Laser gaat data verdienen METEOROLOGIE

Met een door het RIVM ontwikkeld lasersysteem is de afname van de ozonlaag heel nauwkeurig te bepalen. Gegevens van deze 'lidar' zullen in de toekomst dienen om andere meetinstrumenten, zoals satellieten, te ijken. Volgende week gaat de laser op transport naar zijn standplaats in Nieuw-Zeeland.

Een jaar of twintig wordt er nu gemeten aan de ozonlaag, maar niemand weet er nog het fijne van. Dàt de laag dunner wordt door CFK's en andere vuiligheid staat buiten kijf, maar hoeveel precies, dat is nog steeds moeilijk te zeggen. Vorige week meldde de Wereld Meteorologische Organisatie (WMO) de resultaten van de laatste schattingen voor de ozonlaag boven onze breedtegraad: vier a vijf procent verdunning per tien jaar.

Dat we ons na twee decennia nog steeds moeten behelpen met schattingen komt doordat de meetinstrumenten eigenlijk niet deugen voor het vaststellen van zo'n langzame afname. Het probleem is de calibratie, het ijken van de apparatuur. Net zoals de weegschaal in de badkamer moeten wetenschappelijke instrumenten van tijd tot tijd bijgesteld worden. Hoe kleiner de te meten variaties, hoe groter het belang van calibratie.

Daarvoor is wel een ijkpunt nodig. Bij een weegschaal gaat dat eenvoudig: die moet nul aangeven als er niemand op staat. Bij ozonmetingen is ijking helaas niet zo eenvoudig. Wetenschappers kunnen zich slechts baseren op de vergelijking van vele verschillende metingen. Hoe meer hoe beter, vandaar dat steeds nieuwe schattingen bekend worden gemaakt. Maar erg nauwkeurig is het nog steeds niet.

Om aan deze situatie een eind te maken is in 1986 het 'Network for the detection of stratospheric change in het leven geroepen. Onderzoekers uit de hele wereld werken er in samen om op vijf strategische plaatsen op de aardbol met uiterste precisie de atmosferische ozonconcentraties te meten. Bij iedere pool staat een meetstation, één bevindt zich bij de evenaar (Hawaii) en op de 45e breedtegraad van ieder halfrond zijn er ook meetpunten. Op het noordelijk halfrond is dat in de Alpen, op het zuidelijk halfrond is gekozen voor Lauder in Nieuw Zeeland.

Strategisch

Bij het Rijksinstituut voor volksgezondheid en milieu (RIVM) in Bilthoven is de afgelopen drie jaar veel tijd gestoken in de bouw van een lasersysteem dat in Lauder de stratosferische ozonconcentraties gaat bepalen, tussen hoogten van 15 en 45 kilometer. Volgende week wordt de laser op transport gezet.

De reden dat de laser juist in Nederland gebouwd werd, is vooral van strategische aard. Volgens drs. Daan Swart, hoofd Remote sensing ('meting op afstand') van het Laboratorium voor luchtonderzoek van het RIVM, krijgt zijn instituut zo toegang tot actuele en historische ozon-meetgegevens, wereldwijd.

Stratosferisch ozon-onderzoek is in Nederland pas vrij laat van de grond gekomen en de deelname in het NDSC-netwerk verschaft het RIVM de data om de Nederlandse beleidsmakers op dit terrein te adviseren. Om die reden kon voor de helft van de ontwikkelingskosten (twee miljoen gulden) een beroep worden gedaan op het 'Nationaal onderzoeksprogramma voor mondiale luchtverontreiniging en klimaatverandering'.

Swart is verantwoordelijk voor de ontwikkeling van de nieuwe laser, of eigenlijk lidar - dat staat voor 'LIght Detection And Ranging'. Lidar werkt eigenlijk hetzelfde als bijna-naamgenoot rader, alleen met licht in plaats van radiogolven. De laser richt korte lichtpulsjes op de atmosfeer en vervolgens meet een detector wat er door atmosferische deeltjes, zoals ozon, wordt teruggekaatst. Swart gebruikt voor de detectie een telescoop met een doorsnede van tachtig centimeter (de grootste van Nederland, tot volgende week tenminste).

Hoe hoger de deeltjes zitten, hoe langer het duurt voor de 'echo' wordt gedetecteerd. Hoe sterker het signaal, hoe meer deeltjes aanwezig zijn. Lang en sterk zijn hier trouwens heel relatieve begrippen. De 'echo' van de stratosfeer is al in minder dan een duizendste seconde weer terug. En sterk is dat signaal helemaal niet - soms worden er maar een paar lichtdeeltjes (fotonen) gedetecteerd. Vandaar de grote telescoop.

Het grote voordeel van de lidar is dat het apparaat als het ware zichzelf calibreert. Dat gebeurt door uit dezelfde laserbron niet een, maar twee lichtbundels te laten komen, van verschillende golflengte. De ene is wel gevoelig voor ozon, de andere niet. Wat er ook gebeurt, het verschil tussen de twee echo's levert altijd de ozonconcentratie, niets anders. En als de laser in de loop der jaren minder sterk mocht worden, dan geldt dat voor beide bundels. Het verschil in de gedetecteerde echo's geeft dan nog steeds de juiste ozonconcentratie.

Zo moet een teruggang van een paar procent in tien jaar volgens Swart zonder meer te meten zijn. De lidar is daarmee een waardevol ijkpunt geworden voor instrumenten die minder stabiel zijn. In de toekomst zullen bijvoorbeeld ozon-satellieten met behulp van de RIVMlaser gecalibreerd worden. Het ruimteveer Discovery is momenteel vanuit een baan om de aarde bezig te onderzoeken of lidar ook vanuit de ruimte bruikbaar is. KNMI en RIVM zijn ook daarbij als 'ijkstations' betrokken.

Swart is trots op zijn lidar. Er zijn er ongeveer vijftien van op de wereld, maar die van het RIVM is het nieuwst en dat betekent bijna altijd ook het best. Bovendien kan de lidar voor Nieuw-Zeeland ook ozonconcentraties meten als er stofdeeltjes in de stratosfeer zweven, bijvoorbeeld afkomstig van vulkanen. En dat kunnen er maar drie.