Hoofdstuk 21 - Warmtekaart verraadt grondgebruik
Bron:Kees Floor  
Meteorologen beschikken al meer dan veertig jaar over infraroodbeelden. In het begin werden ze alleen gebruikt als wolkenfoto's. Tegenwoordig is het aantal gebruiksmogelijkheden veel ruimer. Onlangs kwam er nog een nieuwe toepassing bij: het monitoren van de afname van het tropisch regenwoud en de toename van landbouwgronden.

Sinds april 1960 draaien er satellieten rond de aarde die uitsluitend dienen voor de weersvoorspelling of het meteorologisch, natuurkundig en scheikundig onderzoek van de aarde, de oceanen en de dampkring. Aanvankelijk zonden de kunstmanen alleen televisiebeelden naar de aarde, maar in augustus 1964 kwamen ook infraroodbeelden beschikbaar. Op deze beelden zie je de aarde als door een nachtkijker. Ze zijn terug te voeren op de warmtestraling die alle voorwerpen, dus ook het aardoppervlak en de mist of bewolking daarboven, uitzenden.
 
Foto-1 
 
Foto-2 
 
Foto-3 
 
1. Nachtelijk infraroodbeeld van het Noordzeegebied in de winter. Het zeewater is het warmst en het donkerst. Het land is kouder en is daardoor lichter van tint. Sneeuw op de grond koelt sneller af dan de
    sneeuwvrije bodem. Het wit van de sneeuw boven onder andere Noord-Duitsland en Denemarken steekt daardoor licht af tegen de tint van de bodem in Nederland en België. De besneeuwde toppen van
    de Alpen liggen hoger en zijn daardoor nog weer kouder en dus witter dan de eerder genoemde gebieden met sneeuw. Ook voor bewolking geldt dat de tint witter is naarmate de bewolking kouder
    is, dus naarmate de wolkentoppen zich hoger in de atmosfeer bevinden.  Datum: 12 maart 2006, 21.30 UTC. Bron: NOAA/DLR.
2. Temperatuurbeeld van Spanje en Portugal tijdens een hittegolf op 1 juli 2004. Het landoppervlak is plaatselijk 59 graden. Waarneemstations rapporteerden een luchttemperatuur van meer dan veertig
    graden. Het beeld is gebaseerd op metingen van het MODIS-instrument op de Amerikaanse satelliet Aqua. Bron: NASA/GSFC MODIS Land Rapid Response Team.
3. Gemiddelde zeewatertemperatuur in oktober 2006, gebaseerd op MODIS-waarnemingen van de Amerikaanse satelliet Terra. Bron: OceanColor Web, Gene Feldman and Norman Kuring. 
 
Warmtestraling
De hoeveelheid uitgezonden en door de satelliet ontvangen warmtestraling hangt af van de temperatuur van het voorwerp. Warme voorwerpen zenden veel warmtestraling uit. Op de oorspronkelijke satellietbeelden in zwart-wit werd dat weergegeven in zwart of andere donkere tinten. Koude voorwerpen zenden minder warmtestraling uit en krijgen lichte tinten op de satellietbeelden. Doordat de top van bewolking doorgaans kouder is dan het aardoppervlak, is bewolking op dergelijke infraroodbeelden goed zichtbaar; ze steekt namelijk licht af tegen de donkere achtergrond van het onderliggende land- of zeeoppervlak (figuur 1). Op zogeheten zichtbaarlichtbeelden, vergelijkbaar met 'gewone' foto's, is dat eveneens het geval, wat de interpretatie van de beelden vergemakkelijkt en onderlinge vergelijking mogelijk maakt tussen de weersverschijnselen en bewolkingspatronen op de verschillende soorten beelden.

Op infraroodbeelden is het hele jaar door van alles te zien. In het voorjaar heeft het zeewater overdag meestal een lichtere tint dan het landoppervlak; de zee is in die tijd van het jaar namelijk kouder dan het land. In een koude winterperiode (figuur 1) is het warme zeewater donker, terwijl vooral 's nachts het koude land lichtere grijstinten aanneemt. Het IJsselmeer is 's winters doorgaans grijzer dan de Noordzee omdat het IJsselmeerwater sneller afkoelt; op het satellietbeeld van figuur 1 is dat overigens niet duidelijk het geval. Een sneeuwdek koelt sterker af dan een sneeuwvrije bodem; het besneeuwde land van Denemarken en Noord-Duitsland heeft daardoor een lichtere tint dan de gebieden zonder sneeuw. De besneeuwde toppen van de Alpen liggen hoger en zijn daardoor nog weer kouder en dus witter dan de eerder genoemde gebieden met sneeuw.

Temperatuurkaarten

Het exacte verband tussen de hoeveelheid uitgezonden warmtestraling en de bijbehorende temperatuur is bekend uit de natuurkunde. Daardoor kun je een infraroodbeeld ook opvatten als een temperatuurkaart van het aardoppervlak en de bewolking erboven. Met de huidige generatie satellieten zijn die temperaturen vrij nauwkeurig te bepalen. Verder zijn de presentatiemogelijkheden van de satellietbeelden sterk verbeterd ten opzichte van de beginperiode van de satellietmeteorologie. Keuze van een geschikte kleurentabel, waarbij aan elk temperatuurgebied een bepaalde kleur wordt toegekend, leidt tot ook esthetisch aantrekkelijke resultaten, zoals het satellietbeeld van Spanje tijdens een hittegolf op 1 juli 2004 duidelijk aantoont (figuur 2). Het landoppervlak heeft plaatselijk een temperatuur van 59 graden. Vooral aan de noordkant van de Pyreneeën zit bewolking, die een lagere temperatuur heeft dan het aardoppervlak. Volgens persberichten bedroeg de temperatuur op de standaardwaarnemingshoogte van 1,5 meter op enkele waarneemstations meer dan 40 graden. Het massaal gebruik van airconditioning leidde tot een grote vraag naar elektriciteit, wat de centrales niet overal konden bolwerken.

Temperatuurbewerkingen

De beelden van de figuren 1 en 2 zijn een weerslag van de temperatuur van het aardoppervlak op een bepaald moment. Door gegevens van verscheidene opeenvolgende metingen samen te nemen, kan andersoortige informatie worden verkregen. Zo bepaalt het KNMI al jarenlang de temperatuur van het water van de Noordzee en het IJsselmeer uit infraroodmetingen. Eerst leverden de Amerikaanse NOAA-satellieten, die enkele malen per dag overkomen, hiervoor de meetgegevens; tegenwoordig doen dat de Europese METEOSAT's, die op een vast punt boven de evenaar staan. De KNMI-beelden geven de gemiddelde temperatuur van het zeewater gedurende een week. Figuur 3 toont een vergelijkbaar satellietbeeld; we zien eveneens zeewatertemperaturen. In dit geval is de middeling uitgevoerd over de hele maand oktober 2006. Het MODIS-instrument op de Amerikaanse satelliet Terra leverde de meetgegevens. De figuur toont, net als alle andere op satellietmetingen gebaseerde zeewatertemperatuurkaarten, de temperatuur van de bovenste millimeter van zeeën en oceanen.

In de figuren 4 en 5 worden oppervlaktetemperaturen vergeleken met het langjarig gemiddelde. Langjarig betekent in het geval van waarnemingen door de Terra overigens hooguit zes jaar;
de Terra werd namelijk gelanceerd op 18 december 1999. De kwaliteit van de temperatuurwaarnemingen van het aardoppervlak die het MODIS-instrument op de Terra levert, is aanzienlijk beter
dan die van het AVHRR-instrument op de NOAA weersatellieten, zodat het langjariger maken van het tijdvak waarvan men gegevens gebruikt, niet voor de hand ligt.   
 
Foto-4
 
Foto-5
 
Foto-6
 
4: Oppervlaktetemperatuur in de periode 1-24 januari 2006, vergeleken met de gemiddelde  oppervlaktetemperaturen in die periode over de vijf voorgaande jaren 2001-2005.  De winter op het noordelijk
    halfrond is zacht in Amerika en koud in Europa en Azië. Instrument: MODIS. Satelliet: Terra. Bron: NASA.

5: Oppervlaktetemperatuur in de periode 20-27 juli 2006, vergeleken met de gemiddelde oppervlaktetemperaturen in die periode over de zes voorgaande jaren 200-2005.  Nederland en verscheidene
    andere landen in Europa worden getroffen door een hittegolf. Instrument: MODIS. Satelliet: Terra. Bron: NASA.

6: Temperatuurkaart met de hoogste temperatuur van het aardoppervlak in de periode 2003, 2004 en 2005. De temperaturen zijn gebaseerd op metingen van het  MODIS-instrument op de Amerikaanse
    satelliet Aqua. Deze komt elke dag rond 13.30 uur plaatselijke zonnetijd over. Het warmst zijn de dorre zandwoestijnen, zoals in  Australië, Iran en de Sahara. Bron: zie literatuur.  
 
Winter en zomer
Figuur 4 toont het verschil tussen de wintertemperaturen in de periode van 1 tot 24 januari 2006 en het gemiddelde over de periode voor de jaren 2001 tot en met 2005. De informatie waarop de figuur is gebaseerd, komt weer van de Terra. In de gebieden met het donkerste blauw lag de temperatuur 10 graden onder het gemiddelde van de vijf voorgaande jaren; rode tinten duiden op bovengemiddelde waarden van de temperatuur. De figuur geeft direct een beeld van de winter op het noordelijk halfrond: zacht in Amerika, koud in Europa en Azië. De temperatuur zakte in
Moskou naar een niveau dat sinds het eind van de jaren twintig in de vorige eeuw niet meer was bereikt. Eenzelfde procedure als bij figuur 4 is toegepast bij het maken van figuur 5.
De temperatuur is gemeten in de periode van 20 tot 27 juli 2006; het langjarig gemiddelde is bepaald uit de zes voorgaande jaren. De figuur toont de hittegolf in Europa van dat moment.
In de donkerrode gebieden boven Nederland, Duitsland, Frankrijk, Polen en Noorwegen is het aardoppervlak minstens 10 graden warmer dan 'normaal'.

Landgebruik

Uit het voorgaande blijkt dat infraroodmetingen door satellieten niet alleen een schat aan informatie opleveren over bewolking, maar ook over temperaturen van het landoppervlak en de bovenste millimeter van de oceaan. Onlangs werd duidelijk dat er nog meer toepassingen mogelijk zijn, zoals het monitoren van het landgebruik op aarde. Uitgangspunt is weer een temperatuurkaart,
zoals we er al verscheidene hebben bekeken en besproken. Ditmaal is de hoogste temperatuur uitgezet die optrad in de jaren 2003, 2004 en 2005 (figuur 6).
De meetgegevens zijn afkomstig van de Aqua, de jongere zustersatelliet van de Terra. De Aqua komt over rond 13.30 uur plaatselijke tijd, niet ver van het tijdstip waarop de maximumtemperatuur wordt bereikt. De Terra passeert eerder op de dag en is daardoor minder geschikt voor het inschatten van de hoogste temperatuur op een dag. Op de kaart van figuur 6 is te zien dat de Sahara en andere droge, dorre zandwoestijnen het heetst zijn. In 2003 trad de hoogste temperatuur op in Queensland, Australië. Het werd er 69,3 graden. Twee jaar later werd in de woestijn L?t in Iran een temperatuur gemeten van maar liefst 70,7 graden.

Verdamping

Buiten de woestijngebieden komen dergelijke hoge maximumtemperaturen niet voor. De temperatuur ligt in de tropische regenwouden van Afrika en de Amazone beduidend lager en datzelfde geldt voor de rijstvelden in Zuidoost-Azië. Dat komt doordat in gebieden met vegetatie verdamping optreedt, wat het al te ver oplopen van de temperatuur tegenwerkt. De verdamping is sterker, en de temperatuur daardoor lager, boven het tropisch regenwoud dan op akkers, rijstvelden en andere cultuurgrond. Doordat het regenwoud diep geworteld is, gaat de verdamping ook in perioden van droogte gewoon door. De maximumtemperatuur, bepaald over een heel jaar, ligt er daardoor meestal rond 30 graden en blijft er altijd ruimschoots onder de 40 graden. Als er regenwoud wordt gekapt of afgebrand om plaats te maken voor cultuurgrond, dan is dat dus af te lezen uit een stijging van de hoogste temperatuur die over de periode van een jaar wordt gemeten. De verdamping boven de vegetatie van de cultuurgrond is namelijk minder dan bij het tropisch regenwoud; bovendien reiken de wortels minder diep, zodat de verdamping tijdens droge perioden helemaal wegvalt zodra er geen vocht meer beschikbaar is. Temperaturen van 40 graden of meer behoren dan tot de mogelijkheden.

Een vergelijkbare redenering geldt bij het voor landbouwdoeleinden in gebruik nemen van grond. Voor succesvolle landbouw is irrigatie nodig. Daardoor neemt de verdamping in zo'n in cultuur gebracht gebied toe ten opzichte van de daaraan voorafgaande situatie. Dat leidt vervolgens tot lagere jaarmaximumtemperaturen dan daarvoor. Door dit type kaarten op jaarbasis onderling te vergelijken. kan dus de mate van ontbossing worden bepaald, evenals de toename van de omvang van de gronden die in gebruik zijn genomen voor voedselproductie.

Literatuur:
Mildrexler, D.J., Zhao, M., & Running, S.W., Where Are the Hottest Spots on Earth?, EOS 87 (43), p. 461 en 467, 24 oktober 2006.  

 
 
 
 
web design florida