Op 4 mei is Bernice Notenboom, klimaatjournalist en expeditieleider, met haar team naar Groenland vertrokken voor het tweede deel van de Arctic March. Komende weken zal zij onderzoek doen naar de effecten van klimaatverandering in het poolgebied. In haar bagage ook iSPEX.

In 2014 heeft Bernice Notenboom een expeditie (de Arctic March) ondernomen vanaf de Noordpool naar Canada om aandacht te vragen voor de fragiele balans in het Noordpoolgebied. En dat heeft ze geweten. Tegen alle verwachtingen en langjarig gemiddelden in heeft ze vooral storm en tegenwind gehad. Het ijs smolt op een gegeven moment zo hard dat ze met haar team geëvacueerd is.

Bernice krijgt iSPEXles

De expeditie heeft haar getriggerd om onderzoek te doen naar de oorzaken van de klimaatveranderingen en de druk die op het poolgebied wordt uitgeoefend. Bereikt het fijnstof uit de westerse wereld dit afgelegen gebied? Wat zijn de gevolgen in het poolgebied als de scheepvaartroute boven langs Rusland een gangbare route wordt? Versterkt fijnstof de afname van het poolijs? Dit zijn een aantal vragen waarop antwoord wordt gezocht.

Het RIVM heeft voor Bernice een meetprogramma opgezet om luchtverontreiniging te meten met lichtgewicht instrumenten. Ook een iSPEX opzetstukje gaat mee om fijnstof mee te meten. Als er tenminste genoeg blauwe lucht is! Naast fijnstof gaat Bernice roet meten, en hangt ze speciale buisjes aan haar slee om zwaveldioxide en stikstofdioxide te meten.

Van 5 tot en met 23 mei 2015 zal de expeditie onderzoek doen op zowel het zee-ijs als op de bergen en gletsjers van Groenland. Vanaf Groenland zal Bernice haar ervaringen met ons delen via Facebook: The Arctic March, Twitter @arcticmarch en Instagram (The Arctic March).

Het nieuwe meetconcept van iSPEX blijkt nauwkeurig te werken. Afgelopen tijd zijn alle metingen die tijdens de nationale meetdagen in 2013 zijn uitgevoerd geanalyseerd, en gecombineerd in kaarten van fijnstof boven Nederland. De iSPEX-kaarten komen goed overeen met de data van professionele meetinstrumenten. Met een fijnmazigheid van twee kilometer vormen de iSPEX-metingen mogelijk zelfs een aanvulling op de satellietmetingen, die vaak een veel grover beeld geven, en kunnen ze gegevens opleveren in gebieden waar geen grondmetingen worden gedaan. Het wetenschappelijke artikel over deze eerste resultaten van het iSPEX-project wordt vandaag openbaar toegankelijk gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift Geophysical Research Letters.

De onderzoekers van het iSPEX-team hebben een volledig data-reductie algoritme gemaakt, dat alle individuele foto’s (meer dan 200.000!) van de iSPEX-metingen opnieuw analyseert. Alle foto’s waarbij iets mis is gegaan (bijvoorbeeld een boom of gebouw in de weg, of een klein wolkje) worden genegeerd, terwijl voor alle andere foto’s nauwkeurig het spectrum en de polarisatie van de blauwe licht wordt bepaald. Alle polarisatie-metingen zijn vervolgens omgezet naar de zogenaamde Aerosol Optical Thickness (AOT), een gestandaardiseerde maat voor de totale hoeveelheid fijnstof in de lucht. Deze maat kan direct vergeleken worden met metingen van satellieten zoals MODIS die eens per dag over Nederland vliegen. Uit de vele iSPEX-metingen tijdens de nationale meetdagen zijn vervolgens AOT-kaarten van Nederland gemaakt.

8 jul

5 sep

iSPEX AOT-metingen zijn ook in detail te vergelijken met de data van het AERONET meetstation in Cabauw in het Groene Hart van Nederland. Aldaar stonden ook twee goed gekalibreerde SPEX-instrumenten te meten. In de bovenste panelen van de onderstaande figuur vergelijken we de officiële AOT-waarden zoals gemeten in Cabauw met de iSPEX-metingen uit de omgeving. De oranje curves zijn de gemiddeldes van de iSPEX-metingen, en die komen goed overeen met de officiële metingen.

(c) American Geophyscial Union / Geophyscial Research Letters

De panelen daaronder bevatten informatie over de hoogte van het fijnstof in de atmosfeer, verkregen met een laser-instrument (LIDAR) ook opgesteld in Cabauw. Deze metingen laten zien dat in juli 2013 het stof voornamelijk op 2-6 kilometer hoogte in de atmosfeer zat, terwijl het op grondniveau grotendeels stofvrij was. Dit waren rookwolken van bosbranden in Noord-Amerika, die in zuidelijke richting over Nederland geblazen werden. Op 5 september was de lucht veel helderder, maar werd er wel signaal van fijnstof op leefniveau gemeten.
De onderste panelen laten zien dat we uit SPEX-metingen al de grootte en chemische samenstelling (via de brekingsindex) kunnen bepalen. Deze informatie zit in principe ook in de iSPEX-metingen. We zijn nog druk bezig om soortgelijke informatie ook uit iSPEX proberen te halen.

De grote kracht van iSPEX zit hem in de grote hoeveelheid metingen. In individuele metingen kan een behoorlijke meetfout zitten, die vooral veroorzaakt kan worden door de smartphonecamera zelf. Maar door te middelen over meerdere metingen, worden er erg nauwkeurige resultaten verkregen! De volgende grafiek laat dit zien. Alle gekleurde puntjes zijn polarisatiemetingen van individuele iSPEX-metingen, als functie van de hoek vanaf de zon. De rode curve staat voor de goed gekalibreerde meting van SPEX. Maar door alle iSPEX-metingen te middelen krijgen we de grijze curve, die dus goed overeenkomt met de SPEX-meting. Enkele tientallen iSPEX-metingen van polarisatie leveren dus dezelfde nauwkeurigheid als de professionele SPEX-meting!

(c) American Geophyscial Union / Geophyscial Research Letters

Dit betekent dat we met iSPEX nu overal nauwkeurige AOT-metingen aan fijnstof kunnen uitvoeren, mits er maar voldoende mensen meedoen! Onderstaande figuur illustreert dat voor Amsterdam, Rotterdam, Eindhoven en Groningen. Met iSPEX kunnen we dus waardevolle metingen toevoegen op plekken waar nu amper of geen grondmetingen worden uitgevoerd. En ten opzichte van satellietmetingen kunnen we veel informatie toevoegen op tijden wanneer de satelliet niet boven Nederland hangt. Een grondige analyse van de iSPEX-data laat ook zien dat in gebieden met veel metingen iSPEX-kaarten een fijnmazigheid van zo’n twee kilometer hebben. Da’s een stuk beter dan de satellietbeelden die pixels van zo’n 20 kilometer hebben. Sterker nog: iSPEX-metingen zouden zelfs de satellietmetingen voor stedelijke gebieden nauwkeuriger kunnen maken! De meeste deelnemers aan het project wonen nu eenmaal in stedelijke gebieden, en dus kunnen we juist in die gebieden meer gedetailleerde informatie vergaren.

(c) American Geophyscial Union / Geophyscial Research Letters

De data (na de her-analyse) van alle metingen tijdens de meetdagen in 2013 staan vanaf nu openbaar op www.ispex.nl/data. Op deze pagina staan ook interactieve kaarten die deze data weergeven.

Dit succesvolle eerste resultaat van het iSPEX-project geeft aanleiding voor veel vervolgonderzoek en technische verbeteringen. Wij zullen komende tijd plannen maken en financiële ondersteuning zoeken voor:

• Nieuwe meetdagen bij verschillende opstandigheden, ook als het deels bewolkt is.
• Aanpassingen aan de meetprocedure zodat je niet per se de zon in je rug hoeft te hebben.
• Betere kalibraties voor de kleurcode vanuit de app, voornamelijk voor iPhone 5S.
• Verdere ontwikkeling van het opzetstukje, zodat deze ook op andere toestellen past.
• Betere toegankelijkheid van de iSPEX-data.
• Meer inzoomen op stedelijke gebieden en lokale bronnen.
• Een betere integratie met satellietdata, bijvoorbeeld door iSPEX-metingen te organiseren precies als een satelliet overkomt.
• Verdere analyse van de iSPEX-data om ook informatie over deeltjesgrootte en -samenstelling te verkrijgen.

Vanaf 2015 zullen we iSPEX ook internationaal uitbreiden. Dan kunnen we de metingen in Nederland vergelijken met metingen over heel Europa en elders in de wereld. En dan krijgen we ook een beter beeld van bronnen van fijnstof, want fijnstof houdt zich nu eenmaal niet aan landsgrenzen. En bovendien lijkt het ons fantastisch om samen met vele duizenden wereldburgers meer wetenschappelijke kennis op te doen!

Na de succesvolle meetdagen op 8 juli en 5 september heeft het iSPEX team zich op de verwerking van de data gestort.  De eerste resultaten hopen we  binnenkort op te kunnen sturen voor publicatie  in een wetenschappelijk tijdschrift.

De eerste iSPEX-resultaten zijn onderweg en worden binnenkort opgestuurd voor een publicatie in een wetenschappelijk tijdschrift. Het duurt wat langer dan in eerste instantie gepland, maar we zijn er hard mee aan de slag. Bij het uitkomen van deze publicatie zullen deze resultaten openbaar gemaakt worden. Er zijn drie meetdagen waarvan de metingen nu bestudeerd worden. De eerste iSPEX-meetdag, die gepland stond voor mei of juni, liet lang op zich wachten en is uiteindelijk op 8 juli door gegaan. Een dag later op 9 juli was het ook schitterend weer en zijn een heleboel mensen enthousiast doorgegaan met meten. Voor die dag zijn meer dan 1500 iSPEXmetingen beschikbaar, naar blijkt voldoende voor een analyse.  Omdat deze meetdagen voor veel mensen in de vakantie vielen is er nog een meetdag geweest op 5 september. Het is zeer interessant om de resultaten voor deze drie dagen naast elkaar te leggen en te kijken wat de verschillen zijn.

Eén iSPEXmeting bestaat gemiddeld uit ongeveer 19 foto’s. In totaal zijn er meer dan 9900 iSPEXmetingen gedaan. Bij elkaar levert dat meer dan 188.000 foto’s op; een hele klus om te verwerken. In de illustratie zie je een aantal van die foto’s naast elkaar.

In eerste instantie richten we ons er op om kaarten van Nederland te maken met daarin de gemeten optische dikte van het fijnstof. Optische dikte is een maat voor de doorzichtigheid van de lucht. De doorzichtigheid wordt kleiner als er veel fijnstof in de lucht zit. Het mooie van deze maat is dat hij ook gebruikt wordt voor satellietmetingen van fijnstof (Aerosol Optical Depth; AOD) zodat we de iSPEX-metingen direct met satellietmetingen kunnen vergelijken.

Satellietwaarneming van de optische dikte van fijnstof (AOD; Aerosol Optical Depth) gedaan door het MODIS instrument aan boord van de AQUA satelliet tijdens de eerste iSPEXmeetdag op 8 juli 2013. De verwerkte iSPEXmetingen kunnen straks direct vergeleken worden met deze satellietmetingen. Meer info zie bijvoorbeeld http://earth.esa.int/MODIS/

Van de eerste iSPEXresultaten en de vergelijkingen met satellietdata wordt een publicatie gemaakt voor in een wetenschappelijk tijdschrift.

Vanaf 27 september loopt er een enquête onder deelnemers aan de iSPEX-metingen. Het doel van deze enquête is om na te gaan wat de ervaringen van de deelnemers waren, waarom ze mee gedaan hebben en of ze in de toekomst mee zouden willen blijven doen. Deze informatie wordt gebruikt om het gebruik van iSPEX te optimaliseren.

Het iSPEX team is blij met het enorme enthousiasme waarmee de iSPEX-metingen zijn uitgevoerd. Op dit moment worden alle gegevens van de twee meetdagen geanalyseerd.
Nu de eerste meetdagen achter de rug zijn, willen we ook graag meer weten over onze deelnemers. Wat zijn redenen om mee te doen? Wat is de samenstelling van de groep deelnemers? Wat zijn hun verwachtingen? Hoe willen mensen in de toekomst betrokken blijven bij het project? Dit is waardevolle informatie die ons kan helpen het iSPEX-project en andere projecten te verbeteren.

Daarom hebben we aan alle iSPEX vrijwilligers per e-mail gevraagd om aan dit deelnemersonderzoek mee te doen door het invullen van een online enquête. De gegevens worden anoniem en vertrouwelijk behandeld.

De tweede Nationale iSPEX-meetdag op 5 september heeft ruim 2400 metingen opgeleverd en is daarmee succesvol verlopen. Deelnemers van het iSPEX-project maakten met behulp van het iSPEX-opzetstukje op hun smartphone-camera opnamen van de blauwe lucht en het fijnstof daarin. De zelfs  nog wat succesvollere eerste meetdag op 8 juli, leverde bijna 6000 metingen op.

Verdeling van de iSPEX metingen over Nederland op de tweede nationale meetdag

Omdat de eerste meetdag in de zomervakantie viel, besloot het team een tweede Nationale iSPEX-meetdag te organiseren. Veel deelnemers gaven gehoor aan de oproep om ‘s ochtend en ‘s middags een meting te doen.  iSPEX-teamleider Frans Snik (Universiteit Leiden) “Dat hebben we nodig om de metingen binnen één gebied goed te kunnen vergelijken”. De publieksmetingen waren live te volgen op: www.ispex.nl/kaart. De keuze voor 5 september pakte goed uit voor wat het weer betrof. iSPEX-teamlid Arnoud Apituley (KNMI) “Op satellietbeelden kun je prachtig zien dat het bijna in heel Nederland onbewolkt was, op wat sluierbewolking bewolking langs de kust en in het Noorden na.”

Satelliet beeld van MODIS op 5 september boven Nederland

De analyse van de – voor het overgrote deel bruikbare – gegevens van de eerste meetdag is in volle gang. iSPEX-teamlid Hester Volten (RIVM) : “Daar komt nu de data van de tweede meetdag nog bij; we zijn heel blij met deze data. We kunnen de analyse nu uitbreiden waardoor de effecten van wisselende omstandigheden op de metingen duidelijker worden.” Het iSPEX team hoopt de eerste resultaten binnen enkele maanden gereed te hebben voor publicatie.   iSPEX-teamlid  Jeroen Rietjens (SRON) “Dat wordt nog wel een hele kluif, want elke iSPEX meting levert gemiddeld zo’n 19 foto’s op die we moeten analyseren, bij elkaar wordt het nu meer dan 150 duizend foto’s.”

Het primaire doel van het iSPEX-experiment is om te onderzoeken hoe nauwkeurig de massale iSPEX-metingen zijn, en welke aanvullende informatie over fijnstof ze opleveren. Om die reden is een groot aantal metingen op één dag vereist, naast de inzet van professionele apparatuur. Deze apparatuur stond zowel op de eerste en tweede meetdag opgesteld op het CESAR-meetstation in Cabauw, bij Lopik.

Het unieke citizen science-project is mogelijk doordat iSPEX (een project van Universiteit Leiden, NOVA, SRON, KNMI en RIVM) vorig jaar de Academische Jaarprijs heeft gewonnen, en dankzij steun van de partners Longfonds, CNG Net, Sanoma en Avantes. De leden van het iSPEX-team zijn allen werkzaam in de ontwikkeling of het gebruik van instrumentatie en interpretatiemodellen voor onderzoek aan de aarde, andere planeten in ons zonnestelsel en planeten rond andere sterren.

Achtergrondkaart © OpenStreetMap contributors

Het kan zijn dat de metingen langzaam op de kaart geladen worden

Wat betekent de kleurcode?

Wat gebeurt er hierna met de data?

Klik hier voor de live kaart van het officiële fijnstofmeetnet (PM10)

Klik hier voor meer informatie over PM10

De eerste Nationale iSPEX-meetdag heeft 5000 metingen opgeleverd. Daarmee zijn genoeg gegevens gegenereerd om de iSPEX-meetdag een valide wetenschappelijk experiment te noemen. iSPEX-teamleider Frans Snik is blij dat de respons zo massaal was, ondanks het lange wachten op mooi weer en de aangebroken vakantieperiode.

Er waren twee meetmomenten: één in de ochtend (van 8.00-10.00 uur) en één in de middag (van 16.00-18.00 uur). Tijdens de ochtendmeting werd de livekaart op www.ispex.nl/kaart zo druk bezocht, dat de servers tijdelijk overbelast raakten. Alle metingen stroomden echter wel zonder problemen binnen. Uiteindelijk stond de teller om 18.00 uur op 4957 metingen.

Kaart van iSPEX-metingen aan het einde van de meetdag op 8 juli 2013

De komende maanden worden de data in detail geanalyseerd. Daarna zullen de publieksmetingen worden vergeleken met fijnstofmetingen van wetenschappelijke apparatuur. Deze apparatuur stond vandaag ook opgesteld op het CESAR-meetstation in Cabauw, bij Lopik. Het primaire doel van het iSPEX-experiment is om te onderzoeken hoe nauwkeurig de massale iSPEX-metingen zijn, en welke aanvullende informatie over fijnstof ze opleveren. Snik: “Maar uiteindelijk is het belangrijkste van dit project dat duizenden vrijwilligers zelf wetenschappelijke metingen hebben gedaan. Wij zijn ervan overtuigd dat dit soort citizen science, waarbij burgers wetenschappers helpen, een grote toekomst heeft.”

Om alle vakantiegangers (én scholieren) alsnog de gelegenheid te geven mee te doen, wordt – bij mooi weer – in september een tweede Nationale iSPEX-meetdag gehouden. Deelnemers worden daarom gevraagd het iSPEX-opzetstukje te bewaren. Maar ook tussentijdse metingen zijn welkom. Zodra het een zomerse dag is met een strakblauwe hemel (morgen bijvoorbeeld), kunnen mensen metingen doen en via de App naar de centrale database versturen.

Het unieke citizen science-project is mogelijk doordat iSPEX (een project van Universiteit Leiden, NOVA, SRON, KNMI en RIVM) vorig jaar de Academische Jaarprijs heeft gewonnen, en dankzij steun van de partners Longfonds, CNG Net, Sanoma en Avantes. De leden van het iSPEX-team zijn allen werkzaam in de ontwikkeling of het gebruik van instrumentatie en interpretatiemodellen voor onderzoek aan de aarde, andere planeten in ons zonnestelsel en planeten rond andere sterren.

Hieronder vindt u een animatie van het verloop van de metingen die gedaan zijn op de eerste meetdag