Slik måles luftkvaliteten ved verdens ytterpunkter

– Grunnen til at det er så viktig å måle luftkvaliteten i Arktis og Antarktis er at det er de mest sårbare områdene. Der ser vi endringene først, forklarer seniorforsker Chris Lunder i NILUs avdeling for måle- og instrumentteknologi.

«Førindustriell» luft

Zeppelinobservatoriet nær Ny-Ålesund på Svalbard og Trollhaugenobservatoriet i Dronning Maud Land ligger der lufta er renest på henholdsvis den nordlige og sørlige halvkule. Det betyr at luftforskerne fra NILU får målt det de kaller «bakgrunnsnivå ». Bakgrunnsnivået vil si det laveste nivået av ulike partikler og gasser som finnes i atmosfæren, og det får man kun målt på steder der menneskelig aktivitet ikke bidrar med lokal forurensning. Den reneste plassen på kloden finner du i Antarktis, og ut fra luftprøver tatt der har forskerne best forutsetning for å si noe om hvordan partikkeldannelsen i lufta var før den industrielle revolusjon.

– Når vi kjenner «bakgrunnsnivået» kan vi også gjennom luftprøvene finne ut hvor de forurensende stoffene kommer fra, og i hvilke mengder forurensningene slippes ut, sier Lunder.

Viser trender over tid

Klimagasser er blandet inn i all lufta i hele atmosfæren, så det er alltid et visst «bakgrunnsnivå» av f.eks. CO₂ i lufta. Det går ikke an å måle lavere enn dette. Høyere nivåer kan variere fra stasjon til stasjon i forhold til lokale utslipp og hvordan utslippene transporteres i atmosfæren.

– Fordelen med avsidesliggende stasjoner som Zeppelin er at det er enklere å se trender over tid der, fordi variasjonen fra måned til måned er mindre, forklarer seniorforsker Ove Hermansen.

– Du får ikke de samme voldsomme svingningene som målestasjoner i mer befolkede områder kan vise, som f.eks. Mace Head i Irland og Jungfraujochobservatoriet i Sveits.

Disse to europeiske observatoriene er plassert slik at de skal fange opp lufta som kommer inn fra Atlanterhavet. Luftstrømmene som kommer inn derfra er ofte påvirket av luft fra tett befolkede strøk i USA.

Skal man måle bakgrunnsnivåene må man ha virkelig fjerntliggende observatorier som Mauna Loa midt i Stillehavet, Cape Grim på Tasmania og Ragged Point på Barbados. Og Zeppelinobservatoriet, selvsagt – den beste bakgrunnsstasjonen på den nordlige halvkule.

Kontroll og kalibrering

Men for at NILU skal kunne måle luftkvaliteten korrekt er det viktig at de som jobber nær og på observatoriet ikke forurenser målingene. Derfor er det viktig å ha kontroll på alt som er i umiddelbar nærhet; fra materialvalg på stasjonen til hvor ulike forurensningskilder – f.eks. kjøretøy – kan stå. Forskerne må være helt sikre på at det de måler er reelle luftprøver fra Arktis og Antarktis.

– Når vi skal måle nøyaktig må utstyret være i tipp topp stand, forteller Hermansen. – Det gjelder ikke bare her, men på alle stasjonene våre. Det må kalibreres jevnlig og på en god måte.

Hvordan og hvor ofte slik kalibrering foregår avhenger av målemetode og type instrument. De fleste instrumenter testes ved hjelp av en luftprøve forskerne allerede vet hva inneholder, en såkalt «standard». I tillegg deltar NILU i såkalte «ringtester». Da blir en gassflaske med luft sendt fra målestasjon til målestasjon over hele Europa, slik at alle måler lufta fra den samme flasken og bør få nøyaktig samme resultat.

– Denne kalibreringen foregår innenfor store nettverk, forklarer Hermansen.

– NILU er med i mange ulike nettverk som hvert har sine sammenlikningsprogrammer for instrumenter og utstyr til luftprøvetaking. Og vi skal ikke bare måle nøyaktig, alle målestasjoner i et nettverk skal måle mot samme referanse. For partikkelinstrumenter finnes det ikke «standarder» på samme måte, så med noen års mellomrom møtes representantene for opptil tjue av målestasjonene på et kalibreringssenter i Europa for å sammenlikne og kontrollere at instrumentene måler likt.

Strenge rutiner

For å være sikre på at de måler på samme skala som de andre målestasjonene rundt om i verden bruker Lunder, Hermansen og senioringeniør Are Bäcklund mye tid på kalibrering av instrumentene. Det er strenge rutiner som skal følges.

– Det er også egne prosedyrer på stasjonene, forteller Bäcklund, – der vi går gjennom en rekke ulike kontroller av instrumentene. For å oppfylle kvalitetskravene må vi vise at vi gjennomfører kontrollene på riktig måte og at kontrollene utføres jevnlig.

I tillegg til kontroll av instrumentene må NILU-mannskapene ha kontroll på trykk og temperatur og luftgjennomstrømning i luftinntaksrøret hvor instrumentene er koblet til. Alle målinger skal sjekkes og logges, data skal overføres til NILU og registreres i ulike målenettverk NILU er en del av.

I tillegg får NILU av og til besøk av representanter for de ulike nettverkene, f.eks. Global Atmospheric Watch, som gjennomfører kontrollmålinger av instrumentene på Zeppelin med egne instrumenter.

Målenettverk til glede og nytte

En gang i uka går Hermansen gjennom alle rådata og kontrollerer om de er riktige. Først etter denne kontrollen blir målingene registrert som godkjente i databasen. Han deltar også i månedlige møter med forskere fra andre europeiske målestasjoner, der de sammen går gjennom alle dataplott, registrerte kalibreringer og avvik. Særlig avvikene blir nøye gransket for å avdekke årsak og finne løsninger.

I tillegg arrangeres det årlige møter i Europa, der forskerne kommer sammen og legger fram plott fra sine målestasjoner på storskjerm. Er det noen avvik blir det påpekt og diskutert, og kan ikke avvikene forklares risikerer man at data fra målestasjonen blir forkastet.

– Slik sikrer vi at alle data er av god kvalitet, forklarer Hermansen, – og vi lærer mye av hverandre når vi sitter slik og diskuterer. Særlig om feilkilder, som kan være alt fra en lekkasje i instrumentet til en sliten pumpe eller en pakning som er gåen.

Alle de tre kan fortelle om tilfeller der det har tatt både dager, uker og måneder før de har funnet ut hva feilen er. Og nettopp i den sammenhengen er slike nettverk gode å ha. Der kan de høste av andres erfaringer for å finne løsninger raskere enn om de hadde jobbet alene.

Norge og NILU i polare områder

Alle data NILU produserer ut fra målingene ved observatoriene er åpent tilgjengelig så snart de er kvalitetssikret og overlevert til oppdragsgiver. Data fra både Zeppelin og Trollhaugen blir mye brukt både av norske og internasjonale forskere, kan Lunder fortelle.

– Zeppelin er mye mer tilgjengelig enn Trollhaugen på mange måter, sier Bäcklund. – Det er mye enklere å drifte en del av utstyret vårt der enn på Trollhaugen, av rent logistiske årsaker. Mannskap fra måle- og instrumentavdelingen besøker i snitt Zeppelinobservatoriet annenhver måned. På Trollhaugen derimot, er de en gang i året. Observatoriet er tilgjengelig kun i den sydlige sommersesongen, da fly til Troll kun går i perioden november til februar. Ergo sier det seg selv at det er mer utfordrende å holde alle typer instrumenter i kontinuerlig drift der.

NILU har overvåket luftkvaliteten ved Zeppelinobservatoriet siden 1989 (NILUs aller første luftmålinger på Svalbard ble gjort i Ny-Ålesund i 1974), og i Antarktis siden 2007. Hvordan ble det til at nettopp NILU måler luft fra pol til pol?

– Norge er jo en polarnasjon, og NILU er i en enestående posisjon i forhold til å forvalte ansvaret som ligger i å overvåke lufta og atmosfæren i de polare regionene, sier Ove Hermansen.

– NILU har bygget opp kompetanse og erfaring over tid, og har gjort seg fortjent til renomméet som gir tilgang til de nødvendige nettverkene. Vi har vist at NILU kan levere på kvalitet og kvalitetssikring, og det vil vi fortsette med, avslutter han.

Les hele NILUs årsrapport 2017:

Les årsrapporten i pdf

Les årsrapporten på nett (www.issuu.com):