Naar schatting heeft zo’n 10% van inwoners van België last van allergische reacties als gevolg van berkenpollen. Met behulp van modellen die o.a. naar het vrijkomen, de verplaatsing en het neerslaan van het pollen kijken is een verwachting van de pollenconcentratie te maken. Onderzoekers van het Belgische KMI hebben in 2018/2019 onderzoek gedaan naar de concentratie berkenpollen in België.
Hiervoor zijn de tellingen van de afgelopen 11 jaar gebruikt. Daarnaast is gekeken naar de locatie en het aantal berkenbomen. Hieronder een toelichting op de verschillende aspecten van het onderzoek "Spatio-temporal monitoring and modelling of birch pollen levels in Belgium”, aangevuld met enkele vragen aan onderzoeker Willem Verstraeten van het KMI.
Pollentellingen
De informatie over pollenconcentraties is afkomstig van de vijf telstations van het Belgisch aerobiologisch surveillance netwerk (Sciensano) die de concentraties van stuifmeel in de lucht meten. Deze stations staan in Brussel, Doornik in het Zuidwesten, Marche-en-Famenne in de Ardennen, De Haan aan de kust en Genk in de Belgische Kempen.
Het SILAM model
Het SILAM model (System for Integrated modeLling of Atmospheric composition) is op het gebied van pollen één van de belangrijkste modellen en is afkomstig van het Finse Meteorologisch Instituut (FMI). Naast het berkenpollen wordt er in dit model ook gekeken naar het stuifmeel van de els en olijf, naar grassen en qua kruiden naar bijvoet en ambrosia. Het model gebruikt de weersgegevens van het ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) in combinatie met o.a. de pollentellingen en vegetatiekaarten.
voorbeeld van het SILAM model, in dit geval van het pollen van Els.
Vegetatiekaarten met het aantal bomen per hectare
Op een vegetatiekaart, ook wel verspreidingskaart genoemd, is te zien waar welke soorten staan. Met name in Scandinavië, Oost-Europa en West-Rusland komen uitgestrekte berkenbossen voor. Het aantal bomen per hectare is een belangrijk ingrediënt voor verwachtingsmodellen. Hoe meer bomen, hoe hoger de potentiële concentratie stuifmeel. De dichtheid is uit te drukken in het percentage van het oppervlak dat bedekt is met berken, bijvoorbeeld 2%, 4% of 20%. Voor pollenmodellen worden dit soort vegetatiekaarten gebruikt. Uiteraard is het van belang dat deze kaarten actueel en accuraat zijn. Onderstaande afbeelding is afkomstig uit het onderzoek van het KMI en laat de geoptimaliseerde kaart van België zien.
Afbeelding bron: Spatio-temporal monitoring and modelling of birch pollen levels in Belgium.
Bepalen van de bloeiperiode met behulp van graaddagen
De term “graaddagen” zou je misschien kunnen kennen in relatie met het gasverbruik. Het is een rekeneenheid waarmee je de omgevingstemperatuur en tijdsduur op kunt tellen. Stel de kachel staat aan zolang het buiten kouder dan 18 graden is. Het maakt dan voor je gasverbruik uit of het buiten 2 graden of 15 graden is. Is het een dag gemiddeld 2 graden dan zijn dat 18-2=16 graaddagen, is het een dag gemiddeld 15 graden dan zijn dat 18-15=3 graaddagen. Opgeteld voor beide dagen zijn dat 16+3=19 graaddagen. Is het buiten warmer dan 18 graden (kachel staat uit) dan worden ze niet meegerekend. Zo kun je een hele winterperiode uitdrukken in bijvoorbeeld 3000 graaddagen. Is het een zachte winter, dan zijn er in totaal minder graaddagen en zal je gasverbruik lager zijn. Zo kun je dus jaren onderling vergelijken (https://www.gas.be/nl/graaddagen/). Landbouwers berekenen op vergelijkbare wijze de “temperatuursom” om te bepalen of er bijvoorbeeld mest uitgereden kan worden. Sommige gewassen hebben juist een x-aantal uur koude nodig. Tuinders berekenen bijvoorbeeld de “koudesom” (x-aantal uur koude) voor de teelt van rabarber. Hetzelfde principe kun je ook gebruiken om iets te zeggen over de groeifase van een berkenboom. Er is na de winter een bepaalde hoeveelheid warmte nodig zodat de knoppen kunnen uitgroeien en katjes kunnen rijpen. Voor het SILAM-model wordt een temperatuursom berekend om het begin van de bloeiperiode van de berken te kunnen bepalen.
MODIS, bepalen van vegetatie activiteit vanuit de ruimte
De bloeiperiode van de berk wisselt per jaar. Vanaf begin maart kan het eerste pollen geteld worden, concentraties pieken veelal in april en kunnen gesignaleerd worden tot half mei. Elk jaar verloopt echter weer anders, omdat de weersomstandigheden ook elk seizoen toch weer anders zijn. Naast de pollentellingen, graaddagen en veldwaarnemingen is ook met behulp van satellietbeelden iets te zeggen over het verloop van het groeiseizoen van bomen. Vanuit de ruimte is, met speciale camera’s en detectors, iets te zeggen over de spreiding en de fenologie van de vegetatie. Om de “vegetatie-activiteit” vanuit de ruimte in beeld te brengen werd in het onderzoek het MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) systeem van de NASA gebruikt.
Concentratie afhankelijk van de weersomstandigheden
Het SILAM model kan het vrijkomen en de verspreiding van het stuifmeel simuleren door het effect van verschillende weerselementen te combineren. De temperatuur is hierbij een hele belangrijke factor, zowel voor de ontwikkeling van het stuifmeel en het vrijkomen. Daarnaast spelen wind, regen en luchtvochtigheid een belangrijke rol bij de verspreiding. Bij veel regen en hoge luchtvochtigheid zal er nauwelijks stuifmeel vrijkomen. Daarnaast zorgt regen ervoor dat de lucht wordt “schoongewassen”, het stuifmeel slaat neer op de grond. Een andere relevante factor is de wind, zowel de windrichting als windsnelheid hebben invloed op de afgifte en de verspreiding van het stuifmeel. Bij een bepaalde hoge windsnelheid is de afgifte maximaal, bij een hele lage windsnelheid is de afgifte minimaal. Turbulentie kan zorgen voor vermenging van het stuifmeel met andere luchtlagen. Hoewel stuifmeel heel licht is, zorgt ook de zwaartekracht voor het neerdalen ervan. Onder “ideale omstandigheden” (voor de berk) zal het stuifmeel zich over een groot gebied kunnen verspreiden. In een droge periode met hogere temperaturen en stevige wind kan het zich wel tot zo’n 1000 kilometer van zijn oorsprongsgebied verplaatsen. Voor het model is dan ook niet alleen het uit België afkomstig stuifmeel relevant, maar ook de aanvoer vanuit het buitenland heeft invloed op de lokale concentratie. Bij koud en vochtig weer zal het stuifmeel aanmerkelijk sneller en dus dichter bij het oorsprongsgebied neerslaan.
In onderstaande grafiek is van seizoen 2018 het in Brussel getelde stuifmeel uitgezet tegen het oorspronkelijke SILAM model en de update ervan.
Aanvullende vragen aan onderzoeker Willem Verstraeten van het KMI
1. Hoelang wordt er in België al pollen geteld?
De oudste continue tijdreeks startte in 1982 in Elsene (Brussel) en vanaf 1984 in De Haan (kust). Deze dagelijkse tellingen worden uitgevoerd door het Belgisch aerobiologisch surveillance netwerk (Sciensano).
2. Voor dit onderzoek is de Europese verspreidingskaart van berken gebruikt en aangevuld met Belgische gegevens, in welke regio’s zaten de belangrijkste aanpassingen?
De Europese berkenkaart vormt de basis en voor het Belgisch grondgebied hebben we de areaalschatting voor berk geactualiseerd. Waar bossen staan in België, daar zijn de belangrijkste aanpassingen gebeurd, want we hebben bosinventarisatiegegevens gebruikt van de Vlaamse en Waalse overheid. In de overwegend landbouwgebieden zijn de aanpassingen miniem.
3. Is de potentiële concentratie door de aanpassingen door de update hoger of lager geworden?
De Europese berkenkaart levert de referentiewaarde (minimale waarde). Door de actualisatie met bosinventarisatiegegevens zijn de berkenaantallen hoger waar gegevens voorhanden zijn, en anders nemen we de referentiewaarde van de Europese kaart.
4. In de regio Genk staan in verhouding de meeste berken. In agrarische gebieden is de dekkingsgraad bijna 0%. Hoe staat deze lokale concentratie in verhouding tot het pollen uit de uitgestrekte berkenbossen in bijvoorbeeld Scandinavië en Rusland?
In Noord- en Oost-Europa worden regelmatig dagelijkse berkenpollenaantallen waargenomen van meer dan 10000 pollen/m³. Soms tot 60000 op een heel seizoen. Een gemiddeld berkenseizoen in het centrum van België bestaat uit ~7000-8000 pollen met een recente piek in 2018 van meer dan 16000 pollen in totaal.
5. Komt de start van de bloeitijd berekend op basis van het aantal graaddagen goed overeen met veldwaarnemingen en tellingen van de eerste bloei?
Het verschil kan een aantal dagen bedragen. Dat heeft te maken met het gebruik van ECMWF meteo data in het model. Deze meteo is representatief voor een groter bedekking (gerasterde data) terwijl synoptische data eerder lokaal zijn. Ook modelparametrisering en de keuze van de modeluitvoerkaarten spelen rol. Veldwaarnemingen en modelsimulaties variëren (altijd) onderling.
6. Is er met behulp van graaddagen ook iets te zeggen over het einde van de bloei?
Voor de start en het einde van het berkenseizoen gebruiken we start- en stopdrempelwaarden in het model. Dus, het berkenseizoen start als de graaddagen een drempel overschrijden en het eindigt bij het overschrijden van de einddrempelwaarde.
7. Zie je verschil in bloeiperiode tussen de berken in de Belgische Kempen en die in de hoger gelegen Ardennen?
Dat varieert van jaar tot jaar. De start van de bloei is vaak enkele dagen later in de Ardennen, en is ook vaak een aantal dagen korter. De pieken in de Ardennen vallen later dan in de Kempen. De verschillen zijn niet erg groot.
8. Worden de mastjaren bepaald en verwerkt in het model met de potentiële concentratie?
We bepalen geen mastjaren. We gebruiken de geschatte CO2-opnamen door plantfotosynthese (Bruto Primaire Productiviteit, GPP in het Engels) uit afstandswaarnemingen (GPP uit MODIS sensor op satelliet) en pollentellingen uitgevoerd door Sciensano. Op basis van tijdreeksen van GPP en tellingen fitten we een statistisch model dat ons 1-2 seizoenen op voorhand een schatting berekent van de potentiële concentratie van berkenpollen in de lucht. Vegetatieactiviteit wordt verwerkt in het model om potentiële concentraties in te schatten
9. Is er iets te zeggen over de verhouding “eigen pollen” en “import pollen”?
De fractie van berkenpollen afkomstig van buiten België ten opzichte van de binnenlandse berkenpollenproductie varieert tussen ~5 en ~70% volgens modelberekeningen en is vooral hoog wanneer de eigen berken nog niet bloeien. Eens de eigen berken bloeien, dan zakt het aandeel, hoewel de absolute pollenaantallen dan sterk toenemen. Er zijn enkele episodes gekend waar de waargenomen dagelijkse berkenpollen pieken tot 5000 pollen/m³. Zulke hoeveelheden zijn niet afkomstig van de lokale pollenproductie. De aangevoerde luchtmassa’s blijken dan afkomstig te zijn uit Noordoost-Europa. De import kan wel belangrijk zijn in het sneller overschrijden van de allergiedrempel (dagelijks 80 pollen/m³). De patiënten ontwikkelen dan sneller symptomen. Gemiddeld over meer dan 10 jaar bedraagt de fractie van pollenimport minder dan 10% van de eigen productie in België.
10. De drempelwaarde van 80 pollen/m3, is dat de concentratie waarbij de meeste mensen die allergisch zijn voor berkenpollen ook klachten ervaren?
De drempelwaarde is betrekkelijk arbitrair en is gebaseerd op voornamelijk buitenlands onderzoek. Sommige bronnen gebruiken van 10 tot 100 pollen/m³ als waarde afhankelijk van het stuifmeelsoort. De drempelwaarde voor berkenpollen in België die door Sciensano was vastgestelde is momenteel 80 korrels/m³. Maar zeer gevoelige patiënten ontwikkelen al symptomen in de aanwezigheid van slechts enkele pollen/m³.
11. In hoeverre is het voor hooikoortspatiënten relevant of een piek 1000 of 3000 pollen per m3 is bij een drempelwaarde van 80? Duurt het langer voor een "hoge piek" is afgevlakt door weersomstandigheden dan een "lagere piek"?
Voor de meeste patiënten die zeer gevoelig zijn aan berkenstuifmeel (dus strikt genomen geen hooikoortspatiënten) is de overschrijding van de drempelwaarde (80 pollen/m³) reeds genoeg voor de ontwikkeling van symptomen. Daarom ook dat we ons model vergelijken met veldwaarnemingen in hoeverre het deze overschrijding kan nabootsen (zie ook paper). Dat lukt aardig voor beide drempelwaarden (in de paper enkel voor 80). Daarnaast zijn er ook mensen die pas last hebben bij hoge berkenstuifmeelconcentraties. Bovendien wordt soms de dosis van de antihistaminica aangepast naargelang de stuifmeelwaardes in de lucht. Over het bestaan van een bovenste drempelwaarde hebben we geen weet. Afhankelijk van het weer duurt het langer om hoge stuifmeelwaardes in de lucht te doen zakken, en/of hoe meer neerslag er moet vallen om de pollen uit te regenen (droge en natte depositie).
Bronvermelding:
KMI- onderzoek in stuifmeelverspreiding: http://ozone.meteo.be/meteo/view/en/43316562-RETROPOLLEN.html
KMI-onderzoek: http://ozone.meteo.be/meteo/view/en/24141489-RespirIT.html
Stuifmeeltellingen onder de verantwoordelijkheid van Marijke Hendrickx en Nicolas Bruffaerts (Sciensano): https://airallergy.sciensano.be/
Referentie:
Verstraeten, W.W., Dujardin, S., Hoebeke, L., Bruffaerts, N., Kouznetsov, R., Dendoncker, N., Hamdi, R., Linard, C., Hendrickx, M., Sofiev, M. & Delcloo, A.W. (2019). Spatio-temporal monitoring and modelling of birch pollen levels in Belgium. Aerobiologia. 35(4), 703-717. https://doi.org/10.1007/s10453-019-09607-w .
Dit onderzoek werd deels gefinancierd door BELSPO (Belgian Science Policy Office) in het BRAIN programma – project RespirIT (BR/154/A1/RespirIT) en deels door het Koninklijk Meteorologisch Instituut (KMI).