| |
|
Hoofdstuk 13 - Weerverwachting
|
|
|
| Het weer wordt niet alleen bepaald
door grootschalige weersystemen; ook
kleinschalige weersystemen,
natuurkundige en meteorologische
processen in de dampkring en
niet-meteorologische factoren spelen
een rol. Al die verschillende
invloeden dragen bij aan het weer op
een bepaalde plaats op een bepaald
tijdstip.
Als we het weer gedetailleerd willen
weten, zouden we al deze factoren
precies moeten kennen. Dat alleen al
is volstrekt onmogelijk. Zo zou, om
kleine systemen exact te kunnen
beschrijven,
ook op overeenkomstig
kleine schaal gemeten moeten worden.
Voor systemen met afmetingen van een
paar honderd meter, zoals tornado's
of buien, zou dan een heel dicht
meetnet nodig zijn met stations op
een afstand van een paar honderd
meter van elkaar. Dat is in de
praktijk natuurlijk niet te
realiseren. Nu is het gelukkig bijna
nooit zo dat alles tot op een tiende
millimeter nauwkeurig bekend moet
zijn. In het algemeen is een niet al
te gedetailleerde beschrijving
voldoende, waarvoor een niet al te
fijn waarneemnetwerk volstaat.
Toch geldt dat hoe meer detail nodig
is en hoe kleinschaliger de
bepalende factoren en processen
zijn, des te fijnmaziger is het
vereiste waarneemnetwerk. |
| |
|
|
| 13.2 Wereld Meteorologische
Organisatie |
| |
| Om bepaalde weersituaties tijdig aan te zien komen, zijn gegevens nodig afkomstig uit een groot gebied. Het weer in Nederland op zeker tijdstip wordt niet alleen bepaald door de omstandigheden in Nederland zelf, maar kan al dagen eerder op duizenden kilometers afstand in de maak zijn. De gegevens van bijvoorbeeld Amerika, Rusland of China zijn ook nodig om een goede uitspraak te doen over de weersontwikkeling in Nederland. Alle weerwaarnemingen worden dan ook wereldwijd uitgewisseld. Om deze internationale uitwisseling van berichten goed te laten verlopen, is de Wereld Meteorologische Organisatie (WMO) opgericht. De WMO is een onderdeel van de Verenigde Naties en is gevestigd in Genève; de meeste landen in de wereld zijn erbij aangesloten. |
| |
| 13.3 Wereldwijde telecommunicatie |
| |
| De weerwaarnemingen worden
wereldwijd verzonden via een
speciaal telecommunicatienetwerk,
dat ook door de WMO beheerd wordt.
Alle landen zijn daarop aangesloten.
Via dit netwerk verspreidt het KNMI
Nederlandse weerwaarnemingen
wereldwijd en ontvangt het ook weer
alle berichten uit andere landen.
Uiteindelijk heeft het KNMI op deze
wijze ongeveer een kwartier na
waarnemingstijd de beschikking over
de weerrapporten uit Europa en na
ongeveer een uur over de
waarnemingen van het noordelijk
halfrond. |
Zijn de weergegevens eenmaal
beschikbaar, dan is de volgende stap
om de gegevens te analyseren, zodat
een beeld van de heersende toestand
verkregen wordt. Daartoe worden de
gegevens gepresenteerd op een
geografische kaart, zodat de
meteoroloog direct kan zien welk
weer zich op welke plaats voordoet.
Zo'n weerkaart verschaft inzicht in
de ligging van de hoge-
en
lagedrukgebieden en de verschillende
luchtsoorten, hun scheidingszones,
de zogeheten fronten en andere
conceptuele modellen. Door patronen
op geanalyseerde weerkaarten
te
extrapoleren, kan de meteoroloog
zich ook een beeld vormen over de
weersontwikkeling tot ongeveer een
dag vooruit. Dat weerbeeld is niet
erg gedetailleerd. Om op
die termijn
meer detail
te krijgen en ook voor
de beeldvorming van de
weersontwikkelingen verder vooruit,
voldoet de extrapolatiemethode niet
meer; daarvoor zijn gecompliceerde
modellen van de
atmosfeer nodig, die
met behulp van supercomputers
doorgerekend worden. |
In deze computermodellen wordt de
atmosfeer gezien als een dunne
gasvormige schil rond een bol,
waarop wetten uit de stromingsleer
en uit
andere delen van de
natuurkunde van toepassing verklaard
kunnen worden. Relevante wetten zijn
bijvoorbeeld de bewegingswetten van
Newton,
de algemene gaswet en
behoudswetten voor massa en energie.
De natuurkundige kennis wordt
omgezet in wiskundige formules,
waarmee een computerprogramma
berekeningen kan uitvoeren. |
| |
| Uitgaande van een begintoestand,
bepaald uit weerwaarnemingen,
berekent de computer de waarde van
allerlei meteorologische
variabelen
voor enkele uren tot enkele dagen
vooruit.
Voorbeelden van variabelen
waarmee gerekend wordt zijn de
luchtdruk aan de grond en de wind,
de temperatuur en
de vochtigheid op verscheidene
niveaus in de atmosfeer. Het liefst
zouden
we voor alle punten in de
atmosfeer de waarden van
meteorologische grootheden kennen,
maar dat is natuurlijk ondoenlijk. |
| |
 |
|
Afbeelding-1 |
| |
1: Voorbeeld van de verdeling
van roosterpunten op de aardbol voor
berekeningen van de
toestand van de atmosfeer en de te verwachten
ontwikkelingen. Inmiddels wordt er
een met fijnmaziger rooster. |
| |
2: Uitvoer van een weermodel met hoge resolutie.
Elk windvaantje
correspondeert met een roosterpunt;
de roosterpuntafstand
bedraagt 5 km |
|
|
 |
|
Afbeelding-2 |
|
| |
| Daarom wordt er gewerkt met een
beperkt aantal zogeheten
roosterpunten (zie figuur boven),
verspreid over de aardbol, met boven
elk
punt een aantal lagen. Naarmate
de mogelijkheden
van de computers
toenemen en door de ontwikkelingen
in de numerieke wiskunde,
die het
mogelijk maken efficiënter met
beschikbare computercapaciteit om te
springen, kan de afstand tussen de
roosterpunten kleiner worden gekozen
en het aantal lagen worden
uitgebreid. Dit leidt tot
nauwkeuriger verwachtingen en de
mogelijkheid ontwikkelingen op
steeds kleinere schaal in de
berekeningen mee te nemen. Op dit
moment gebruiken wereldwijd
rekenende atmosfeermodellen roosterpuntafstanden van
bijvoorbeeld 60 km
bij 30 lagen; bij
modellen die een kleiner gebied
bestrijken, wordt incidenteel al
gewerkt met een rooster van 5 km!
(figuur rechts). |
| |
Het gaat om zaken als de vorming van
stapelwolken en buien en de
uitwisseling van warmte en vocht
tussen het aardoppervlak en de
dampkring.
In de atmosfeermodellen
worden ook deze
processen
gesimuleerd en in de berekeningen
betrokken. |
| |
| De computerberekeningen leveren
grote aantallen waarden op van
luchtdruk, wind, temperatuur en
andere meteorologische variabelen op
alle roosterpunten en voor
alle lagen; ze worden onder andere
gepresenteerd in kaartvorm. Dit
maakt directe vergelijking mogelijk
met wat er op een weerkaart, of op
een satelliet- of radarbeeld
is te zien. In Nederland beschikt
het KNMI over een eigen
computermodel, dat prognoses
maakt tot 2 dagen vooruit. Daarnaast
heeft men de beschikking over
prognoses
tot tien dagen vooruit van
het Europees weercentrum ECMWF in
Reading, Engeland. In dit centrum
wordt ook gewerkt aan de
ontwikkeling van
seizoensverwachtingen.(Meer over
atmosfeermodellen) |
|
| |
| 13.6 Statistische verwachtingen |
| |
Naast de extrapolatiemethode en de
computermodellen worden ook veel
statistische methoden gebruikt ter
ondersteuning van
het maken van een
weersverwachting. Dergelijke
methoden geven veelal een
kansverwachting voor het optreden
van een bepaald weerverschijnsel.
Die kansverwachting is dan gebaseerd
op de uitkomsten van de modellen,
maar ook op klimatologische
gegevens
en de invloed van lokale
omstandigheden. Statistische
methoden geven de mogelijkheid in
beperkte mate weersverwachtingen die
in feite voor een wat groter gebied
gelden, zodanig aan te passen, dat
ze meer voor bepaalde plaatsen of
kleinere gebieden gebruikt kunnen
worden. Ook kunnen er kansen en
prikwaarden voor grootheden mee
voorspeld worden die niet
rechtstreeks door atmosfeermodellen
worden berekend, bijvoorbeeld de
kans op onweer, de kans op mist of
de kans op vorst aan de grond.(Meer
over statistische verwachtingen). |
| Hoe goed de atmosfeermodellen tegenwoordig ook zijn, ze hebben ook beperkingen, waarvan we er een aantal noemen: |
|
| De uitgangstoestand is nooit
precies bekend |
- In principe moet de toestand van
de atmosfeer precies bekend zijn om
een goede verwachting te kunnen
maken. De waarneemmogelijkheden
zijn echter beperkt. Is de schaal van de weersystemen te klein, dan kan
die onvoldoende in kaart gebracht
worden, zodat de onnauwkeurigheid
van de berekeningen toeneemt. |
|
| De modellen zijn beperkt |
- De modellen die gebruikt worden,
rekenen op computers en zijn
daardoor beperkt: ze kunnen nooit de
gehele werkelijkheid weergeven,
zelfs niet als alle schalen van het weer onbeperkt nauwkeurig bekend zouden zijn. |
| |
| Natuurkundige processen ten dele
bekend |
- De natuurkundige processen die het
weer bepalen zijn maar in beperkte
mate bekend. Alleen door het maken
van vereenvoudigde modellen van
de verschillende processen, kunnen bruikbare modellen van de atmosfeer
gemaakt worden. |
| |
| Onvermijdelijke onvoorspelbaarheid |
- Naast deze factoren speelt nog een
rol dat de atmosfeer maar in
beperkte mate voorspelbaar is.
Kleine verstoringen in de
uitgangstoestand
kunnen leiden tot meerdere vervolgtoestanden die onderling zeer sterk
uiteenlopen en al na enkele dagen
resulteren in volslagen
verschillende
weersituaties voor een bepaald gebied. |
 |
|
EPS-verwachtingen van de
kerststorm Lothar uit 1999.
Het betreft verwachtingen
voor 42 uur vooruit; ze
lopen opvallend sterk uiteen.Verscheidene
ensembleleden geven
aanwijzingen voor de sterke
activering van een
weersysteem. De standaardverwachting
(linksboven) onderschatte de ernst van de opgetreden
situatie, die is weergegeven
in het kaartje direct daarnaast. |
| |
| 13.8 Ensembleverwachtingen |
| |
De fouten in de uitkomsten van de
berekeningen van atmosfeermodellen
worden, zoals hierboven reeds
aangegeven, deels veroorzaakt door
'fouten'
in de uitgangssituatie voor de
berekeningen. Deze zijn een direct
gevolg van de begrensde
meetnauwkeurigheid van
weerwaarnemingen.
En dan hebben we het nog alleen over
de gebieden waar waarnemingen
beschikbaar zijn; elders blijft het
min of meer gissen. De weerkaart,
die de atmosfeermodellen als
startpunt gebruiken, staat dan ook
bekend als het gisveld; het gisveld
is de meest recente voorspelling van
het
model,
meestal berekend op basis
van de weersituatie van 6 of 12 uur
terug. De beschikbare waarnemingen
worden gebruikt om dat gisveld
verder in overeenstemming te brengen
met de werkelijkheid; pas daarna
gaan de berekeningen van start.
Kleine verschillen in de analyse,
zoals de uitgangssituatie voor de
modelberekeningen meestal wordt
genoemd, kunnen grote gevolgen
hebben voor
de verwachtingen, vooral
in de periode
van 5 tot 10 dagen vooruit. Daarom
maakt men op het Europees
weercentrum 51 extra verwachtingen,
die werken met elk een
iets andere
analyse.
Op deze manier worden de
verschillende foutenbronnen in de
analyse nagebootst, zodat de
effecten ervan op de
voorspellingen
van het atmosfeermodel kunnen worden
onderzocht. |
 |
|
Kansverwachting |
|
|
 |
|
De pluim voor De Bilt. Er
worden drie grootheden gepresenteerd: neerslaghoeveelheid
per tijdvak van 12 uur
(boven), de windsnelheid
(midden) en de temperatuur
(onder).
Steeds geeft de dikkerode
lijn de
‘standaardverwachting’.
De blauwe streepjeslijn
toontde resultaten van de
controleverwachting.
De 50 groene lijnen geven de
50 extra verwachtingen |
|
Het opstellen van 51 extra
verwachtingen vergt veel
computertijd, maar die tijd is
slechts beperkt beschikbaar. Om
binnen de mogelijkheden te blijven,
is daarom bij de extra berekeningen
gekozen voor een variant van het ECMWF-model waarbij de
roosterpuntafstand is verdubbeld.
Wel controleert men de gevolgen van
deze ingreep; een van de
berekeningen, de zogeheten
controlerun, gebruikt precies
dezelfde uitgangssituatie als de
standaardverwachting. De overige 50
keer is de analyse iets aangepast.
De aanpassingen of, zoals de
meteorologen zeggen,
de verstoringen
van de oorspronkelijke analyse,
worden zorgvuldig gekozen. Zou men
dat niet doen, dan waren 50 extra
verwachtingen lang niet genoeg om
alle mogelijke varianten in de
weersontwikkelingen te kunnen
voortbrengen. Door echter te werken
met handig gekozen verstoringen, -
namelijk die
welke de grootste effecten laten
zien in de berekende verwachtingen,
- kan men met een beperkt aantal
computerberekeningen volstaan.
De weersituatie die uiteindelijk
optreedt, valt daardoor in bijna
alle gevallen binnen de oplossingen
die het ensemble voortbrengt. |
| |
Een van de toepassingen van het
verwachtingssysteem met de vele
herberekeningen is het maken van
kansverwachtingen. Als bijvoorbeeld
van
een verzameling met van 50
verwachtingen er
10 zijn die ten
minste 1mm neerslag per etmaal
voorspellen, dan is de kans daarop
20%.
In het kanskaartje (zie figuur) zijn
dergelijke kansen weergegeven. De
lijnen geven de kanswaarden
van
2,
20, 40 60 en 80%, wat overeenkomt
met 1, 10, 20, 30 of 40 leden van
het ensemble. Ook de
pluimpresentatie (zie figuur) is
gebaseerd op een groot aantal
verwachtingen voor
hetzelfde
tijdstip. De voorspellingen voor
temperatuur, neerslag en wind van
het 'gewone' atmosfeermodel zijn
rood ingetekend, die van de
controlerun blauw, terwijl de 50
overige verwachtingen geplot
zijn
als groene lijnen.Een van de
toepassingen van het
verwachtingssysteem met de vele
herberekeningen is het maken van
kansverwachtingen. Als bijvoorbeeld
van een verzameling met van
50
verwachtingen er 10 zijn die ten
minste 1mm neerslag per etmaal
voorspellen, dan is de kans daarop
20%. In het kanskaartje (zie figuur)
zijn dergelijke kansen weergegeven.
De lijnen geven de kanswaarden van
2, 20, 40 60 en 80%, wat overeenkomt
met 1, 10, 20, 30 of 40 leden van
het ensemble. Ook de
pluimpresentatie (zie figuur) is
gebaseerd op een groot
aantal
verwachtingen voor hetzelfde
tijdstip. De voorspellingen voor
temperatuur, neerslag
en wind van
het 'gewone' atmosfeermodel zijn
rood ingetekend, die van de
controlerun blauw,
terwijl de 50
overige verwachtingen geplot zijn
als groene lijnen. |
| |
|
Bron:
Weerkunde -
Meteorologie voor
iedereen (Kees
Floor) |
|
|
|
|
