk is de oorzaak van het verschil dat het rekenmodel niet
helemaal rekening kan houden met de complexe weersituatie en de aard
van het landschap aan de kust. Dit heeft mogelijk invloed op de
hoeveelheid ammoniak die in de kuststrook neerslaat. Hoe groot die
invloed precies is, wordt verder onderzocht.
Het is nog niet zeker of deze inzichten zo kunnen worden gebruikt om
tot een betere modellering te komen en daarmee kan leiden tot
aanpassingen in de berekende concentratie- en de depositiekaarten. Elk
jaar wordt het AERIUS-model aangepast aan nieuwe inzichten.
Eventuele aanpassingen zullen in deze cyclus worden meegenomen
zodra duidelijk is hoe dat het beste kan worden gedaan. Tot die tijd
wordt het huidige model gebruikt. Over uiterlijk een half jaar wordt een
update gegeven van de voortgang van het onderzoek.
Kernwoorden: ammoniak, stikstofdepositiekaarten, kust, rekenmodel,
emissiebronnen, zee, zee-emissies

Pagina 3 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

Pagina 4 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

Synopsis

State of affairs: Ammonia from the sea
Interim report April 2023
Each year, RIVM publishes maps showing the amount of nitrogen
deposited onto the surface in the Netherlands. These maps can be used
to monitor nitrogen policy. It is a known fact that the concentration of
ammonia along the coast according to model calculations is lower than
the concentration actually measured. This difference is corrected by
adding an additional source of ammonia to the model in the form of
ammonia from the sea. However, this additional amount of ammonia
appears to be much larger than the amount that can evaporate from the
sea in theory.
That is why RIVM is investigating the causes of the difference between
the modelled and measured ammonia concentrations along the coast
further. It is looking at three possible causes: measuring artefacts,
missing sources of ammonia and causes related to model calculations.
From this interim report, it is clear that the difference is not caused by
the measurements. Some minor influences that disturb the
measurements were found, but these have no significant effect. Also, no
major sources emitting large amounts of ammonia from the sea (e.g.
shipping) have been overlooked. The shipping contribution is very small
and cannot explain the difference between calculations and
measurements.
The likely cause of the difference is that the model is not fully able to
take into account the complex weather and terrain conditions along the
coast. This may have a considerable effect on the amount of ammonia
deposited in the coastal region. The impact of the effect is being
investigated further.
It is not yet clear what these insights mean in terms of possible
adjustments to the model, and thus for the calculated concentration and
deposition maps. The AERIUS model is updated using new insights
annually. Possible adjustments will be included in this update cycle as
soon as it is clear how this can be done in the best way. Until then, the
current model will be used. A further update about the progress of the
investigation will be released within the next six months.
Keywords: ammonia, nitrogen deposition maps, coast, model, emission
sources, sea, sea emissions

Pagina 5 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

Pagina 6 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

Inhoudsopgave

Samenvatting — 9
1

Introductie — 11

2
2.1
2.2
2.2.1
2.2.2

Metingen — 15
Langere meetreeks — 15
Invloed aërosolen op de gemeten ammoniakconcentratie — 16
Opzet — 17
Resultaten — 17

3
3.1
3.1.1
3.1.2
3.2
3.3

Ontbrekende bronnen — 21
Emissies uit water — 21
Schatting van NH3 emissies uit Nederlandse kustwateren — 21
Onderzoek met het EMEP-model — 22
Zeescheepvaart — 23
Smalle strook met emissies vlak voor de kust — 24

4
4.1
4.2
4.3
4.4

Modelberekeningen — 27
Modelberekeningen met EMEP en OPS — 27
Depositie op water — 28
Zee-land overgang en geaccidenteerd terrein — 30
Meteorologische gegevens — 32

5
5.1
5.2
5.3
5.4

Conclusies — 37
Conclusies metingen — 37
Conclusies ontbrekende bronnen — 37
Conclusies modelberekeningen — 37
Conclusies samengevat — 39

6

Literatuur — 41

7

Appendix A — 43

Pagina 7 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

Pagina 8 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

Samenvatting

Dit rapport beschrijft de tussenresultaten van een onderzoek naar de
mogelijke oorzaken van een geconstateerd verschil tussen de gemeten
en berekende concentraties van ammoniak langs de Nederlandse kust.
In het RIVM rapport ‘Ammoniakdepositie in de duinen langs de
Noordzee- en Waddenzeekust’ (Noordijk et al., 2014) is een analyse
gemaakt van dat verschil. Om het verschil te verkleinen is in het model
een emissiebron ‘ammoniak vanuit zee’ geïntroduceerd. Daarbij werd
een Chlorofyl-a kaart gebruikt om de betreffende emissies ruimtelijk te
verdelen. Nader onderzoek heeft intussen laten zien dat de omvang van
deze emissies te hoog is ingeschat.
Met het wegvallen van ‘ammoniak uit zee’ als volledige verklaring voor
het verschil langs de kust is er verkennend onderzoek gestart om
mogelijke verklaringen voor het verschil te vinden. In dit rapport zijn
drie hypothesen onderzocht: 1) het ligt aan de metingen, 2) het ligt aan
ontbrekende bronnen en/of 3) het ligt aan de modelberekeningen.
Ten aanzien van de metingen is de mogelijke invloed van aërosolen op
de meetresultaten onderzocht. Hiervoor zijn acht maanden lang
aanvullende metingen gedaan. Dit onderzoek laat zien dat verdamping
van aërosolen van de filters op de passieve samplers tot iets hogere
ammoniakconcentraties kan leiden (max. 7% concentratietoename na
kalibratie aan de LML-metingen). Dit beeld is echter niet consistent; er
zijn ook meetpunten die geen concentratietoename laten zien.
Ten aanzien van de ontbrekende bronnen blijkt dat er wel ammoniak vrij
kan komen uit zee, echter de hoeveelheid ammoniak die uit het
zeewater vrijkomt is aanzienlijk kleiner dan nu in het model wordt
aangenomen. Een gevoeligheidstest laat zien dat ook met een kleinere
strook van emissies voor de kust, het verschil tussen metingen en
modelberekeningen verkleind kan worden. Het lijkt er echter op dat de
emissies in die strook dan nog steeds erg hoog moeten zijn om het
volledige verschil te kunnen verklaren. Verder onderzoek en vergelijking
met metingen van Rijkswaterstaat moeten hier uitsluitsel over geven.
Daarnaast zou er mogelijk een proces op het (droogvallend) strand en
slikken kunnen zijn dat voor emissie van ammoniak kan zorgen. Het
RIVM wil deze mogelijke emissieoorzaak samen met het NIOZ verder
onderzoeken. Onderzoek naar ontbrekende bronnen op de Noordzee laat
zien dat het niet aannemelijk is dat zeescheepvaart een significante bron
van ammoniak is.
Ten aanzien van de modelberekeningen zijn er een aantal mogelijke
verklaringen onderzocht. Allereerst geeft een reductie van de depositie
op zee (door een hogere pH en ammoniumconcentratie in het zeewater)
een hogere ammoniakconcentratie langs de kust. Hoe realistisch deze
hogere ammoniumconcentraties in het zeewater zijn, moet uit de
vergelijking met metingen van Rijkswaterstaat komen. Daarnaast houdt
het OPS-model geen rekening met het veranderende stromingspatroon
bij de overgang van zee- naar landoppervlak en met het
geaccidenteerde duingebied. Dit kon nog niet in detail worden
Pagina 9 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

uitgezocht. Om een indruk van een mogelijk effect van geaccidenteerd
terrein en het veranderde stromingspatroon zijn gevoeligheidstests
gedaan naar de variatie in de hoogte waarop de concentratie berekend
wordt (receptorhoogte) en het gebruik van andere meteorologische
gegevens.
Een vergelijking van berekeningen op verschillende hoogtes laat zien dat
het verschil tussen de berekeningen en de metingen kleiner wordt als er
naar een grotere receptorhoogte gegaan wordt. Dit zou voor een aantal
duintoppen kunnen gelden maar zeker niet voor alle meetlocaties in het
duingebied. Een gevoeligheidstest met meteorologische omstandigheden
die meer representatief zijn voor landinwaarts gelegen gebieden laat
zien dat de meteorologie een belangrijke invloed heeft op de berekende
concentraties aan de kust. Beide aspecten tonen aan dat dit mogelijk
het gevolg is van een ander stromingspatroon bij de duinen. Hier wordt
verder onderzoek naar gedaan. Daarbij zal ook gekeken worden naar de
representativiteit van de depositieparametrisatie voor het duingebied.
Er is op voorhand niet te zeggen wat de uiteindelijke gevolgen zijn voor
de berekende depositie langs de kust. Dit komt omdat een aantal
mogelijke aanpassingen in het model alleen effect kunnen hebben op de
concentratie, waarbij de berekende depositie vrijwel gelijk blijft, en
andere aanpassingen ook of alleen de berekende depositie beïnvloed.
Het is nog niet zeker of deze inzichten zo kunnen worden gebruikt om
tot een betere modellering te komen en daarmee kan leiden tot
aanpassingen in de berekende concentratie- en de depositiekaarten. Elk
jaar wordt het AERIUS-model aangepast aan nieuwe inzichten.
Eventuele aanpassingen zullen in deze cyclus worden meegenomen
zodra duidelijk is hoe dat het beste kan worden gedaan. Tot die tijd
wordt het huidige model gebruikt. Over uiterlijk een half jaar wordt een
update gegeven van de voortgang van het onderzoek.

Pagina 10 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

1

Introductie

Algemeen
In het RIVM-rapport ‘Ammoniakdepositie in de duinen langs de
Noordzee- en Waddenzeekust’ is een analyse gemaakt van het verschil
tussen gemeten en de met het OPS-model berekende
ammoniakconcentraties (Noordijk et al., 2014). Dit verschil is ook niet
overal hetzelfde, zoals in Figuur 1 te zien is. Het verschil varieert van
0,1 µg/m3 (op Texel) tot 5 µg/m3 (meer landinwaarts in Zeeland), met
een gemiddeld verschil voor de kuststations van 2 µg/m3 (gemodelleerd
is daarmee ca. 60% van de gemeten concentraties)

Figuur 1 Verschil tussen gemodelleerde en gemeten ammoniakconcentratie voor
2019 voor het duingebied (en Zeeland). Berekening met OPS, zonder bijdrage
uit zee.

Noordijk et al. geven aan dat een oorzaak voor dat verschil zou kunnen
voortkomen uit het feit dat de emissie van ammoniak vanuit de
kustzone naar de atmosfeer niet in het OPS-model is meegenomen. Aan
het model is vervolgens een emissie voor ammoniak uit zee toegevoegd,
op basis van het gemiddelde algenpatroon (via chlorophyl-a concentratie
in het zeewater) in de Noord- en Waddenzee. Dit met de
randvoorwaarde dat door deze toevoeging het verschil tussen de
berekende en gemeten ammoniakconcentraties in de duingebieden
uiteindelijk minimaal zou zijn. Noordijk et al. geven in hun rapport al
aan dat er ‘nog geen volledige causale onderbouwing van het proces
beschikbaar is’. Hierbij is volgens Noordijk et al. ook niet met zekerheid
te zeggen of de door hen gepresenteerde resultaten in de toekomst
blijven gelden. Om de procesmatige onderbouwing van de
Pagina 11 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

ammoniakstroom uit zee naar de duinen te verbeteren, zou nader
onderzoek aldus Noordijk et al. nodig zijn.
De emissie ‘vanuit zee’ was dus in eerste instantie een middel om het
verschil tussen de gemeten en berekende concentratie van ammoniak te
minimaliseren. Hierbij werd de chlorofyl-kaart alleen gebruikt om de
emissies ruimtelijk te kunnen verdelen. De concentratie van algen in het
zeewater is daarbij niet gebruikt om de grootte van de emissies te
bepalen. Figuur 2 laat de verdeling van de ammoniakemissie zien, zoals
die sinds het Noordijk et al. rapport is meegenomen in de OPSberekeningen.

Figuur 2 NH3 emissies vanuit zeewater zoals toegepast in het OPS model.

Zowel de ruimtelijke verdeling als de omvang van de emissie zijn door
de jaren heen constant verondersteld in de berekeningen. De emissie
vanuit zee, zoals aangenomen op basis van het verschil tussen de
gemeten en berekende concentratie, kwam daarbij uit op ca. 30 kton
ammoniak voor het Nederlandse deel van de Noordzee.
Deze emissies, en de op basis daarvan berekende concentratie en
depositie, waren dus in eerste instantie bedoeld om ‘het gat’ tussen
gemeten en berekende concentratie van ammoniak te dichten. Deze
bijdrage werd als een aanvulling op de zogenaamde ‘meetcorrectie’
meegenomen in de berekeningen van de concentratie- en
depositiekaarten (GCN/GDN 1, AERIUS). Echter, de emissies zijn daarbij
1 Zie hiervoor bijvoorbeeld: Hoogerbrugge et al. R (2019) Grootschalige concentratie- en depositiekaarten

Nederland, Rapportage 2019. RIVM Rapport 2019-0091.
Pagina 12 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

als aparte broncategorie meegenomen in de berekeningen en kregen
daarmee ook een naam: ‘ammoniak uit zee’. Hiervan kon vervolgens
ook de bijdrage aan de depositie berekend worden, die met name in de
kuststrook tientallen procenten kan bedragen.
Verschillende vragen over deze bijdrage vanuit zee waren de aanleiding
om deze bron van ammoniak nader te beschouwen. Een onderzoek door
Dr. Martin Johnson (Univ. van East Anglia, UK) laat zien dat (in lijn met
wat Noordijk et al. constateren) er een bijdrage vanuit zee verwacht kan
worden. Er bestaat een chemisch evenwicht tussen ammonium en
ammoniak in zeewater, waarbij het uiteindelijke evenwicht mede
afhankelijk is van de temperatuur van het zeewater (Asman et al.,
1994; Johnson et al, 2008, 2010). Zo kunnen hogere
zeewatertemperaturen leiden tot een verschuiving van het evenwicht en
uiteindelijk tot meer ammoniak in de lucht leiden. Op basis van
informatie over dit evenwicht en de heersende concentraties van
ammonium in de kustwateren kan een inschatting van de emissie
gemaakt worden. Dr. Johnson komt op een emissie die 50-100 ton NH3
bedraagt, hetgeen een vele malen kleinere emissie is dan waarvan in de
berekeningen wordt uitgegaan (zie 3.1.1 voor de uitgebreide versie van
de rapportage van Dr. M. Johnson). Het verschil tussen de gemeten en
berekende concentratie voor de meetlocaties langs de kust kan dus niet
volledig verklaard worden door ammoniak uit zee.
Met het wegvallen van ‘ammoniak uit zee’ als volledige verklaring voor
het verschil is er nader onderzoek nodig om een sluitende verklaring
voor dit verschil te vinden. Wat zijn dan mogelijke verklaringen voor het
verschil tussen berekende en gemeten ammoniakconcentraties aan de
kust en wat betekent dit voor de depositiecijfers?
Mogelijke verklaring verschil
De bepaling van de stikstofdepositie gebeurt in Nederland op basis van
metingen en modelberekeningen. In deze bepaling zitten onzekerheden
die voortkomen uit onzekerheden in emissies, modelbenaderingen,
metingen etc. Bij alle berekeningen die plaatsvinden in het domein van
luchtkwaliteit en depositie komt dit voor en zijn de onzekerheden
gewoonlijk in de orde van tientallen procenten.
Er kunnen diverse oorzaken zijn voor het geconstateerde verschil tussen
de berekende en gemeten ammoniakconcentraties aan de kust.
Afhankelijk van de oorzaak van deze verschillen zijn de implicaties voor
de depositiebepaling aan de kust anders.
Wat zijn de hypotheses?
Voor het verschil tussen de berekende en gemeten concentraties kan
gekeken worden naar de beide onderdelen van deze ‘vergelijking’: de
metingen en de modelberekeningen. Het verschil kan veroorzaakt
worden door deze beide aspecten afzonderlijk of een combinatie ervan.
Hieronder zijn drie mogelijke hypotheses verder uitgewerkt.
Hypothese A: Het ligt aan de metingen
Over het algemeen wordt er van uit gegaan dat de metingen correct
zijn. Toch kennen ook de metingen onzekerheden. Zo kan een
Pagina 13 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

ammoniakmeting met Gradko-buisjes namelijk te hoog uitvallen. Een te
hoge meting kan worden veroorzaakt door nalevering van ammoniak dat
in de vorm van ammoniumaerosol op het filter zit. Met aanvullende
experimenten is nagegaan wat het effect van deze nalevering zou
kunnen zijn. In Hoofdstuk 2 worden de opzet en de resultaten van dit
experiment beschreven.
Hypothese B: Het ligt aan ontbrekende bronnen
Voor de modelberekeningen is informatie over ammoniakbronnen nodig.
Het kan zijn dat er bronnen die zich in de buurt van de metingen of
dichtbij de kust bevinden en die niet bij de emissieregistratie bekend
zijn. Een voorbeeld zou kunnen zijn emissies van lokale
(water)vogelkolonies. In Hoofdstuk 3 wordt verder ingegaan op de
mogelijke ontbrekende bronnen.
Hypothese C: Het ligt aan de modelberekening.
Er kan zich de situatie voordoen waarbij het OPS model langs de kust
systematisch te lage concentraties berekent. Dit kan verschillende
oorzaken hebben, waarbij de complexe situatie langs de kust mogelijk
een grote rol speelt. Zo is het model misschien onvoldoende in staat om
de land-zee-overgangen en de sterk variërende meteorologische
omstandigheden goed te beschrijven. Eerste resultaten van het lopende
onderzoek naar de rol van de modelberekeningen in het verschil tussen
berekende en gemeten ammoniakconcentraties aan de kust worden in
Hoofdstuk 4 beschreven.
In de volgende hoofstukken gaan we verder in op de resultaten van het
vervolgonderzoek dat uitgevoerd is binnen de verschillende hypotheses
en wat daar de (voorlopige) conclusies bij zijn.

Pagina 14 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

2

Metingen

In dit hoofdstuk worden verschillende aspecten rond de metingen langs
de kust behandeld. Sinds de publicatie van het rapport van Noordijk et
al. (2014) zijn de metingen langs de kust doorgegaan. Mogelijk kunnen
de langere meetreeksen meer (of ander) inzicht verschaffen in de
situatie met betrekking tot de ammoniakconcentraties in het kustgebied
(2.1). Vervolgens wordt in 2.2 ingegaan op het experiment waarbij de
mogelijke invloed van aërosolen op de meetresultaten is onderzocht.
2.1

Langere meetreeks
In het rapport van Noordijk et al. (2014) zijn de onderstaande grafieken
te vinden, waarin voor het duingebied aan de westkust en voor de
Waddeneilanden de gemeten en berekende ammoniakconcentraties zijn
weergegeven. Voor de westkust 2 betreft het drie meetpunten in een rij
dwars op de kust; een zogenaamd transect vanaf de zee naar meer
landinwaarts. Voor de Waddeneilanden 3 gaat het om transecten vanaf de
Noordzee naar de Waddenzee.
Deze figuren voor de westkust en de Waddeneilanden waren een
belangrijke aanwijzing voor het feit dat er een relatief groot verschil was
tussen de gemeten en berekende ammoniakconcentratie, en dat er
sprake zou kunnen zijn van een bron van ammoniak die op zee zou
liggen. Mede naar aanleiding van deze informatie is ‘op zee’ gezocht
naar een bron van ammoniak waarmee het verschil tussen gemeten en
berekende concentratie grotendeels teniet gedaan kon worden. De
manier waarop dit vervolgens gedaan is, is beschreven in het rapport
van Noordijk et al. (2014).

Figuur 3 Gemeten en gemodelleerde ammoniakconcentratie voor de periode
2005-2012 voor de duinen aan de westkust (links) en de Waddeneilanden
(rechts). Bron: Noordijk et al. (2014).

De volgende grafieken (Figuur 4) geven eenzelfde soort overzicht van de
gemeten concentraties voor de beide gebieden, maar dan aangevuld
met metingen uit de periode 2013-2019. Voor de westkust is het
patroon van de concentraties na 2012 veranderd. In vrijwel alle jaren na
2012 lopen de concentraties landinwaarts op.Voor de Waddeneilanden is
2
3

Voor de westkust wordt in Noordijk et al. (2014) uitgegaan van het Zwanenwater, Kennemerland en Meijendel
Voor de Waddeneilanden wordt uitgegaan van Vlieland en Terschelling en twee transecten op elk eiland
Pagina 15 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

het patroon wel consistent in de tijd: oplopende concentraties vanaf de
Noordzeekust naar de Waddenzee. Doordat de concentraties in het
duingebied aan de westkust geen duidelijke verhoging meer laten zien
aan de zeezijde zou er nu mogelijk minder reden zijn om aan te nemen
dat er sprake is van een bijdrage vanuit zee. Het blijft echter opvallend
dat de concentraties in de gehele kuststrook te laag worden berekend.

.
Figuur 4 Gemeten ammoniakconcentratie voor de periode 2005-2019 voor het
duingebied aan de westkust (links) en de Waddeneilanden (rechts).

2.2

Invloed aërosolen op de gemeten ammoniakconcentratie
Zoals in de inleiding al genoemd, is de directe aanleiding voor de extra
metingen het verschil tussen de gemeten en berekende
ammoniakconcentraties langs de kust. Een deel van dit verschil kan te
maken hebben met de metingen. In het verleden is er namelijk al
geconstateerd dat er zich, bij de door het RIVM gebruikte
monsterbuisjes, de situatie voordoet dat er hogere concentraties worden
gemeten wanneer het filter onderin het buisje aanwezig blijft na de
meetperiode en tijdens het transport. In eerdere publicaties wordt er
melding van gemaakt dat dit te maken zou kunnen hebben met een
mogelijke vervluchtiging van ammoniumnitraat wat zich op het filter kan
verzamelen 4. Bij veranderende temperatuur/vochtigheid/etc. kan dit
ammoniumnitraat weer uiteen vallen en vervolgens als ammoniak
gemeten worden in het buisje.
Om een eerste inschatting te maken van dit fenomeen is in de eerste
helft van 2021 gedurende zes maanden een meetcampagne gestart in
het Zwanenwater. Daarbij is een standaard triplo (met filter) en een
triplo zonder filter op de vier locaties in het Zwanenwater opgehangen.
De resultaten van deze campagne lieten inderdaad duidelijke verschillen
zien tussen de beide varianten, waarbij het gemiddelde verschil voor
bepaalde maanden op kon lopen tot ca. 30%. De metingen zonder filter
gaven een lagere concentratie dan de metingen met filter.
Naar aanleiding van deze campagne in het Zwanenwater is er besloten
om de metingen uit te breiden naar zes locaties langs de kust en de zes
LML stations. Dit om meer duidelijkheid te krijgen over de reikwijdte van
het verschil. Wanneer dit fenomeen zich voordoet op meerdere stations
langs de kust is er sprake van een situatie waarbij (een deel van) de
geconstateerde afwijking door de metingen wordt veroorzaakt. Wanneer
direct langs de kust sprake is van een onterecht te hoog gemeten
4
Sutton et al. (2001) Comparison of low cost measurement techniques for long-term monitoring of
atmospheric ammonia. Journal of Environmental Monitoring 3, pp. 446-453.

Pagina 16 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

ammoniakconcentratie met 15-30% zal dit voor een deel vertaald
worden in een lagere ammoniakdepositie. Met andere woorden: de
huidige berekende deposities zijn langs de kust dan te hoog, hetgeen
niet het geval is voor de overige gebieden meer landinwaarts. Hoeveel
hoger hangt er vanaf hoe groot de afwijking in de
ammoniakconcentratie na de ijking nog is (en of dit tijdens de ijking ook
daadwerkelijk wordt meegenomen).
2.2.1

Opzet
Zoals hierboven al aangegeven zijn extra metingen uitgezet op twaalf
locaties: zes MAN-gebieden langs de kust en zes LML stations. Tabel 1
geeft een overzicht van de twaalf locaties.
Tabel 1 Meetstations meegenomen in deze meetcampagne.

Type
MAN
MAN
MAN
MAN
MAN
MAN
LML
LML
LML
LML
LML
LML

Stationsnummer
18
21
37
38
46
319
131
444
538
633
738
929

stationsnaam
Terschelling
Zwanenwater
Kennemerland
Kop van Schouwen
Meyendel
Texel
Vredepeel
De Zilk
Wieringerwerf
Zegveld
Wekerom
Valthermond

De metingen zijn eind december 2021 gestart en liepen door tot en met
augustus 2022. De verwachting is dat op basis van deze meetreeks al
een duidelijk beeld gevormd kan worden in hoeverre het al dan niet
verwijderen van het filter doorwerkt in de uiteindelijke MANmeetresultaten. Voor een vergelijking van deze MAN-metingen met de
LML metingen (o.b.v. miniDOAS), is gebruik gemaakt van de
ongevalideerde gemiddelde maandconcentraties.
2.2.2

Resultaten
In de onderstaande figuren (Figuur 5) is voor de LML- (links) en MAN(rechts) stations de gemeten concentratie weergegeven voor de situatie
met en zonder filter. Het gaat hier om de gemiddelde concentratie voor
de hele meetperiode (acht maanden). De bovenste figuren laten daarbij
de absolute concentraties zien voor de beide situaties, terwijl de
onderste figuren niet alleen het absolute verschil weergeven maar ook
het verschil als percentage van de standaardmeting (met filter).
Voor de LML-stations varieert het gemeten verschil tussen de beide
varianten van 0,40 µg/m3 (De Zilk) tot 1,60 µg/m3 (Vredepeel en
Wekerom). Dit verschil is 7-19% van de totale gemiddelde concentratie
van de standaard MAN-metingen (dus inclusief filter). Voor de MANstations zijn de concentraties op het niveau als die op het LML-station
De Zilk (444). Ook hier varieert het absolute concentratieverschil en ligt
tussen 0,20 en 0,80 µg/m3. De bijdrage van dit verschil aan de totale
standaard concentratie bedraagt circa 8-25%.
Pagina 17 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

Figuur 5 Gemiddelde concentraties (voor de hele meetperiode) voor de LML(links) en MAN- (rechts) stations voor de metingen met en zonder filter.

Wanneer de hierboven genoemde concentratieverschillen uitgezet
worden tegen de totale ‘standaard’ concentratie (met filter), is er een
duidelijke relatie tussen beide te zien. Hoe hoger de concentratie, hoe
groter het verschil en dus de bijdrage van de ammoniak/ammonium op
het filter (Figuur 6).

Figuur 6 Concentratieverschil (met en zonder filter) als percentage van de totale
concentratie (met filter), uitgezet tegen de totale concentratie (met filter).

Wanneer we wat specifieker kijken naar De Zilk, dan lijkt daar de
concentratie eerder toe dan af te nemen. Daarbij moet nog rekening
gehouden worden met het feit dat ook na kalibratie er een verschil met
de miniDOAS metingen blijft bestaan. Dat betekent dat de concentraties
voor De Zilk in werkelijkheid nog ca. 10% hoger zijn dan de MANmetingen voor die locatie (na kalibratie) weergeven. De miniDOASmetingen zijn beschouwd als de referentie metingen voor ammoniak en
Pagina 18 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

worden gebruikt in het LML (zie voor beschrijving Berkhout et al.,
2018).
Uiteindelijk gaat het om de concentratie na kalibratie. In de
onderstaande figuur zijn de verschillen tussen de varianten met en
zonder filter en voor en na de kalibratie voor de metingen met de MANbuisjes weergegeven.

Figuur 7 Vergelijking tussen MAN- en LML-concentratie voor en na kalibratie
voor de varianten met en zonder filter.

Pagina 19 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

Figuur 8 Verschil tussen de metingen met en zonder filter na kalibratie voor de
MAN- en LML-stations, met: boven – de gemiddelde concentratie en onder – het
absolute en relatieve verschil tussen de beide varianten.

Het onderzoek naar een mogelijk effect van ingevangen aërosolen op
het filter heeft een wisselend beeld laten zien van stijgende en dalende
concentraties (na kalibratie) voor de 12 meetstations. Voor vijf van de
zes meetpunten langs de kust geeft de variant ‘zonder filter’ een
verlaging van de concentratie tot maximaal 0,25 µg/m3 (7%) gedurende
de hele meetperiode. Dit is ongeveer 10-20% van het geconstateerde
verschil tussen de gemeten en berekende concentraties en daarmee
geen volledige verklaring voor dat verschil.

Pagina 20 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

3

Ontbrekende bronnen

Dit hoofdstuk behandelt een aantal aspecten die te maken hebben met
de mogelijke emissie uit of van zee. Voor de emissies uit het zeewater
wordt daarbij wordt gekeken naar een studie van Dr. Martin Johnson,
waarbij een onafhankelijke inschatting gemaakt is van de emissie uit zee
(3.1.1). Dit is aangevuld met een inschatting van deze emissie op basis
van berekeningen met EMEP-model (3.1.2). Vervolgens is de mogelijk
(extra) bijdrage door de zeescheepvaart (3.2) en het effect van een
andere ruimtelijke verdeling van de emissies langs de kust (3.3)
bekeken.
3.1

Emissies uit water

3.1.1

Schatting van NH3 emissies uit Nederlandse kustwateren
(Deze analyse is gebaseerd op een rapportage van Dr. Martin Johnson
(UK) die op verzoek van RIVM is uitgevoerd. Zie voor de gehele
rapportage Bijlage x).
De uitwisseling van ammoniak tussen het zee-oppervlak en de
atmosfeer hangt af van de ammoniakconcentratie in de lucht en
ammonium in het zeewater, de temperatuur, zuurgraad (pH) en
windsnelheid. De flux wordt bepaald door het effectieve
concentratieverschil tussen zee en atmosfeer, mede bepaald door de
Henry-constante, KH. In het geval van ammoniak moet ook het
evenwicht tussen moleculair NH3 en NH4+ daarin meegenomen worden.
Bij een typische pH, temperatuur en saliniteit is er slechts een paar
procent van de NH4+ beschikbaar voor het transport over de lucht-zee
overgang als opgelost ammoniak. De mate van uitwisseling wordt
gecontroleerd door de uitwisselingssnelheid – in het geval van
ammoniak de transportsnelheid naar de lucht. De onderliggende
processen van deze uitwisseling zijn complex en in hoge mate variabel,
maar parametrisaties van de uitwisselingssnelheid geven een redelijke
schatting, zeker wanneer gekeken wordt naar lange-termijn
gemiddelden.
In deze analyse is het uitwisselingsschema van Johnson (2010) gebruik
om de temperatuur, pH en saliniteits-afhankelijke
uitwisselingssnelheden, de oplosbaarheid van ammoniak volgens de
Henry-constante en pKa van ammonium te berekenen, dit voor het
bepalen van de verdeling tussen NH3 en NH4+ in het water aan het zeeoppervlak. Het bepalen of en in welke mate de Nederlandse kustwateren
een bron van ammoniak voor de Nederlandse kuststrook kunnen zijn is
uitgevoerd op basis van de MAN-gegevens voor NH3 van het RIVM, de
zee oppervlaktetemperatuur en de windvelden van het ECMWF.
Zeewater concentraties zijn geschat op basis van literatuurwaarden.
Deze simpele analyse kan de MAN-luchtconcentraties niet verklaren
vanuit het zee-oppervlak als een mogelijke bron. Een ruwe schatting
van de emissie vanuit zee, suggereert dan een wateroppervlak van 5000
km2 langs de Nederlandse kust verantwoordelijk zou kunnen zijn voor
ca. 100 ton NH3.

Pagina 21 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

3.1.2

Onderzoek met het EMEP-model
Met het EMEP-model is ook onderzocht wat de mogelijke omvang van de
zee-emissies zou kunnen zijn (Hazelhorst, 2019). Het EMEP-model is
een model dat binnen de Conventie voor grensoverschrijdende
luchtverontreiniging in Europa van de VN (UN-ECE CLRTAP) gebruikt
wordt (EMEP, 2022). Hiervoor is er een speciale bi-directionele
gasuitwisselingsroutine (BiDir) ingebouwd in het EMEP-model. Hieronder
worden de conclusies van dat onderzoek beschreven.
Vergelijking van de BiDir zee-emissies met GCN-emissies voor de
Noordzee
De emissies voor de Noordzee, zoals berekend met de BiDir-routine, zijn
vergeleken met de emissies zoals gebruikt in de jaarlijkse RIVMberekeningen van de concentratie- en depositiekaarten (GCN/GDN).
Omdat de emissies voor GCN/GDN niet dezelfde resolutie hebben als het
EMEP-grid, is de vergelijking alleen uitgevoerd voor het aangegeven
gebied in Figuur 97. Dit gebied is een combinatie van de GCN 5x5 km2
gridcellen boven water en het EMEP-grid. De emissies voor het
betreffende gebied zijn geaggregeerd, waarmee de resultaten in Tabel 2
bepaald zijn.
De hoeveelheid NH3 zee-emissies, berekent via de BiDir-routine, is
ongeveer een factor 90 kleiner dan de emissies die nu gebruikt worden
voor het maken van de GCN/GDN kaarten. Wanneer dit geschaald wordt
naar een oppervlak van 5000 vierkante kilometer, dan is de totale BiDiremissie 23 ton NH3. Voor de GCN/GDN-emissies is dit ongeveer 2000
ton NH3. Ter vergelijking, voor een oppervlak van 5000 km2 berekende
M. Johnson (3.1.1) een totale emissie van ongeveer 100 ton NH3 per
jaar. Deze emissie is ongeveer een factor 4 hoger dan de emissie op
basis van de BiDir-routine. Dit kan verklaard worden doordat in BiDir
CMEMS-invoergegevens voor oceaan NH4+ concentraties zijn gebruikt,
die een factor 2 tot 10 kleiner zijn dan op basis van metingen verwacht
mag worden. Echter, zowel de resultaten van M. Johnson, als de
resultaten op basis van EMEP/BiDir, laten zien dat de emissies als
gebruikt voor de GCN/GDN-kaarten veel te hoog zijn.
Tabel 2 Vergelijking van de totale emissies o.b.v. de BiDir-routine in EMEP en
zoals gebruikt voor GCN/GDN voor een bepaald gebied. De 33204 km2 is het
gebied zoals weergegeven in Figuur 97. De 5000 km2 is de hoeveelheid
berekend voor het totale gebied, maar dan geschaald naar een oppervlak van
5000 km2.

Areaal
(km2)

GCN-emissies
(ton NH3 j-1)

BiDir-emissies
(EMEP) (ton NH3 j-1)

Ratio emissies GCN/
emissies BiDir (-)

33204

13369

152

88.2

5000

2013

23

88.2

Pagina 22 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

Figuur 9 Het oranje vlak is het gebied zoals gebruikt in de vergelijking van de
NH3-emissies. Het totale gebied is 33204 km2.

3.2

Zeescheepvaart
Er is onderzocht wat de gevoeligheid is van de bijdrage van de
zeescheepvaart aan de ammoniakconcentratie langs de kust. De
Emissieregistratie geeft voor 2021 een emissieverhouding van 1:2500
(NH3:NO2 – 1,6 ton NH3-N:4000 ton NO2-N) voor de zeescheepvaart op
het NCP (www.emissieregistratie.nl), wat meegenomen wordt in de
huidige berekeningen. Er is een extra berekening gedaan waarbij er
verondersteld is dat de NH3-emissies vanuit de zeescheepvaart 1:40 van
de NOx-emissies zijn (~ ratio NH3:NOx voor vrachtverkeer). Dit blijkt
nauwelijks verandering in de berekende NH3-concentraties op te leveren
(Figuur 10).

Pagina 23 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

Figuur 10 Gemeten en berekende NH3-concentraties op de MAN-meetpunten
langs de kust (waarbij voor de scheepvaartemissies is aangenomen dat er 1/40x
zoveel NH3 als NOx wordt uitgestoten, dit is de ratio NH3/NOx die ongeveer voor
vrachtverkeer wordt gevonden). Met links zonder extra scheepvaartemissies en
rechts met de extra emissies.

Pas als er 2.73 x zoveel NH3 als NOx uit de zeescheepvaart zou komen,
worden de concentraties langs de kust goed gemodelleerd (Figuur 11).
Gelet op de huidige schattingen van de emissies is het echter niet
aannemelijk dat er zoveel NH3 door de zeescheepvaart wordt
uitgestoten.

Figuur 11 Gemeten en berekende NH3-concentraties op de MAN-meetpunten
langs de kust (waarbij voor de scheepvaartemissies is aangenomen dat er 2.73x
zoveel NH3 als NOx wordt uitgestoten). Dit is een onaannemelijk hoge
verhouding.

3.3

Smalle strook met emissies vlak voor de kust
Er is onderzocht of een smalle strook met emissies vlak voor de kust
een even goede match met de metingen laat zien als het gebruik van
het hele Noordzee emissiebestand. Het idee hierachter is dat er hogere
ammoniumconcentraties vanuit de rivieren in een smalle strook langs de
kust naar het noorden stromen en dat de emissies in de praktijk dus
eigenlijk alleen maar in een smalle strook langs de kust zullen
plaatsvinden.

Pagina 24 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

Figuur 12 laat zien met welke emissies (afgeleid vanuit het originele
emissiebestand) berekeningen zijn uitgevoerd. De emissietotalen van de
gebieden waar de emissies plaatsvinden zijn onder de figuren vermeld.

32.64 kton/year

6.05 kton/year

3.39 kton/year

Figuur 12 NH3-emissies zoals die nu in OPS gebruikt worden (links), voor een
aangepast gebied van binnenwateren + 1 km vanuit de kust (inclusief
Waddenzee) (midden) en voor een aangepast gebied van binnenwateren + 1 km
vanuit de kust (zonder de Waddenzee, maar wel inclusief een strook van ca.
1km vanuit de kust) (rechts). Onder de figuren staan de emissietotalen van de
emissies in de gekleurde gebieden.

Figuur 13 laat zien dat een kleine strook langs de kust met emissies uit
water al voldoende is om de concentraties in de kuststrook redelijk goed
te modelleren. Opvallend is daarbij dat als de emissies van de
Waddenzee weggelaten worden, de vergelijking net zo goed is, als
wanneer de emissies in de hele Waddenzee meegenomen worden. De
berekeningen laten in ieder geval zien dat een smalle strook vlakbij de
kust voldoende is om de concentraties langs de kust goed te kunnen
modelleren. De resultaten van 3.1 hebben echter laten zien dat het niet
aannemelijk is dat er grote hoeveelheden ammoniak uit het zeewater
verdampen. De vraag blijft nog wel of de relatief hoge (gemeten)
ammoniumconcentraties in het zeewater langs de kust misschien hoog
genoeg kunnen zijn om in een smalle strook langs de kust toch een
significante bijdrage aan de ammoniakemissie te kunnen leveren.
Daarnaast zou er mogelijk een (nog onbekend) proces op (droogvallend)
strand en slikken kunnen zijn dat voor emissie van ammoniak kan
zorgen. Hiervoor zou mogelijk een speciale meetcampagne moeten
worden opgezet.

Pagina 25 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

Incl. Waddenzee

Excl. Waddenzee

Figuur 13 Gemeten en berekende NH3-concentraties op de MAN-meetpunten
langs de kust met zee-emissies (linksboven), met NH3-emissies vanuit
binnenwateren en in een smalle strook langs de kust incl. Waddenzee
(rechtsboven) resp. excl. Waddenzee (linksonder) en zonder zee-emissies
(rechtsonder).

Pagina 26 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

4

Modelberekeningen

Dit hoofdstuk behandelt verschillende aspecten die met name te maken
hebben met de manier waarop de concentratie langs de kust berekend
wordt. Zo wordt er in meer detail gekeken naar de modellering van de
concentraties langs de kust met zowel EMEP als met OPS (4.1), is er
gekeken naar de depositie op zeewater (4.2), de oppervlakte-atmosfeer
uitwisseling boven land (4.3) en de hoogte waarop de concentratie
berekend wordt (receptorhoogte) en naar de invloed van de meteo op
de berekende concentraties (4.4). Let op: de modelresultaten in dit
hoofdstuk zijn niet gekalibreerd aan metingen.
4.1

Modelberekeningen met EMEP en OPS
Om een idee te krijgen van de mogelijke oorzaak van de onderschatting
van de gemeten concentraties, kan het helpen om een beeld te hebben
van de mogelijke herkomst van de ammoniakconcentratie. Hiervoor zijn
verschillende berekeningen uitgevoerd met OPS waarin de emissies
vanaf zee respectievelijk wel en niet zijn meegenomen. Deze zijn
vergeleken met EMEP-berekeningen voor hetzelfde domein. In Figuur 2
zijn de NH3 emissies vanuit zeewater geplot zoals die standaard in het
OPS-model gebruikt worden. De runs waarin de zee-emissies niet zijn
meegenomen krijgen in de naam mee ‘minZE’ (min Zee-Emissies). In de
EMEP-runs worden de zee-emissies niet gebruikt.
In Figuur 14 zijn voor LML-station De Zilk de NH3 concentratiebijdrages
uit de verschillende windrichtingen van EMEP en OPS vergeleken met de
gemeten concentratiebijdrages uit de verschillende windrichtingen in het
jaar 2015. Te zien valt dat de gemeten jaargemiddelde concentratie in
de Zilk vooral bepaald wordt door de aanvoer van ammoniak uit
oostelijke richting (ondanks de dominante windrichting vanuit het
zuidwesten).
Voor OPS zijn berekeningen uitgevoerd met (OPS) en zonder zeeemissies (OPSminZE). In de EMEP-berekeningen zijn geen zee-emissies
gebruikt. Zowel EMEP als OPS laten in de windrichting vanaf zee een
onderschatting van de concentraties zien. Bij EMEP zien we een
overschatting van de concentratiebijdrage vanuit de oostelijke
windrichting. Dit zorgt er uiteindelijk voor dat de berekende
jaargemiddelde concentratie in EMEP net iets hoger is dan de metingen
(en dit compenseert dus de onderschatting vanuit de westelijke
windrichting). De berekende concentratie met OPS (incl. zee-emissies) is
ongeveer 5% hoger dan de gemeten NH3 concentratie, terwijl de OPSberekening zonder de zee-emissies zo’n 17% te laag is.
Tabel 3 jaargemiddelde NH3-concentraties in 2015 in De Zilk

2015
Metingen
OPS
OPSminZE
EMEPv4.36

NH3-concentratie
2.23
2.33
1.86
2.33

Pagina 27 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

Figuur 14 Concentratiebijdrage vanuit verschillende windrichtingen aan de
jaargemiddelde concentratie op LML station De Zilk in 2015. (met: linksboven –
metingen, rechtsboven – EMEP-model, linksonder – OPS (zonder zee-emissies),
rechtsonder – OPS (met zee-emissies)).

4.2

Depositie op water
In het OPS-model is de depositie op zee niet gekoppeld aan de emissie
uit zee. Daarom is er ook gekeken naar de depositie op zeewater. Als de
berekende depositie op zeewater te hoog zou zijn, dan blijft er minder
over van de overzeese aanvoer van ammoniak, waarmee de berekende
concentratie in de duinen te laag kan zijn. De depositie op water wordt
bepaald door het compensatiepunt van water, dat op zijn beurt weer
afhankelijk is van de verhouding tussen NH4+ en H+ in het zeewater en
de temperatuur van het zeewater (gamma, γ). In OPS is de gamma van
water vastgezet op 430 [-]. Dit is de representatieve waarde die door
Van Zanten et al (2010) is vastgesteld op basis van metingen langs de
kust. Een hoger compensatiepunt (of γwater) zou tot een lagere depositie
moeten leiden en daarmee tot een hogere concentratie.
In Figuur 15 zijn NH3 concentraties op een selectie van MANmeetpunten langs de Nederlandse kust weergegeven waarbij met
verschillende waarden voor γwater is gerekend. Te zien is dat een
verhoging van γwater naar 1500 i.p.v. 430 inderdaad leidt tot een hogere
Pagina 28 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

concentratie op de MAN-meetpunten langs de kust. Een verdere
verhoging naar 2500 of 5000 heeft geen effect meer op de concentratie.
Dit komt omdat bij deze hoge waarden de depositie al maximaal is
gereduceerd. Merk op dat bij een dynamische modellering van de
compensatiepunten er wel degelijk meer emissie op zou treden bij
hogere waardes van γwater en er dus hogere concentraties verwacht
mogen worden bij hogere waardes voor γwater. Dit is in OPS echter
vanwege de modelstructuur niet mogelijk. Verder is te zien dat een
verlaging van de gamma naar 100 leidt tot een verlaging van de
concentraties omdat een lagere γwater de depositie juist verhoogt.
Figuur 15 geeft een indruk van de gevoeligheid van de concentraties
langs de kust voor de waarde van γwater. Over het algemeen wordt het
verschil tussen de modelberekeningen en de metingen ca. 0,2 µg/m3
kleiner bij een γwater van 1500 of hoger, met uitschieters naar 0,4/0,6 of
zelfs 0,8 µg/m3 (de laatste voor meetpunt 16_3).

Figuur 15 NH3 concentratie op een selectie van meetpunten in het MAN die langs
de kust liggen bij verschillende waarden voor γwater (lichtblauw (430) is de
defaultwaarde voor water in OPS).

Dit wordt ook nog eens weergegeven in Figuur 17 voor de locaties in
Figuur 16. Het is duidelijk dat een aanzienlijke hogere γwater een deel
van het verschil tussen metingen en modelberekeningen langs de kust
kan verklaren. Het is echter op basis van de beschikbare informatie niet
realistisch te veronderstellen dat de γwater overal langs de kust zulke
hoge waardes kan aannemen. Het is aan te bevelen om hier nader
onderzoek naar te doen, want op enkele locaties (bijv. bij monding van
rivieren in de kustwateren) is een hogere NH4+ concentratie in het water
te verwachten en daarmee een hogere γwater.

Pagina 29 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

Figuur 16 Locaties met stations-ID’s voor MAN-meetpunten langs de
Nederlandse kust gebruikt voor de vergelijking tussen metingen en
modelberekeningen met OPS.

Figuur 17 Scatterplots met gemodelleerde versus gemeten NH3-concentraties
met OPS zonder zee-emissies, met een γwater van 430 (links) en 1500 (rechts).

4.3

Zee-land overgang en geaccidenteerd terrein
De overgang van zee naar landoppervlak maakt het berekenen van
concentratie en deposities in het kustgebied ingewikkelder dan voor
gebieden die landinwaarts liggen. Dit komt door de grote sprong in de
ruwheid van het oppervlak van zeer glad naar zeer ruw en het grote
verschil in oppervlakte-eigenschappen die de energiehuishouding in de
onderste luchtlaag sterk beïnvloeden. Daarnaast bestaat het kustgebied
vaak uit geaccidenteerd terrein. Dit heeft grote effecten met name op de
lokale meteorologische omstandigheden. Deze omstandigheden bepalen
Pagina 30 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

voor een groot deel het depositieproces in het kustgebied. Het OPSmodel kan daar maar in beperkte mate rekening mee houden. Dit geldt
voor elk atmosferisch transport en depositiemodel. Een analyse van hoe
de stroming zich aanpast van zee naar land en in geaccidenteerd terrein
vereist een aanzienlijk complexer model. Om het effect van
geaccidenteerd terrein en veranderende meteorologische
omstandigheden te onderzoeken zijn gevoeligheidstests uitgevoerd naar
het effect van het aannemen van een andere hoogte waarop de
concentratie berekend wordt (receptorhoogte) en van het gebruik van
andere meteorologische gegevens.
Het OPS-model rekent voor de MAN-metingen op de hoogte waarop de
meting plaatsvindt, variërend van 1 tot 2 meter (receptorhoogte). Door
het geaccidenteerde terrein in het kustgebied is het hanteren van deze
hoogte niet vanzelfsprekend. De berekende concentratie voor een
bepaalde locatie (receptor) is afhankelijk van de hoogte van de receptor.
Het OPS-model gebruikt een meteorologische methode (de zogenaamde
Monin-Obukhov Similarity Theory (MOST) met bijbehorende
stabiliteitscorrecties) en een depositiebeschrijving (met depositiemodule
DEPAC) om de berekende concentratie van referentiehoogte (50 m)
naar meethoogte te vertalen. De concentratie wordt dichterbij het
aardoppervlak meer beïnvloed door het oppervlak zelf, onder andere
door de depositie aan het oppervlak.
In de meteorologische methode wordt ervanuit gegaan dat het
oppervlak relatief vlak is en geen grote hoogteverschillen heeft. In
duingebied is dit niet het geval en is sprake van hoogteverschillen
tussen duintoppen en -pannen van enkele tientallen meters. Hier wordt
in de modellering in OPS geen rekening mee gehouden.
Daarom is een test gedaan om te kijken hoe sterk de invloed van een
andere receptorhoogte. Figuur 18 geeft een overzicht van de berekende
concentraties voor verschillende receptorhoogtes. Met het hanteren van
een receptorhoogte van 50 meter, geeft de vergelijking met de gemeten
concentratie het kleinste verschil. Maar ook een aanpassing van de
receptorhoogte naar respectievelijk 5, 15 of 30 meter laat een duidelijke
afname van het verschil tussen meting en model zien. Dit is een reden
om nader onderzoek te verrichten naar hoe het stromingspatroon in
duingebied er uit ziet en of er correcties mogelijk zijn door bijvoorbeeld
een andere (effectieve/virtuele) receptorhoogte te veronderstellen. Het
is duidelijk dat er verschillende meetpunten zijn op of nabij duintoppen
die qua hoogte vergelijkbaar zijn met de bovengenoemde hoogtes,
waarbij een mogelijk effect op de berekende concentratie mogelijk is.
Maar dit is niet generiek zo voor alle meetpunten in het duingebied.
Daarnaast hebben landgebruik, ruwheidslengte, vegetatiehoogte en de
leaf area index ook nog invloed op de berekende concentraties op de
receptorhoogtes. Die parameters beïnvloeden de depositie op het
oppervlak en daarmee de gradiënt nabij het oppervlak. Om hier meer
duidelijkheid over te krijgen is daarnaast gericht onderzoek ook op deze
onderdelen nodig.

Pagina 31 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

Figuur 18 Gemeten en berekende NH3-concentraties op de MAN-meetpunten
langs de kust voor verschillende receptorhoogtes (de default/werkelijke
meethoogte, 5 , 15, 30 en 50 m).

4.4

Meteorologische gegevens
OPS gebruikt meteorologische omstandigheden die geklassificeerd zijn
naar een aantal meteorologische grootheden (o.a. windrichting, snelheid, atmosferische stabiliteit) voor zes meteoregio’s
(meteostatistiek). (Figuur 19). Voor deze berekeningen is gefocust op de
regio Zeeland, omdat hier de grootste verschillen tussen de gemeten en
Pagina 32 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

berekende concentraties gevonden worden. De meteostatistiek voor de
regio Zeeland wordt in belangrijke mate bepaald door één meteostation
(Vlissingen), waarbij het bekend is dat dit station zeer dichtbij het water
ligt en mogelijk niet representatief zou kunnen zijn voor de hele regio
(Figuur 19). Bij berekeningen door OPS wordt er voor elke locatie een
ruimtelijk gewogen interpolatie van de drie dichtstbijzijnde meteoregio’s
gemaakt. Voor de meetpunten in Zeeland zal Meteoregio 4 daarin
dominant zijn. Om de invloed van de meteoregio op de berekende
concentraties in Zeeland te bepalen, hebben we deze meetpunten
doorgerekend met behulp van de twee aangrenzende meteoregio’s
(Meteoregio 2 en 5).

Figuur 19 Meteoregio’s met de meetlocaties die zijn gebruikt om de
meteostatistiek voor de betreffende meteoregio af te leiden.

Figuur 20 laat zien dat zowel met Meteoregio 2 als met Meteoregio 5 de
concentraties beter worden berekend dan met de geïnterpoleerde meteo
of met Meteoregio 4. Het is zelfs zo dat wanneer met Meteoregio 5
wordt gerekend, de concentraties beter met de metingen overstemmen,
dan wanneer er met de geïnterpoleerde meteo wordt gerekend inclusief
de zee-emissies. Het beeld voor Zeeland gaat daarnaast ook op voor de
overige meetpunten langs de kust. Figuur 21 geeft de verhouding weer
tussen gemeten en berekende concentraties, waarbij per meetpunt
gerekend is met alle mogelijke meteovarianten (gemiddelde van drie
aanliggende meteoregio’s en Meteoregio’s 1-6). Uit figuur komt naar
voren dat de gemeten concentratie voor de stations langs de kust het
beste wordt weergegeven via meteogegevens die representatief zijn
voor regio’s die meer landinwaarts zijn gelegen. Deze bevinding is
belangrijk, omdat het – net als de bevinding uit de 4.3 ten aanzien van
Pagina 33 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

de receptorhoogtes – een aanwijzing kan zijn voor de reden voor de
verschillen tussen de berekende en gemeten concentraties. Een van de
belangrijkste verschillen tussen de meteorologische omstandigheden
meer landinwaarts ten opzichte van aan de kust zijn de lagere
windsnelheden. In het algemeen leidt een lagere windsnelheid in de
modelberekeningen tot hogere concentraties omdat de menging van de
lucht minder is. Niet duidelijk is waarom de windsnelheid in kustgebied
lager zou zijn en of er geen ander mechanisme of andere
meteorologische omstandigheden die verklaren waarom hogere
concentraties berekend worden. Dit is aanleiding om voor nader
onderzoek naar dit mogelijke verschil in windsnelheid en het effect op
de berekende concentraties.

Figuur 20 Berekende en gemeten NH3-concentraties voor de meetpunten in
Zeeland berekend met verschillende meteoregio’s: geïnterpoleerde meteo
(linksboven), Meteoregio 2 (rechtsboven), Meteoregio 4 (linksonder) en
Meteoregio 5.

Pagina 34 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

Figuur 21 Berekende en gemeten NH3-concentraties voor de meetpunten langs
de kust zoals berekend met verschillende meteoregio’s: geïnterpoleerde meteo
(avg) en Meteoregio’s 1-6 (1-6).

Pagina 35 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

Pagina 36 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

5

Conclusies

In de onderstaande paragrafen worden de belangrijkste conclusies voor
de onderdelen metingen, emissies en modelberekeningen weergegeven
(5.1-5.3). Daarna het overkoepelende beeld (5.4) en wat er verder nog
moet gebeuren (5.5).
5.1

Conclusies metingen
Doordat de concentraties in het duingebied aan de westkust geen
duidelijke verhoging meer laten zien aan de zeezijde zou er nu mogelijk
minder reden zijn om aan te nemen dat er sprake is van een bijdrage
vanuit zee. Het blijft echter opvallend dat de concentraties in de gehele
kuststrook te laag worden berekend.
Het onderzoek naar een mogelijk effect van ingevangen aërosolen op
het filter heeft een wisselend beeld laten zien van stijgende en dalende
concentraties (na kalibratie) voor de 12 meetstations. Voor vijf van de
zes meetpunten langs de kust geeft de variant ‘zonder filter’ een
verlaging van de concentratie tot maximaal 0,25 µg/m3 (7%) gedurende
de hele meetperiode. Dit beeld is echter niet consistent; er zijn ook
meetpunten die geen concentratietoename laten zien.

5.2

Conclusies ontbrekende bronnen
Berekeningen van Dr. M. Johnson en met het Europese EMEP model, die
een inschatting geven van de emissie die via het NH3/NH4+ evenwicht in
water kan ontstaan laten zien dan de emissies uit zee vele malen lager
is dan wat in de GCN/GDN berekeningen gebruikt wordt.
Het is niet waarschijnlijk dat een eventuele onderschatting van de
gebruikte ammoniakemissies voor de zeescheepvaart het verschil tussen
de meting en de berekeningen kan verklaren. Pas wanneer er een
onrealistisch hoge emissie van NH3 uit de zeescheepvaart verondersteld
wordt, is er een goede vergelijking tussen de metingen en de
berekeningen.
Met een NH3 emissie in een smalle strook vlakbij de kust kan de
concentratie langs de kust wel goed gemodelleerd worden. Hiervoor is
echter wel een emissie van 3-6 kton NH3 nodig. Gezien de berekeningen
met EMEP lijkt een dergelijke hoge emissie niet aannemelijk. In de buurt
van mondingen van rivieren/kanalen, zijn de ammoniumconcentraties in
het water verhoogd en zou het kunnen voorkomen dat
ammoniakemissies uit het water leiden tot hogere
ammoniakconcentraties aan de kust. Verder onderzoek en vergelijking
met metingen van Rijkswaterstaat moeten hier uitsluitsel over geven.
Daarnaast zou er mogelijk een proces op het (droogvallend) strand en
slikken kunnen zijn dat voor emissie van ammoniak kan zorgen. Het
RIVM heeft contact met NIOZ om dit verder uit te zoeken.

5.3

Conclusies modelberekeningen
Voor het LML meetstation De Zilk (op een afstand van 3 km van de
kust) laat een vergelijking van de OPS- en EMEP-rekenresultaten met de
Pagina 37 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

metingen per windrichting laat zien dat beide modellen de
ammoniakconcentraties onderschatten als de wind westelijk (van zee)
is.
De concentraties langs de kust worden mede bepaald door de depositie
op het water, welke afhankelijk is van de pH van het zeewater en het
compensatiepunt van het zeewater (ofwel γwater). Standaard wordt een
γwater van 430 aangehouden in de OPS berekeningen. Een hogere γwater
van 1500 laat een hogere berekende concentratie langs de kust zien van
0,2 µg/m3, met uitschieters naar 0,4/0,6 of zelfs 0,8 µg/m3. Een
dergelijke γwater van 1500 is slechts realistisch in situaties waarin sprake
is van hoge ammoniumconcentraties in het zeewater, zoals bijvoorbeeld
bij de monding van de Rijn in de Noordzee en het Noordzeekanaal bij
IJmuiden. Maar waarschijnlijk niet voor de gehele Noordzee. Een hogere
γwater zou mogelijk een deel van het verschil tussen metingen en
modelberekeningen langs delen van de kust kunnen verklaren. Dit dient
verder uitgezocht te worden.
Het OPS-model houdt niet expliciet rekening met het veranderende
stromingspatroon bij de overgang van zee- naar landoppervlak en met
het geaccidenteerde duingebied. Het effect hiervan op
modelberekeningen is nog niet in detail uitgezocht. Om een indruk van
een mogelijk effect van geaccidenteerd terrein en het veranderde
stromingspatroon is een onderzoek gedaan naar de variatie in de hoogte
waarop de concentratie berekend wordt en het gebruik van andere
meteorologische gegevens.
Het OPS-model rekent voor de MAN-metingen op de hoogte waarop de
meting plaatsvindt, variërend van 1 tot 2 meter (receptorhoogte). Door
het geaccidenteerde terrein in het kustgebied is het hanteren van deze
hoogte niet vanzelfsprekend. Het gebruik van andere (hogere)
receptorhoogtes geeft een duidelijk kleiner verschil tussen de gemeten
en berekende concentraties. Er zal nader onderzoek moeten
plaatsvinden naar hoe het stromingspatroon in duingebied er uit ziet en
of er correcties mogelijk zijn door bijvoorbeeld een andere
(effectieve/virtuele) receptorhoogte te veronderstellen. Ook de invloed
van andere omgevingsparameters (o.a. landgebruik, ruwheid van het
oppervlak, vegetatiehoogte en -dichtheid) die het depositieproces
beïnvloeden, dienen daarbij meegenomen te worden.
Het OPS-model rekent met verschillende “meteo-regio’s” over
Nederland. Het blijkt dat de situatie langs de kust het beste te verklaren
is met behulp van gegevens uit meteoregio’s die eerder representatief
zijn voor de regio’s die meer landinwaarts liggen. Duidelijk is dat er
meteorologische verschillen zijn tussen kustregio en het binnenland
(zoals hogere windsnelheden). Niet geheel duidelijk is wat de
achterliggende mechanismen zijn. Ook dit geeft aan dat mogelijk de
complexiteit, met de veelvuldige overgangen in hoogte-, ruwheid- en
andere oppervlakte-eigenschappen van de omgeving hier mee te maken
hebben. Ook hier zal vervolgonderzoek nodig zijn naar hoe het
stromingspatroon in duingebied er uit ziet en of er correcties te hanteren
zijn.

Pagina 38 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

5.4

Conclusies samengevat
In de inleiding werd aangegeven dat de oorzaak voor de geconstateerde
verschillen tussen de gemeten en berekende concentraties langs de kust
gezocht moet worden in (een combinatie van) metingen, emissies en/of
modelberekening. Uit het voorgaande is duidelijk dat er een kleine
bijdrage aan het verschil valt te verklaren via de metingen en emissies.
Lokaal kan er sprake zijn van een bijdrage van ammoniakemissies of
een onderdrukking van de ammoniakdepositie door verhoogde
ammoniumgehalten in zeewater aan de kust. Dit zal nog uitgezocht
worden.
Daarnaast lijkt het belangrijkste verschil tussen de metingen en
berekeningen te worden veroorzaakt doordat het OPS-model minder
goed om kan gaan met de veranderende meteorologische en
omgevingsomstandigheden bij de overgang van zee naar land en het
geaccidenteerd duinlandschap. Nader onderzoek naar de oorzaken zal
daarvoor uitgevoerd worden. Daarbij zal ook gekeken worden naar de
representativiteit van de depositieparametrisatie voor het duingebied.
Daarbij dient ook onderzocht te worden wat naast het effect op de
concentratie ook het effect op de depositie is. Er is op voorhand niet te
zeggen wat de uiteindelijk gevolgen zijn voor de berekende depositie
aan de kust.
Het is nog niet zeker of deze inzichten zo kunnen worden gebruikt om
tot een betere modellering te komen en daarmee kan leiden tot
aanpassingen in de berekende concentratie- en de depositiekaarten. Elk
jaar wordt het AERIUS-model aangepast aan nieuwe inzichten.
Eventuele aanpassingen zullen in deze cyclus worden meegenomen
zodra duidelijk is hoe dat het beste kan worden gedaan. Tot die tijd
wordt het huidige model gebruikt. Over uiterlijk een half jaar wordt een
update gegeven van de voortgang van het onderzoek.

Pagina 39 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

Pagina 40 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

6

Literatuur

Asman, W.A.H., Harrison, R.M. Ottley, C.J., 1994. Estimation of the net
air-sea flux of ammonia over the southern bight of the North Sea.
Atmospheric Environment 28, 3647-3654.
https://doi.org/10.1016/1352-2310(94)00192-N
Berkhout, A.J.C., Swart, D.P.J., Volten, H., Gast, L.F.L., Haaima, M.,
Verboom, H., Stefess, G., Hafkenscheid, T., Hoogerbrugge, R., 2017.
Replacing the AMOR with the miniDOAS in the ammonia monitoring
network in the Netherlands. Atmos. Meas. Techn. 10, pp. 4099-4120.
EMEP, 2022. Transboundary particulate matter, photo-oxidants,
acidifying and eutrophying components. Joint MSC-W & CCC & CEIP &
CIAM Report.
https://emep.int/publ/reports/2022/EMEP_Status_Report_1_2022.pdf
Hazelhorst, S.B., 2019. Testing and evaluation of the bidirectional
ammonia (NH3) exchange module in EMEP. Internship report. 60 pp.
Johnson, M.T., Liss, P.S., Bell, T.G., Lesworth, T.J., Baker, A.R.,
Hind, A.J., Jickells, T.D., Biswas, K.F., Woodward, E.M.S.,
and Gibb, S.W., 2008. Field observations of the ocean-atmosphere
exchange of ammonia: Fundamental importance of temperature as
revealed by a comparison of high and low latitudes, Global
Biogeochemical Cycles 22, GB1019,
https://doi.org/10.1029/2007GB003039.
Johnson, M.T., Bell, T.G., 2008. Coupling between dimethylsulfide
emissions and the ocean–atmosphere exchange of ammonia.
Environmental Chemistry 5, 259-267.
https://doi.org/10.1071/EN08030.
Johnson, M.T., 2010. A numerical scheme to calculate temperature and
salinity dependent air-water transfer velocities for any gas. Ocean
Science 6, 913-932. https://doi.org/10.5194/os-6-913-2010.
Paulot, F, Jacob, D.J., Johnson, M.T., Bell, T.G., Baker, A.R., Keene,
W.C., Lima, I.D., Doney, S.C., Stock, C.A., 2015. Global oceanic
emission of ammonia: Constraints from seawater and atmospheric
observations. Global Biogeochemical Cycles 29, 1165-1178.
https://doi.org/10.1002/2015GB005106.
Sørensen, L., Hertel, O., Skjøth, C., Lund, M., Pedersen, B., 2003.
Fluxes of ammonia in the coastal marine boundary layer.
Atmospheric Environment 37, S167-S177.
https://doi.org/10.1016/S1352-2310(03)00247-4

Pagina 41 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

Pagina 42 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

7

Appendix A

Estimating NH3 emissions from Dutch Coastal Seas
Rapportage van Dr. Martin Johnson (UK)
Introduction
The exchange of ammonia between the sea surface and the atmosphere
depends on the respective concentrations of ammonia in the
atmosphere (NH3(g)) and total ammonium in seawater (NH4(TOT,sw)),
temperature, pH and wind speed. The flux is driven by the effective
concentration difference between the ocean and atmosphere, mediated
by the Henry’s solubility, KH. In the case of ammonia the equilibrium
between molecular NH3 and its protonated form NH4+ must also be taken
into account. At typical seawater pH, temperature and salinity only a few
percent of (NH4(TOT,sw)) is available for transfer across the air-sea
interface as dissolved ammonia, NH3(sw). The rate of exchange is
controlled by the transfer velocity - in the case of ammonia the air-side
transfer velocity (Liss and Slater, 1974, Johnson et al., 2008, Johnson
2010). The microphysics of exchange is complex and highly variable, but
parameterisations of the exchange velocity provide reasonable
approximations, particularly when considering long term averages.
In this analysis, the exchange scheme of Johnson, 2010 is used to
compute temperature, pH and salinity dependent transfer velocities and
Henry’s law solubility for ammonia, while the parameterisation of Bell et
al., 2007 is used to compute temperature and pKa of ammonium determining the partitioning between protonated and unprotonated
forms in surface seawater.
The aim of this analysis is to establish whether and to what extent Dutch
coastal waters might be a source of ammonia to Dutch coastal regions.
This is done using MAN data from RIVM for NH3(g) and sea surface
temperature (SST) and wind fields from ECMWF. Seawater
concentrations are estimated from literature values. This simple analysis
cannot rationalise the MAN gas phase ammonia data with a source from
surface seawater. In order to further understand the likely influence of
the ocean surface on Dutch coastal ammonia it is recommended to
consider onshore and offshore fluxes separately. A ‘ball park’ calculation
suggests the 5000km2 of ocean adjacent to the Dutch coast could be
responsible for >100 tonnes ammonia transported inland over the Dutch
coast.
Data sort and import
Coastal and estuarine areas as well as sites adjacent to the IJsselmeer
were identified from the map provided 5 and the MAN (NH3(g)) data was
sorted into these subsets for comparison with inland sites. Data was
organised to allow comparison by season and by year. This analysis
shows that coastal sites see considerably lower ammonia concentrations
than other areas most of the time. Ammonia concentrations have been
increasing in recent years at all sites (increase therefore unlikely to be
due to coastal ammonia sources).
5

https://man.rivm.nl/#detailpopup
Pagina 43 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

What about seasonality? Is there seasonal bias and do coastal and
estuarine data look different to inland? The bulk of estuarine data looks
more similar to inland than coastal sites. Given the proximity to the
coast does this suggest an estuarine source? Inland sea sites (the 2
adjacent to the IJsselmeer – Oostvaardersplassen and Naardermeer) are
most like inland sites, presumably due to their proximity to agricultural
and population centres and will not be considered further in this
analysis.
For the purposes of the initial ‘0d’ analysis we take average values per
season from all coastal sites and years to give a representative value for
gas phase ammonia concentration. At this stage we also convert to
nmol/m3 to allow direct comparison with seawater data. Let’s look at
mean and median monthly averaged wind speeds and sea surface
temperature (SST) downloaded from ECMWF for Netherlands region.

Figuur 22 First assessment of MAN data separated by year. NH3 concentrations
in micrograms per metre cubed.

Pagina 44 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

Figuur 23 MAN ammonia concentrations by area and season

Month-averaged ERA5 reanalysis data from ECMWF was downloaded and
processed 6. Month-averaged winds are separated into u and v
components, this gives a sort of net transport rather than wind
intensity, which isn’t particularly useful for determining transfer velocity,
which is both non-linear with wind speed and insensitive to wind
direction (to first order). SST is still useful from this dataset though.
Wind speed modifies the magnitude of the flux, but we can be
reasonably sure that a mean wind speed of around 6.6 m/s will be near
enough for an order of magnitude estimate (e.g. Johnson 2010). If we
come to a more detailed analysis then we can extract hourly winds and
gusts and do a proper analysis. Month-average SST per grid square
from ERA5 was further averaged over the region of the Southern North
Sea surrounding the Dutch coast (51 - 54 degrees North, 3.4 - 6.6
degrees East). Between-grid-square variability was low so these
temperature data provide a good average value to apply to solubility
and flux calculations season-by-season.
Seawater NH4(TOT,sw)
Multiple sources are used here to estimate likely range of total
ammonium concentrations in Dutch coastal waters. Sørensen et al. 2003
measure seawater concentrations over a 1 month periods in August
1999 varying between 0.1 and 2.5uM about 10km off the Dutch coast.
Asman et al 1994 observe concentrations in the Southern North Sea of
between ~0.3 and 10 µM, with most values being between 0.8 and 1.5
µM. They state the high values (interpreted here as >2 µM are from
estuarine or near-estuarine sites). In a compilation of >90,000 global
seawater ammonium data (Johnson et al unpublished), coastal (<20m
water depth) waters have the highest mean ammonium concentration of
all regions, with a mean of roughly 1 µM. We therefore take 0.5 and 1.5
6

https://cds.climate.copernicus.eu/cdsapp#!/dataset/10.24381/cds.f17050d7?tab=form
Pagina 45 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

µM as the likely min and max of mean ammonium concentrations in
near-coastal Dutch waters.

Figuur 24 Areally averaged monthly Sea Surface Temperature from ERA5
reanalysis data from 2000-2020.

What is the seawater concentration needed for net zero flux based on
NH3 concentrations and SST?
The equilibrium concentration (compensation point) in seawater to
balance the observed NH3(g) concentrations at Dutch coastal sites is
calculated using Henry’s law solubility and pKa of ammonium. pH is
important in controlling this equilibrium, but over observed ranges in
seawater is a secondary effect relative to temperature (Johnson et al.,
2008). In the absence of directly observed pH data we use a pH of 8
throughout this analysis below, following the observations of Sørensen
et al., 2003 in Dutch coastal waters. The following figure demonstrated
that the seawater concentrations of NH4(TOT,sw) required are at least an
order of magnitude higher than the likely seawater concentrations so on
the basis of this simple analysis an efflux of ammonia from Dutch
coastal waters seems highly unlikely.

Pagina 46 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

Figuur 25 Concentrations of seawater total ammonium which would be
equilibrium with observed coastal ammonia concentrations.

The fluxes calculated from the above data indicate substantial uptake of
ammonia by the ocean surface (Figure below).

Figuur 26 Ocean-atmosphere ammonia fluxes calculated using the MAN coastal
data. A negative flux represents a flux from atmosphere to ocean.

Pagina 47 van 48

RIVM-briefrapport 2023-0308

Alternative analysis
However I do not believe this captures the likely true nature of the
situation. As observed by Sørensen et al., (2003), there is an enormous
difference in ammonia concentration between off-shore and on-shore
wind directions, even at 10km from the coast. They see a switch from
~10 µg N m-3 to ~0.05 µg N m-3 (12 to 0.06 µg NH3 m-3) in August 1999
as wind direction changed from easterly to westerly. Given this, it is
worth investigating the potential impact of on-shore winds under ‘clean
air’ conditions on onshore transport of marine-origin NH3. Therefore, as
an alternative calculation a seawater concentration of 1.5 µM and gas
phase concentration of 0.06 µg NH3 m-3, occurring for an arbitrary 50% of
the time, could lead to a total emission of 105 tonnes of NH3 per year
from the ocean which reaches the land. Whilst net transport is likely to be
strongly offshore, this onshore transport will off-set some proportion of
the offshore flux. Note that the efflux from the ocean calculated this way
is about 10% of the magnitude of the influx to the ocean on a per-unitarea basis calculated from the MAN ammonia dataset. Estuarine areas are
likely to have considerably higher concentrations, of the order of 10s of
micromoles per litre (e.g. Parker et al., 2011 7, Asman et al., 1994). Let’s
assume 50 km2 of estuarine surface at 25 µM - this would give an
additional flux of 16 tonnes.
Next steps
There are considerable uncertainties associated with various aspects of
this analysis, which could be improved with proper statistical modelling of
variables based on short-timescale frequency distributions and a MonteCarlo type analysis. However, it is difficult to see how this would yield at
most more than 1 order of magnitude higher fluxes than those estimated
here, unless the footprint of sea surface considered could justifiably be
expanded considerably. Depending on the size of the missing ammonia
source compared to that calculated by the ‘back of the envelope’
calculation here it may or may not be worth continuing with such an
analysis. High resolution winds are available from ECMWF to estimate
proportion of time during which there is on-shore flow, although back
trajectory analysis would be needed to assess whether or not this was
‘clean air’. Improved distributions of ammonia concentrations and
seawater concentrations could be constructed. Seasonality could also be
introduced. In the short time available I have been unable to find any
particularly useful numbers regarding ammonia release from intertidal
habitats, but I would think it unlikely to be much more again than the
estuarine estimate given here. It might be worth further investigation.
Sanity check of the flux calculations presented above
Sanity check - can we get similar fluxes to Sørensen et al. if we use their
seawater and atmospheric data ranges? - yes! Minflux in Sørensen is 0 to
5 (we get 1.1) (positive number is emission), Maxflux in Sørensen is -7.1
(we get -6.3 ). Their method and approach (micrometeorological gradient
technique) is different so we wouldn’t expect complete agreement but we
are at order of magnitude or better. Calculation method also checks out
against NH3 fluxes calculated by Johnson et al., (2008).

7

http://dx.doi.org/10.1016/j.marpolbul.2011.12.016

Pagina 48 van 48

Dit is een uitgave van:
Rijksinstituut voor Volksgezondheid
en Milieu
Postbus 1 | 3720 BA Bilthoven
Nederland
www.rivm.nl
juni 2023

De zorg voor morgen
begint vandaag