This study aims to improve estimates of NOx emission strengths by assimilation of TROPOMI satellite retrievals in the LOTOS-EUROS chemical transport model. Nitrogen oxides (NO and NO2) play a pivotal role in atmospheric chemistry, are an important source of air pollution and contribute to nitrogen deposition over vulnerable natural areas. Therefore, it is paramount to have accurate estimates of emissions. Emissions are parameterised by multiplicative correction factors for NOx emission strengths from existing inventories. Optimal estimates of the correction factors are calculated by assimilation of TROPOMI NO2 retrievals in LOTOS-EUROS. This study proposes an adjoint-free approach to solving the 4DVAR data assimilation problem. Due to the near linearity of LOTOS-EUROS with respect to NO2, an approximate model is proposed that calculates NO2 concentrations from the background state and a linear combination of the influences of the parameters on the state. This approximate model is calculated from an ensemble of LOTOS-EUROS simulations with perturbed parameters. After substitution of the approximate model in the 4DVAR cost function, it is quadratic and the minimum can be calculated directly. For this approximate cost function, the optimal estimate of the parameters and the covariance of this estimation can be obtained with negligible computational costs. Twin experiments, where synthetic satellite observations are assimilated, show that the adjoint-free 4DVAR method is able to accurately minimise the cost function. Errors in estimated parameters are in agreement with the covariance calculated for the estimate. It was also shown that by using domain decomposition, it is possible to generate the approximate model from fewer simulations of LOTOS-EUROS and thereby increasing the computational efficiency of the method. In experiments using TROPOMI NO2 retrievals, the method performs well when modelled plumes align with the retrievals. However, differences between modelled plumes and retrievals, that are resolved by the high resolution of the TROPOMI instrument, may strongly hamper results as the method is only able to correct the intensity of the plumes but not their positions. This leads to an underestimation of NOx emission strengths. Further research is required to handle differences of plume positions in LOTOS-EUROS and TROPOMI retrievals to apply the method to actual TROPOMI retrievals. In addition, more research into domain decomposition may further increase computational efficiency of the method.

Dit onderzoek bestudeert het energieverlies van het barotroop getij aan de opwekking van intern getij. Dit energieverlies vindt plaats bij stroming van de gestratificeerde oceaan over steile topografieën, zoals ruggen in de oceaan en bij de randen van continentale platen. Zo'n 25-30% van de totale getij-energie, die wordt opgewekt door de zon en de maan gaat zo verloren.

In een wereldwijd getijmodel wordt alleen het dieptegemiddelde gedrag van de getijstroming beschouwd, waardoor de opwekking van intern getij niet expliciet gemodelleerd kan worden. Om het effect daar wel in mee te nemen, wordt het verlies van barotroop getij aan de opwekking van intern getij geparametriseerd aan de hand van variabelen, die in dat model wel meegenomen zijn.

Het onderzoek is numeriek uitgevoerd met het hydrostatisch oceaanmodel Delft3D-Flexible Mesh. In het 3D model is expliciet de opwekking van intern getij gesimuleerd en vergeleken met analytische resultaten voor de opwekking van intern getij. Daarnaast zijn deze resultaten gebruikt om de huidige geïmplementeerde parametrisering, van de opwekking van intern getij, in het 2D model te toetsen.

De expliciete simulering van de opwekking van intern getij in Delft3D-FM is succesvol gedaan. Het energieverlies van barotroop getij aan de opwekking van intern getij was in overeenstemming de literatuur. Voor smalle topografieën hoger dan (ongeveer) een halve oceaandiepte lijkt de hydrostatische aanname in het model te worden overschreden waardoor numerieke dissipatie van intern getij optreedt.

De huidige geïmplementeerde parametrisering van het verlies van barotroop getij aan de opwekking van intern getij is voor een beperkte verzameling topografieën en stratificaties getest. De resultaten geven indicaties, dat de huidige parametrisering niet in staat is om de conversie over een breder scala van topografieën in de oceanen goed te benaderen. Het voorspelbare gedrag van de conversie voor steile, superkritische topografieën wijst erop dat zo'n parametrisering wel mogelijk is.

Aanbevelingen voor verder onderzoek zijn het uitbreiden van het gebruikte model met stromingen in x- en y-richting en het effect van de Coriolis parameter. Om de parametrisering beter te testen kan het bestaande model op meer verschillende typische topografieën en stratificaties in de oceaan worden toegepast.