Gerard Cats is modelbouwer en chief scientist van het aan de Utrechtse Maliebaan gevestigde milieumodelbouw- en rekenbureau Geetacs (Gis Enabled Environmental Theory and Compute Services). Zijn visie op modellen: pas op dat je een model niet verwart met een rekenmodel. Modellen helpen je in kaart te brengen wat je niet kunt meten.
Veel dingen die we eigenlijk uit metingen zouden willen weten zijn of kunnen niet worden gemeten. Dat geldt met name voor ontwikkelingen in de toekomst, die nodig zijn voor beleid. We moeten nu al nadenken over hoe Nederland om zal gaan met zeespiegelstijging in 2100, maar we kunnen nu nog niet meten in 2100. In zo’n situatie heb je een ‘model’ nodig.
Schaalmodel, rekenmodel
Een model kan een schaalmodel zijn, bijvoorbeeld voor golfslag rond de Deltawerken. Een ander voorbeeld is het gebruik van een windtunnel om de verspreiding van de ammoniakuitstoot uit een stal te onderzoeken. Meestal echter denkt men bij een model aan een rekenmodel: probeer bestaande metingen in formules te beschrijven; test die formules op een of meer nieuwe metingen; en als je tevreden bent, gebruik die formules om voorspellingen mee te doen.
Daarbij is het belangrijk dat je aangeeft hoeveel vertrouwen je in de uitkomsten hebt. Bij sommige toepassingen kun je heel nauwkeurige modellen maken (bijvoorbeeld om zonsverduisteringen te voorspellen), maar zelfs dan moet je de nauwkeurigheid aangeven. Vaak ken je de formules wel erg nauwkeurig, maar zijn ze veel te gecompliceerd om in de praktijk bruikbaar te zijn. Dan moet je de formules gaan vereenvoudigen. Dat maakt de uitkomsten minder nauwkeurig.
Invoergegevens belangrijk
Daarnaast heb je altijd invoergegevens nodig. Bij het stikstofdepositiemodel gaat het dan bijvoorbeeld om bronsterkte, schoorsteenhoogte, ozonconcentratie en landgebruik. Zelfs al zouden de formules nog zo goed bekend zijn, als je de invoer niet goed kent dan nog zijn je voorspellingen met het model niet erg nauwkeurig. Dat zie je sterk bij weermodellen. De formules zijn heel goed bekend, maar de invoergegevens niet. Daarbij speelt nog dat een kleine fout in de invoer volgens de formules na enige tijd onvermijdelijk leidt tot een grote fout in de weersverwachting. Een model met de eigenschap dat fouten in de invoer versterkt in de uitvoer, is niet ‘robuust’. Een weermodel is niet robuust als het gaat om de voorspelling van temperatuur na een week of zo, en na grofweg een uur bij de voorspelling van buien.
Berekening stikstofdepositie
Bij de modellering van stikstofdepositie is de bronsterkte een wezenlijke invoergrootheid. Omdat die vaak niet gemeten kan worden, wordt die op zijn beurt weer samengesteld met een model. Zo is er een model voor de uitstoot van wegverkeer; dat model was enige tijd geleden nogal in het nieuws (‘sjoemeldiesels’). Er is ook een model voor de uitstoot uit een koeienstal. Metingen aan stalsystemen hebben geleid tot kengetallen, samengevat in ‘emissiefactoren’ en ‘RAV-codes’. Helaas blijken die metingen veelal niet gedaan te zijn in realistische omstandigheden, zodat de kengetallen te gunstig zijn. De rechter heeft het gebruik van enkele van die kengetallen inmiddels verboden. Uiteraard is de depositie die je met het model berekent minstens net zo fout als de invoer die je hebt gebruikt.
Bij de ontwikkeling en bij het gebruik van een model moet je altijd het doel van het model goed voor ogen houden. Je mag een model nooit gebruiken buiten zijn toepassingsgebied. Een model dat ontwikkeld is voor de berekening van luchtvervuiling rondom snelwegen mag je niet zomaar gebruiken om depositie mee te berekenen.
AERIUS
AERIUS gebruikt voor de meeste toepassingen een model dat ontwikkeld is om de totale depositie over Nederland mee te voorspellen, maar later bleek dat model ook geschikt om er vergunningsverlening op te baseren. Bij vergunningsverlening gaat het om het verschil tussen na en voor het gebruik van de vergunning. Er worden twee berekeningen, één met en één zonder vergunning, van elkaar afgetrokken. Fouten die in beide berekeningen afzonderlijk zitten vallen dan tegen elkaar weg. Zo kan het gebeuren dat de onbekendheid met planteigenschappen weinig doorwerkt bij het beoordelen van de vergunning, hoewel die onbekendheid beide berekeningen afzonderlijk weinig betrouwbaar maakt.
Zowel bij het maken als bij het gebruik van een model is het belangrijk goed na te gaan hoe betrouwbaar de resultaten zijn en wat de nauwkeurigheid is. Als de betrouwbaarheid klein is kun je niets met de resultaten. Maar je kunt wel omgaan met beperkte nauwkeurigheid. Zo is de nauwkeurigheid van de verwachting van de zeespiegelstijging in 2100 niet groot: iets tussen 30 cm en 1 meter 20. Als je zeker wilt weten dat Nederland in 2100 niet onder water staat moet je uitgaan van 1 meter 20. Voor de zekerheid kies je dan de grens van de onnauwkeurigheid.
Kortom, voor beleid moet het model betrouwbaar zijn, maar met onnauwkeurigheid valt goed om te gaan, als je maar weet hoe groot die is.
Dit artikel afdrukken
Schaalmodel, rekenmodel
Een model kan een schaalmodel zijn, bijvoorbeeld voor golfslag rond de Deltawerken. Een ander voorbeeld is het gebruik van een windtunnel om de verspreiding van de ammoniakuitstoot uit een stal te onderzoeken. Meestal echter denkt men bij een model aan een rekenmodel: probeer bestaande metingen in formules te beschrijven; test die formules op een of meer nieuwe metingen; en als je tevreden bent, gebruik die formules om voorspellingen mee te doen.
Daarbij is het belangrijk dat je aangeeft hoeveel vertrouwen je in de uitkomsten hebt. Bij sommige toepassingen kun je heel nauwkeurige modellen maken (bijvoorbeeld om zonsverduisteringen te voorspellen), maar zelfs dan moet je de nauwkeurigheid aangeven. Vaak ken je de formules wel erg nauwkeurig, maar zijn ze veel te gecompliceerd om in de praktijk bruikbaar te zijn. Dan moet je de formules gaan vereenvoudigen. Dat maakt de uitkomsten minder nauwkeurig.
Invoergegevens belangrijk
Daarnaast heb je altijd invoergegevens nodig. Bij het stikstofdepositiemodel gaat het dan bijvoorbeeld om bronsterkte, schoorsteenhoogte, ozonconcentratie en landgebruik. Zelfs al zouden de formules nog zo goed bekend zijn, als je de invoer niet goed kent dan nog zijn je voorspellingen met het model niet erg nauwkeurig. Dat zie je sterk bij weermodellen. De formules zijn heel goed bekend, maar de invoergegevens niet. Daarbij speelt nog dat een kleine fout in de invoer volgens de formules na enige tijd onvermijdelijk leidt tot een grote fout in de weersverwachting. Een model met de eigenschap dat fouten in de invoer versterkt in de uitvoer, is niet ‘robuust’. Een weermodel is niet robuust als het gaat om de voorspelling van temperatuur na een week of zo, en na grofweg een uur bij de voorspelling van buien.
Berekening stikstofdepositie
Bij de modellering van stikstofdepositie is de bronsterkte een wezenlijke invoergrootheid. Omdat die vaak niet gemeten kan worden, wordt die op zijn beurt weer samengesteld met een model. Zo is er een model voor de uitstoot van wegverkeer; dat model was enige tijd geleden nogal in het nieuws (‘sjoemeldiesels’). Er is ook een model voor de uitstoot uit een koeienstal. Metingen aan stalsystemen hebben geleid tot kengetallen, samengevat in ‘emissiefactoren’ en ‘RAV-codes’. Helaas blijken die metingen veelal niet gedaan te zijn in realistische omstandigheden, zodat de kengetallen te gunstig zijn. De rechter heeft het gebruik van enkele van die kengetallen inmiddels verboden. Uiteraard is de depositie die je met het model berekent minstens net zo fout als de invoer die je hebt gebruikt.
Het AERIUS-model is wel robuust voor de bronsterkte, maar niet voor planteigenschappenGelukkig is het verspreidingsmodel dat in Nederland gebruikt wordt (AERIUS) tamelijk robuust voor fouten in de bronsterkte, zodat die fouten niet ook nog eens versterkt worden. De berekende depositie is daarentegen wel sterk afhankelijk van de beschrijving van de bodem en de vegetatie. Dus het model is wel robuust voor de bronsterkte, maar niet voor planteigenschappen.
Bij de ontwikkeling en bij het gebruik van een model moet je altijd het doel van het model goed voor ogen houden. Je mag een model nooit gebruiken buiten zijn toepassingsgebied. Een model dat ontwikkeld is voor de berekening van luchtvervuiling rondom snelwegen mag je niet zomaar gebruiken om depositie mee te berekenen.
AERIUS
AERIUS gebruikt voor de meeste toepassingen een model dat ontwikkeld is om de totale depositie over Nederland mee te voorspellen, maar later bleek dat model ook geschikt om er vergunningsverlening op te baseren. Bij vergunningsverlening gaat het om het verschil tussen na en voor het gebruik van de vergunning. Er worden twee berekeningen, één met en één zonder vergunning, van elkaar afgetrokken. Fouten die in beide berekeningen afzonderlijk zitten vallen dan tegen elkaar weg. Zo kan het gebeuren dat de onbekendheid met planteigenschappen weinig doorwerkt bij het beoordelen van de vergunning, hoewel die onbekendheid beide berekeningen afzonderlijk weinig betrouwbaar maakt.
Zowel bij het maken als bij het gebruik van een model is het belangrijk goed na te gaan hoe betrouwbaar de resultaten zijn en wat de nauwkeurigheid is. Als de betrouwbaarheid klein is kun je niets met de resultaten. Maar je kunt wel omgaan met beperkte nauwkeurigheid. Zo is de nauwkeurigheid van de verwachting van de zeespiegelstijging in 2100 niet groot: iets tussen 30 cm en 1 meter 20. Als je zeker wilt weten dat Nederland in 2100 niet onder water staat moet je uitgaan van 1 meter 20. Voor de zekerheid kies je dan de grens van de onnauwkeurigheid.
Kortom, voor beleid moet het model betrouwbaar zijn, maar met onnauwkeurigheid valt goed om te gaan, als je maar weet hoe groot die is.
In Wat is ...? gaan we met bekende en minder bekende mensen op zoek naar wat hen motiveert om te ontdekken of we elkaar van daaruit weer kunnen vinden. De introductie tot de modellenreeks vind je hier. Waarom we dit doen lees je in De ontdekking van de ander.
Nog 3
Je hebt 0 van de 3 kado-artikelen gelezen.
Op 5 mei krijg je nieuwe kado-artikelen.
Op 5 mei krijg je nieuwe kado-artikelen.
Als betalend lid lees je zoveel artikelen als je wilt, én je steunt Foodlog
Lees ook
Ik moet werken en heb geen tijd voor Foodlog.
"AERIUS gebruikt voor de meeste toepassingen een model dat ontwikkeld is om de totale depositie over Nederland mee te voorspellen, maar later bleek dat model ook geschikt om er vergunningsverlening op te baseren. Bij vergunningsverlening gaat het om het verschil tussen na en voor het gebruik van de vergunning. Er worden twee berekeningen, één met en één zonder vergunning, van elkaar afgetrokken."
Ja daar heb ik dan al (als modelleur, en fysica-chemie nerd) een fundamenteel verschil van inzicht in t.a.v. de schrijver van dit artikel:
- Duidelijk heeft de commissie aangeven dat Aerius NIET geschikt is voor vergunningen.
- In Aerius zit een tientallen jaren oud verspreidingsmodel (Gaussian Plume Curve), dit model is goed om iets te zeggen over de hoogte van een schoorsteen (het is een engineering model), maar niet voldoende om eenduidig wat te zeggen over de werkelijke verspreiding van gassen (ammoniak, NOx) in de x-y-z richting.
- Droge depositie (of je nu twee getallen aftrekt of niet) is een 'module' in OPS die 'weinig wetenschappelijk is. En als concentratie voorspellingen ook niet kloppen dan is de fout gewoonweg honderden procenten en niet 100% fout.
- Relatie stikstof-depositie en kwaliteit van natuurgebieden is niet eenduidig.
Zo kan ik wel even doorgaan. Kortom, vrijwel alles wat je met Aerius doet is onzin.
Aangezien er een hele 'diensten' sector werkt met Aerius, en de kennnisinfrastructuur budget krijgt voor Aerius (maar er schrikbarend weinig validatie onderzoek is), krijgen we het niet van de politieke en vergunningsgevende tafel af. Maatschappelijk moet dat natuurlijk. Gelukkig zien we een duidelijke beweging bij RIVM dat ze ook steeds duidelijke zeggen "gebruik Aerius niet".
En ondertussen klopt de N en P balans over NL niet eens. En dan denken we op meer detail te kunnen kijken naar individuele boeren? Mij zwager laat zijn honden uit, weet je hoeveel depositie dat is? Eerst maar de basis kloppend krijgen.
PS dat voorbeeld van zeespiegelstijging, deze neemt al lineair honderd jaar vrij nauwkeurig toe. Ik meen 20 cm per honderd jaar. Er is ook in de eerste afgeleide (zegt iets over groeisnelheid) geen toename te zien. Verder daalt Nederland ook een beetje.
Met grondmonsternames zou er ook een model kunnen worden gemaakt die uit-/afspoeling en denitrificatie van stikstof in natuurgebieden in kaart brengt. Gebeurt helaas niet. Met eigen onderzoek kwam ik tot ontdekking dat het gemaal van het waterschap bij mij in de buurt nogal gronddeeltjes met het maalwater de Waddenzee in pompt. Een landspiegeldaling in mijn omgeving van 1mm per jaar viel te berekenen. 10cm in 100 jaar. Kun je ook een model voor maken. Wordt ook niet gedaan. Het model van zeespiegelstijging is voornamelijk gebaseerd op smeltend ijs. Maar hoe zit het met de gronddeeltjes die met de grote rivieren in zee terecht komt. Geeft ook een zeespiegel stijging. Gelijk een volle emmer water waar je een schep zand in doet. Stroomt de emmer ook over. Voor zeespiegelstijging door gronddeeltjes kan ook wel een model gemaakt worden. Er worden alleen modellen gemaakt die in het straatje passen. Noodzakelijke modellen die niet in het straatje passen worden helaas niet gemaakt.
Piet Hoogland Zeespiegelstijging door sediment? Leuk idee. Kunt u er een schatting van maken? Kunt u daarbij ook nog de zandwinning uit bijvoorbeeld de Noordzee betrekken? Misschien verklaart uw idee wel het verschil dat er momenteel bestaat tussen gemeten en berekende mondiale zeespiegelstijging. Zie bijvoorbeeld Figuur 12.3b in https://science2017.globalchange.gov/chapter/12/
Wouter de Heij
"-Duidelijk heeft de commissie aangeven dat Aerius NIET geschikt is voor vergunningen."
Ik neem aan dat u de commissie Hordijk bedoelt. In het eindrapport schrijft die
(1) dat het beleid meer vraagt dan de wetenschap kan leveren. Dat is niet een diskwalificatie van de wetenschap, en ook niet van OPS. De commissie stelt voor dit probleem aan te pakken door een bron-receptormatrix (NB OPS is dat eigenlijk ook) en door aggregatie over oppervlakken van habitattypen in plaats van hexagonen. OPS biedt die mogelijkheid. Al met al kun je gewoon OPS blijven gebruiken.
(2) dat AERIUS niet geschikt is omdat het gebruik maakt van SRM2 voor depositie van autoverkeer. Met dat laatste ben ik het grondig eens. Ik heb dan ook zorgvuldig vermeden te schrijven dat AERIUS geschikt is voor vergunningsverlening. Het maakt gebruik van een model dat daarvoor wel geschikt is gebleken, te weten OPS.
Van het gaussisch pluimmodel mag je inderdaad niet al te veel verwachten. Al met al heeft OPS een nauwkeurigheid van een factor 2 of zo. Niet heel goed dus. De grootste onnauwkeurigheid komt echter van processen in bodem en plant. De Nederlandse interpretatie van de Habitatrichtlijn schrijft voor dat depositie niet toeneemt ten gevolge van een activiteit of project. De veronderstelling dat depositie niet toeneemt als OPS aangeeft dat de depositie niet toeneemt vind ik wel plausibel. Daarmee kun je OPS dus wel gebruiken voor vergunningsverlening ook al kun je de absolute depositie niet betrouwbaar berekenen.
Merk op dat ik niet heb geschreven dat ik AERIUS goed vind. Maar bij dezen wil ik toch AERIUS een pluim geven. Het is een tamelijk gebruiksvriendelijk systeem om ingewikkelde processen en wetgeving toegankelijk te maken. Tja, de ontwikkelaars van AERIUS hadden natuurlijk nooit mogen meewerken aan het gebruik van SRM2. SRM2 is een model voor de totale concentratie NO₂ door verkeer op een snelweg plus achtergrond en dus niet geschikt voor de toename van depositie van NOₓ en NH₃ door wegverkeer. Zoals de commissie Hordijk ook al vond.
PS Uw opmerkingen over zeespiegelstijging en landdaling hebben niets met mijn artikel te maken. Toch wil ik iets rechtzetten: Zeespiegelstijging gaat wel steeds sneller. "The rate of global sea level rise is accelerating: it has more than doubled from 0.06 inches (1.4 millimeters) per year throughout most of the twentieth century to 0.14 inches (3.6 millimeters) per year from 2006–2015.".
Gerard #3, die schatting doe ik dan op basis van gemeten gronddeeltjes die ik bij het gemaal van het Waterschap gedaan heb. ca 0,5 cm3 bezonken gronddeeltjes per liter water. Per 24 uur, dat het gemaal maximaal draait, worden er dan ca. 500m3 gronddeeltjes in de Waddenzee gepompt. Wanneer je voor water van de grote rivieren ook 0.5 cm3 per liter neemt dan gaan er dag in dag uit nogal wat m3 grond met de grote rivieren richting zee. Maar ik neem aan dat rivierwater minder dan een 0,5 cm3 aan gronddeeltjes bevat. Dat is te meten door de gronddeeltjes van een liter rivierwater in een glazen pot 6 weken te laten bezinken en daarna het water langzaam te laten verdampen. (Naar mijn idee valt er wel een model te maken van hoeveelheid gronddeeltjes met rivierwater naar zee.)