4.6 Onzekerheid in uitkomsten

Onzekerheid in de uitkomsten van het model kan een aantal verschillende oorzaken hebben. Een belangrijk punt is of, en in welke mate, de omgeving van de bron afwijkt van de gemodelleerde situatie. Het model gaat namelijk uit van een homogeen (overal gelijk) oppervlak zonder afwijkende obstakels met voor iedere schoorsteen de invloed van maximaal één gebouw. Dat wil zeggen dat situaties met bijvoorbeeld reliëf of complexe bebouwing niet goed te modelleren zijn.

Met het NNM zijn niet te modelleren: zijn emissies van zeer koude gassen en emissies van reactieve componenten (met uitzondering van NO).

Het effect van discontinue bronnen staat in deel II hoofdstuk 3 Emissieduur. Het percentage van de tijd dat een bron aan staat heeft een recht evenredig (constant) effect op het aantal berekende uren.

De effectieve bronhoogte zal worden besproken in deel II hoofdstuk 5, pluimstijging. Voor hoge bronnen geldt dat er meestal meer uren nodig zijn om tot een betrekkelijk zeker resultaat te komen dan voor lage bronnen. Lage bronnen zijn hier gedefinieerd als bronnen met een effectieve emissiehoogte kleiner dan 50 meter.

De Monte-Carlomethode is een versnelde rekenmethode (NB geen goedgekeurde methode!), waarbij het model een steekproef neemt uit de te berekenen uren. Hierbij treden een aantal modelvereenvoudigingen op over de berekening van de pluimstijging en de menglaaghoogte. De gebruiker van het model geeft de grootte van de steekproef op. De grootte van de steekproef heeft een recht evenredig effect op het aantal berekende uren.

De frequentie van voorkomen van de windrichtingen heeft een effect op wat lagere percentielen (90- tot 98-percentiel). Stel dat een sector van windrichtingen 4% van de tijd optreedt, dan is een sector 96% van de tijd niet belast. Het 95-percentiel zal dan 0 zijn.

De keuze van het te berekenen percentiel is een belangrijke factor. Bij het 99,99 percentiel gebruikt men alleen het uur met de hoogste concentratie per jaar. Het model bepaalt het 99,9 percentiel door het uur met de op acht na hoogste concentratie per jaar en is daardoor minder onzeker dan het 99,99-percentiel.

Rekenen over een korte periode (een beperkt aantal uren) maakt dat de gemiddelde concentraties een grotere onzekerheid hebben dan jaargemiddelde concentraties. Het NNM rekent ook afzonderlijke uren door. Bijvoorbeeld voor de uitwerking van snuffelploegmetingen. In die gevallen is wel een goede schatting van de menghoogte nodig.

Is die hoogte niet bekend? Dan is het aan te bevelen een hele dag (van 0-24 uur) door te rekenen. Zo berekent het model de hoogte van de menghoogte voor elk uur op een verantwoorde wijze. Voorwaarde hierbij is wel dat de lokale meteorologie goed bekend moet zijn en dat de emissies van de bron(nen) voor die uren bekend moeten zijn. De onzekerheden in de berekende concentraties voor afzonderlijke uren is veel groter (tot ruwweg een factor twee) dan de onzekerheid in gemiddelde concentraties. Dat komt onder meer door de grote invloed van de stochastiek (toevalligheid) van de atmosfeer. Windrichting en windsnelheid variëren flink van tijd tot tijd en van plaats tot plaats.

De percentielen lager of gelijk aan het 95-percentiel zijn onzeker door de frequentieverdeling van de windrichting. Tot slot is het zo dat hoe groter de middelingstijd is gekozen (1, 8 of 24 uur), hoe minder onzeker het resultaat is (als voldoende periode-gemiddelden overblijven).

Los van de onzekerheid van de invoergegevens (zie deel I hoofdstuk 3, emissieduur) zijn er in de uitkomsten van het model onzekerheden aanwezig. De onzekerheden die hier genoemd zijn, volgen uit vergelijking met metingen. Deze zijn onder goed geconditioneerde omstandigheden uitgevoerd. In praktijksituaties kan de onzekerheid beduidend groter zijn. Uurgemiddelde waarden kennen een onzekerheid van 20% tot 50% voor lage bronnen en 20% tot 100% voor hoge bronnen. Dit betekent dat het model voor een enkele uurgemiddelde concentratie een grotere onzekerheid te zien geeft. Jaargemiddelde waarden hebben een veel kleinere onzekerheid. Voor lage bronnen 10% en voor hoge bronnen 10% tot 25%.

Uit een experiment bij DSM in Geleen in 1995 bleek dat de onzekerheid tot 15% was voor het 90- tot en met 99,97-percentiel[1]. Recente (2015) metingen aan scheepvaart op het Amsterdam-RijnKanaal bevestigen dat het model de frequentieverdeling van concentraties goed kan berekenen, als de lokale omstandigheden (emissies en wind) goed bekend zijn (zie figuur). Berekeningen zijn gedaan met de werkwijze volgens NNM, alleen aangepast om rekening te houden met de vaarbewegingen van de schepen.

Figuur 4.3. Percentielwaarden uit metingen en berekeningen (uurwaarden van NOx concentraties in µm/m³) aan scheepsemissies op het Amsterdam Rijn Kanaal (ARK), april-juli 2015. Metingen op 3 punten: 50, 250 en 850 m van het ARK.

De totale onzekerheid van de uitkomsten van het model inclusief de onzekerheid door de keuze van de parameters bedraagt voor jaargemiddelde waarden voor hoge bronnen 35% en voor lage bronnen 25%.

Het model rekent volgens de laatste meteorologische inzichten en kan op consensus rekenen van deskundigen. Worst case of conservatieve schattingen verkrijgt men door het kiezen van worst case of conservatieve schattingen van de invoergegevens. Bijvoorbeeld bij geuremissies is de gemeten waarde een stuk onzekerder dan de grootste onzekerheid van het model.

De gebruiker mag de modelonzekerheid niet als correctiefactor voor de rekenresultaten gebruiken voor het verkrijgen van een worst case (of conservatieve) schatting. De rekenuitkomst is de beste schatting voor de concentratie in de doorgerekende situatie. Afhankelijk van de doorgerekende situatie zal het model een onder- of overschatting maken.

[1] Het Nieuwe Nationaal Model, verslag van het onderzoek van de projectgroep revisie Nationaal Model, InfoMil, 1998, p. 137-140.