Spatial statistics for the optimalisation of the Dutch National Air Quality Monitoring Network: from measurements to wet deposition by kriging

Dit rapport is het achtergronddocument bij RIVM rapport 723101033 'Een nieuwe meetstrategie voor de metingen van de chemische samenstelling van neerslag in het Landelijk Meetnet Luchtkwaliteit', waarin nieuwe meetstrategieen worden voorgesteld voor de metingen van de chemische samenstelling van neerslag in het Landelijk Meetnet Luchtkwaliteit. Een van de opties betreft het gebruik van Universal Kriging, een geostatistische techniek voor lineaire interpolatie van metingen. Het huidige rapport beschrijft de mathematische en methodologische onderbouwing van de benadering, aan de hand van de resultaten van een pilotstudie voor natte sulfaat, nitraat en ammonuim deposities in Nederland. Bij dit onderzoek vormen de meetresultaten uit het LML en neerslaggegevens uit het KNMI meetnet het basismateriaal. Het onderzoek heeft geleid tot twee afzonderlijke ruimtelijke modellen: 1 voor sulfaat en 1 voor nitraat, waarbij is gebleken dat bij een terugbrengen van 15 tot 8 meetpunten deze ruimtelijke modellen in de toekomst niet meer zijn af te leiden door de te geringe dichtheid van het geoptimaliseerde meetnet. Tevens blijkt dat het huidige meetnet van 15 meetpunten een te geringe dichtheid heeft om het ruimtelijk gedrag van ammonium te kunnen beschrijven met een ruimtelijk lineair interpolatie model dat alleen op meetgegevens is gebaseerd. Het onderzoek heeft verder geresulteerd in een eenvoudige methode om kaarten met elkaar te vergelijken. Deze methode is in een S-PLUS programma geimplementeerd zodat op basis van de twee afgeleide modellen direct de invloed op de natte deposities voor sulfaat en nitraat van een nieuwe meetnetconfiguratie van het LML kan worden doorgerekend.Two proposals are made in RIVM report 723101033 called (in Dutch) "Een nieuwe meetstrategie voor de metingen van de chemische samenstelling van neerslag in het Landelijk Meetnet Luchtkwaliteit" for redefining the measurement strategy of the Dutch National Air Quality Monitoring Network. One of the options concerns the use of universal kriging, a spatial statistical method for linear interpolation, to produce a monitoring network comprising approximately eight sites for measuring sulphate and nitrate. The spatial statistical models for each compound enable an objective spatial translation of the measurements at the resulting monitoring stations into deposition fields. The underlying report gives the mathematical and methodological background for this approach, describing the results of a pilot study for wet sulphate, nitrate and ammonia deposition in the Netherlands. The precipitation measurements of the Dutch National Air Quality Monitoring Network and the meteorological measurements of the Royal Dutch Meteorological Institute functioned as the basic data. Spatial behaviour was studied for each compound; spatial models were estimated for sulphate and nitrate for several years. Next, a more general spatial model was described for each of the two compounds, which will allow almost automatic prediction of the deposition fields in future. However, it will be impossible to construct these spatial statistical models if the Dutch National Air Quality Monitoring Network for precipitation is reduced from 15 to 8 locations. The spatial density of the 15 locations of the Dutch National Air Quality Monitoring Network for precipitation has already been found too small to describe the spatial correlation of ammonia. A spin-off of the pilot study is an S-PLUS tool for comparing maps containing the results of different spatial models of different configurations of the network. The comparisons can be made interactively in a few minutes. The S-PLUS tool can be seen as a small decision-support system for finding the optimal configuration of the network for sulphate and nitrate.DGM-K&