Local scale emission-concentration-deposition relations for ammonia

The Dutch Nitrogen Research Programme (STOP) aims to provide a scientific basis to develop and implement policy on a local scale. Part II of this programme focuses on the improvement of emission-deposition modelling of nitrogen compounds (NHx, NOx). For this purpose two major field experiments were carried out in which the emission and the dispersion of ammonia were measured during and after spreading of manure. In addition, the emissions of 3 animal housing systems were measured during a number of months and also ammonia concentrations in air at 17 locations in an area of 2x2 km.trations of NH3 are linked through existing, newly developed and/or modified dispersion models. For the long term modelling and for the modelling of long range transport the OPS-LT model is applied. On the basis of this model a short term version was developed (OPS-KT) with the aim to simulate the (short term) experiments and to link the results with the long term model. The OPS-KT model was successfully compared with the classic 'Prairie Grass' data. The comparison of the OPS-LT model with the long term measurements (17 locations during 9 months) reveals that the model explains 50% of the spatial distribution of ammonia. Average concentrations are underestimated by approx. 15%. Application of the OPS-KT model shows that the model can describe the time series of ammonia reasonably but the modelled concentrations are approximately a factor of two higher. It is not possible - on the basis of only a few experiments - to determine if this points to systematic deviations in the short range modelling, terrain effects such as a forest edge, or too high (measured) emissions. It can be stated, however, that deviations of this magnitude are within the range of errors found for modern short term models when compared to well defined field data. On the basis of the good simulation of mean spatial differences in the experimental area it can be concluded that, using the current modelling instruments, spatial planning policies on the local scale can be supported reasonably well.In het Stikstof Onderzoeks Programma (STOP) is door KEMA, IMAG, LEI-DLO, LUW, TNO, ECN en RIVM gewerkt aan het valideren en verbeteren van modellen voor de emissie - concentratie - depositie van stikstofverbindingen (NHx, NOx) op lokale schaal. Hiertoe zijn een tweetal kortdurende veldexperimenten uitgevoerd in het proefgebied De Driesprong bij Ede waarbij de emissie en de verspreiding van ammoniak zijn gemeten bij het aanwenden van mest. Daarnaast zijn de emissies van een drietal bedrijven gemeten gedurende enkele maanden en is de ammoniak-concentratie gemeten op een 17-tal plaatsen in het proefgebied van ca. 2 x 2 km. Dit rapport legt de verbinding tussen de gemeten (en overige) emissies en de gemeten concentraties en deposities via bestaande en nieuw ontwikkelde/gemodificeerde verspreidingsmodellen. Voor de lange-termijn gemiddelde concentraties is het OPS-LT model toegepast. Op basis van dit model is een korte termijn versie ontwikkeld (OPS-KT) met als doel de verbinding te leggen tussen kortdurende (detail)metingen en het OPS-LT model. Daarnaast is een numeriek K-diffusiemodel (verder) ontwikkeld om het horizontale transport en de verticale dispersie vanuit zeer lage bronnen te kunnen kwantificeren. Dit model fungeert daarmee als een referentie voor het testen van procesbenaderingen in het OPS-KT/LT model. Uit vergelijking van het OPS-KT model met resultaten van het 'Prairie Grass' experiment blijken geen belangrijke systematische afwijkingen, maar wel flinke spreidingen in uurlijkse uitkomsten. Het huidige OPS-LT model blijkt de ruimtelijke verdeling van de gemeten (9 maandsgemiddelde) concentraties binnen het proefgebied voor ongeveer 50% te verklaren. De gemiddelde concentratie wordt door het model echter met ongeveer 15% onderschat. Toepassing van het korte termijn model op de gemeten emissies bij de aanwendingsproeven laat zien dat dit model de tijdreeks van lokaal gemeten concentraties redelijk volgt maar in absolute zin met ongeveer een factor 2 overschat. Het aantal uitgevoerde experimenten is te beperkt om hieraan duidelijke conclusies te verbinden. De gevonden afwijkingen liggen wel binnen de range welke internationaal met moderne korte termijn modellen bij vergelijking met metingen worden gevonden. Op basis van de goede simulatie van gemiddelde ruimtelijke verschillen in het proefgebied kan worden geconcludeerd dat met het huidige modelinstrumentarium het bedrijfsvestigings- en bedrijfsverplaatsingsbeleid redelijk tot goed kan worden ondersteund