Iolanda Ialongo (FMI) Hakkarainen , J. Jalkanen , J.-P., Johansson, L., Tamminen , J. (FMI)

27
Application of OMI tropospheric NO2 for air quality monitoring in Northern Europe: shipping and land- based case studies Iolanda Ialongo (FMI) Hakkarainen, J. Jalkanen, J.-P., Johansson, L., Tamminen, J. (FMI) Boersma, F. (KNMI) Krotkov, N. (NASA)

description

Application of OMI tropospheric NO2 for air quality monitoring in Northern Europe: shipping and land-based case studies. Iolanda Ialongo (FMI) Hakkarainen , J. Jalkanen , J.-P., Johansson, L., Tamminen , J. (FMI) Boersma , F. (KNMI) Krotkov , N. (NASA). Motivation. - PowerPoint PPT Presentation

Transcript of Iolanda Ialongo (FMI) Hakkarainen , J. Jalkanen , J.-P., Johansson, L., Tamminen , J. (FMI)

Page 1: Iolanda Ialongo (FMI) Hakkarainen , J.  Jalkanen , J.-P., Johansson, L.,  Tamminen , J. (FMI)

Application of OMI tropospheric NO2 for air quality monitoring in Northern Europe: shipping and land-based case studies

Iolanda Ialongo (FMI)Hakkarainen, J. Jalkanen, J.-P., Johansson, L., Tamminen, J. (FMI) Boersma, F. (KNMI)Krotkov, N. (NASA)

Page 2: Iolanda Ialongo (FMI) Hakkarainen , J.  Jalkanen , J.-P., Johansson, L.,  Tamminen , J. (FMI)

Motivation

• Use of satellite data for air quality at high latitude is poorer than at lower latitudes

• Interest in evaluating OMI applicability in critical situations (i.e. low solar angle, no illumination, signal close to the detection limit)

• New emission regulation upcoming for shipping in Baltic Sea• ESA IAP-FS SAMBA: SAtellite Monitoring of ship emissions in the 

Baltic seA

OMI STM – De Bilt, 11-13 March 2014

Page 3: Iolanda Ialongo (FMI) Hakkarainen , J.  Jalkanen , J.-P., Johansson, L.,  Tamminen , J. (FMI)

Data• OMI tropospheric NO2 SP V2• OMI data selected according to the wind direction and speed. 

Wind data from ECMWF reanalysis averaged below 950 hPa.• STEAM ship emissions derived from AIS data

Time range: Summer 2005-2011Region: LAT 50-70°N LON 1-34°E (Northern Europe)OMI rows: 6:24 

OMI STM – De Bilt, 11-13 March 2014

Page 4: Iolanda Ialongo (FMI) Hakkarainen , J.  Jalkanen , J.-P., Johansson, L.,  Tamminen , J. (FMI)

Metodology: NO2 sources in Finland from OMI

Shipping lane

The main cities are marked by their initial

Some information can be lost removing the background

Red pixels indicate NO2 levels higher than the local background.

3. Subtracting the local background from the NO2 values, further enhances the NO2 signal.

2. Considering only weak wind conditions, helps in detecting the NO2 sources

1. High resolution NO2 maps can be derived using multiple pixels averaging techniques.

Page 5: Iolanda Ialongo (FMI) Hakkarainen , J.  Jalkanen , J.-P., Johansson, L.,  Tamminen , J. (FMI)

OMI tropospheric NO2: time series

All winds(continuous lines)

Weak winds(dashed lines)

OMI STM – De Bilt, 11-13 March 2014

Page 6: Iolanda Ialongo (FMI) Hakkarainen , J.  Jalkanen , J.-P., Johansson, L.,  Tamminen , J. (FMI)

Helsinki

OMI STM – De Bilt, 11-13 March 2014

The effect of different wind directions in the city of Helsinki

Page 7: Iolanda Ialongo (FMI) Hakkarainen , J.  Jalkanen , J.-P., Johansson, L.,  Tamminen , J. (FMI)

Calculation of life time and emission parameter

Helsinki

Life time: τ = (3.0 ± 0.5) hEmission (burden parameter): E = (1.0 ± 0.1) 10^28 molec

Fitting linear density asin Beirle et al. (2011)

OMI STM – De Bilt, 11-13 March 2014

Page 8: Iolanda Ialongo (FMI) Hakkarainen , J.  Jalkanen , J.-P., Johansson, L.,  Tamminen , J. (FMI)

The effect of different wind directions in central Baltic Sea

all winds weak winds westerlies

High NO2 signal along East-West direction

OMI STM – De Bilt, 11-13 March 2014

Page 9: Iolanda Ialongo (FMI) Hakkarainen , J.  Jalkanen , J.-P., Johansson, L.,  Tamminen , J. (FMI)

OMI NO2 tropospheric column

STEAM NOx emission OMI NO2 NOx emission

Jul-Aug averages within the black boxes

Both OMI NO2 and STEAM emissions show a decrease in 2009 (economical recession)

Comparison with ship emission data over Baltic Sea

OMI STM – De Bilt, 11-13 March 2014

Page 10: Iolanda Ialongo (FMI) Hakkarainen , J.  Jalkanen , J.-P., Johansson, L.,  Tamminen , J. (FMI)

Emission hotspots: case-studies

OMI STM – De Bilt, 11-13 March 2014

Page 11: Iolanda Ialongo (FMI) Hakkarainen , J.  Jalkanen , J.-P., Johansson, L.,  Tamminen , J. (FMI)

Gulf of Finland: OMI NO2

Page 12: Iolanda Ialongo (FMI) Hakkarainen , J.  Jalkanen , J.-P., Johansson, L.,  Tamminen , J. (FMI)

Gulf of Finland: OMI NO2 + STEAM NOx emissions

Page 13: Iolanda Ialongo (FMI) Hakkarainen , J.  Jalkanen , J.-P., Johansson, L.,  Tamminen , J. (FMI)

Detection of emission hotspot in Northern Europe

Pori port and city center

OMI STM – De Bilt, 11-13 March 2014

Page 14: Iolanda Ialongo (FMI) Hakkarainen , J.  Jalkanen , J.-P., Johansson, L.,  Tamminen , J. (FMI)

Detection of emission hotspot in Northern Europe

Pori port and city centerOverlap with STEAM ship emissions

OMI STM – De Bilt, 11-13 March 2014

Page 15: Iolanda Ialongo (FMI) Hakkarainen , J.  Jalkanen , J.-P., Johansson, L.,  Tamminen , J. (FMI)

Detection of emission hotspot in Northern Europe

Iron mines in Murmansk area

OMI STM – De Bilt, 11-13 March 2014

Page 16: Iolanda Ialongo (FMI) Hakkarainen , J.  Jalkanen , J.-P., Johansson, L.,  Tamminen , J. (FMI)

Detection of emission hotspot in Northern Europe

Iron mines in Kostomuksha

OMI STM – De Bilt, 11-13 March 2014

Page 17: Iolanda Ialongo (FMI) Hakkarainen , J.  Jalkanen , J.-P., Johansson, L.,  Tamminen , J. (FMI)

Detection of emission hotspot in Northern Europe

Kemi-Tornio area

OMI STM – De Bilt, 11-13 March 2014

Page 18: Iolanda Ialongo (FMI) Hakkarainen , J.  Jalkanen , J.-P., Johansson, L.,  Tamminen , J. (FMI)

Conclusions• OMI tropospheric NO2 shows sensitivity to small emission 

sources at high latitudes• Time series of OMI data and ship emissions from STEAM model 

are in good agreement• OMI data are able to reproduce the variability of the economy 

activity in terms of reduced ship traffic in the Baltic Sea area• Future applications includes the comparison with land-based 

emission dataset

OMI STM – De Bilt, 11-13 March 2014

Page 19: Iolanda Ialongo (FMI) Hakkarainen , J.  Jalkanen , J.-P., Johansson, L.,  Tamminen , J. (FMI)

OMI STM – De Bilt, 11-13 March 2014

Thank you

Reference

Ialongo, I., Hakkarainen, J., Hyttinen, N., Jalkanen, J.-P., Johansson, L., Boersma, F., Krotkov, N., and Tamminen, J.: Characterization of OMI tropospheric NO2 over the Baltic Sea region, Atmos. Chem. Phys. Discuss., 14, 2021-2042, doi:10.5194/acpd-14-2021-2014, 2014.

Website

https://dl.dropboxusercontent.com/u/108873735/site/no2_web.html

Page 20: Iolanda Ialongo (FMI) Hakkarainen , J.  Jalkanen , J.-P., Johansson, L.,  Tamminen , J. (FMI)

Extra slides

OMI STM – De Bilt, 11-13 March 2014

Page 21: Iolanda Ialongo (FMI) Hakkarainen , J.  Jalkanen , J.-P., Johansson, L.,  Tamminen , J. (FMI)

OMI STM – De Bilt, 11-13 March 2014

Comparison with EMEP emission in Finland

maps

Page 22: Iolanda Ialongo (FMI) Hakkarainen , J.  Jalkanen , J.-P., Johansson, L.,  Tamminen , J. (FMI)

OMI STM – De Bilt, 11-13 March 2014

EMEP emission by sector

TOTAL

Page 23: Iolanda Ialongo (FMI) Hakkarainen , J.  Jalkanen , J.-P., Johansson, L.,  Tamminen , J. (FMI)

OMI STM – De Bilt, 11-13 March 2014

Comparison with EMEP emission in Finland

pixel-by-pixel comparison

Page 24: Iolanda Ialongo (FMI) Hakkarainen , J.  Jalkanen , J.-P., Johansson, L.,  Tamminen , J. (FMI)

OMI STM – De Bilt, 11-13 March 2014

Comparison with EMEP emission in Finland

timeseries

Page 25: Iolanda Ialongo (FMI) Hakkarainen , J.  Jalkanen , J.-P., Johansson, L.,  Tamminen , J. (FMI)

OMI STM – De Bilt, 11-13 March 2014

Comparison with EMEP emission in Finland

timeseries

G_roadrail A_PublicPower B_IndustrialComb

Page 26: Iolanda Ialongo (FMI) Hakkarainen , J.  Jalkanen , J.-P., Johansson, L.,  Tamminen , J. (FMI)

OMI STM – De Bilt, 11-13 March 2014

Other google maps data

Large point source (EMEP)

Page 27: Iolanda Ialongo (FMI) Hakkarainen , J.  Jalkanen , J.-P., Johansson, L.,  Tamminen , J. (FMI)

OMI STM – De Bilt, 11-13 March 2014

Other google earth data

Mines

MINING ATLAS