Meteorologica maart 2015

Jaargang 24 -

nr.

1 - Maart 2015

meteorologica

MEDICANES: O r k anen in h e t midde l l andse z ee g e b ied Uitgave

van de

Nederlandse Vereniging

ter

Bevordering

van de Meteorologie Meteorologica 1 - 2015 1

Inhoudsopgave

4

Een nieuwe toepassing van een laserscintillometer

4

8

8

12

Henk de Bruin, Bram van Kesteren, Oscar Hartogensis

Overal warmer!

Huug van den Dool, Cor Schuurmans, Emily Becker

Medicane Qendresa

Kees Floor

16 Weerbeelden Rob Sluijter

24

17 Column – Enkele grepen uit het nieuws Huug van den Dool

18 Weer van alle tijden – Een andere

kijk op klimaatscenario’s en modellen Bart van den Hurk

20 Micro-Meteorologische Mijmeringen – Radar en de bankencrisis Henk de Bruin

Van

In dit eerste nummer van 2015 heb ik het genoegen een nieuwe oude bekende aan te kondigen: Leo Kroon, onze vorige hoofdredacteur. Leo zal met ingang van dit nummer om en om met Gerard van der Schrier de vaste column verzorgen, iets waar ik erg naar uitkijk, want zijn jarenlange ervaring in het metier heeft ongetwijfeld geleid tot een schat aan anekdotes en vermeldenswaardige belevenissen. In dit nummer verhaalt hij alvast over de innige relatie tussen kikkers en klimaatverandering...

Slechts weinigen zullen het beseffen, maar 2015 is door de Verenigde Naties uitgeroepen tot het internationale jaar van het licht. Licht heeft vele verschijningsvormen, ook binnen de meteorologie, en tevens vele toepassingen. Vandaar dat Meteorologica dit jaar een serie artikelen zal publiceren met “licht” als overkoepelend thema. In dit nummer neemt Henk de Bruin het voortouw met een artikel waarin hij een nieuwe techniek beschrijft om met een laserscintillometer heel nauwkeurig de verticale turbulente fluxen nabij het oppervlak te meten, en deze te gebruiken om de reactie van fotosynthese op snelle variaties in zonnestraling te bepalen.

2

Meteorologica 1 - 2015

22 In Memoriam Herman Wessels Wim Monna, Iwan Holleman, Henk de Bruin

de hoofdredacteur

Een triest bericht begin dit jaar was het overlijden van Herman Wessels.

Herman is op vele gebieden binnen de meteorologie een pionier geweest.

In het vorige nummer werd zijn belangrijke rol aangaande de ijspluim al belicht in een bijdrage van Henk de Bruin, maar Herman is ook van doorslaggevend belang geweest voor bijvoorbeeld de ontwikkeling van de neerslagradar, in de volksmond ook wel buienradar genoemd. Op pagina 22 blikken Wim Monna en coauteurs in een In Memoriam terug op de imposante carrière van Herman en op hetgeen hij allemaal voor de meteorologie betekend heeft.

Een interessante geschiedkundige bijdrage vormt het verhaal van Huug van den Dool over de (roerige) overgang van mm kwik naar millibar wat betreft het registreren van luchtdruk, bijvoorbeeld op weerkaarten. Het blijkt dat grootheden als Bjerknes en van Everdingen zich in het begin van de vorige eeuw intensief en langdurig (enkele tientallen jaren) met deze zaak hebben bemoeid, waarvan her en der de rafelranden tot op de dag van vandaag nog merkbaar zijn...

23 Promoties Wim van den Berg

24 Klimaatoverzicht – Overstromingen

in Malawi en Mozambique Geert-Jan van Oldenborgh, Andrew Krucziewicz,

Maarten van Aalst

28 Van mm kwik naar millibar Huug van den Dool

30 Column – Kikkers op het vuur Leo Kroon

31 NVBM Sponsors en Colofon

Advertenties 2 Wittich en Visser 11 Delta Ohm 19 Wageningen Universiteit 27 CaTeC 32 IMAU – Universiteit Utrecht

Cover foto MODIS-beeld van de medicane Qendresa in het Middellandse Zeegebied, 7 november 2014, 12.15 UTC (Bron: NASA), zie pagina 12.

Meteorologica 1 - 2015

3

een nieuwe toepassing van een laserscintillometer:

BBC 2001 ●

1.0

het meten van de responsie van fotosynthese op zonlichtvariaties

● ● ● ●

1

Door de Verenigde Naties is 2015 uitgeroepen tot het Internationale Jaar van het Licht. Tijdens de jaarlijkse conferentie voor fysici in Nederland op 20 januari jongstleden gaf de Nederlandse Natuurkundige Vereniging (NNV) het startschot voor activiteiten die in het teken staan van dit jaar van het licht. Ook binnen het vakgebied van de (micro) meteorologie, dat ook wel de natuurkunde van het vrije veld wordt genoemd, vindt men belangrijke toepassingen van licht. In dit artikel wordt een voorbeeld gegeven. Het betreft een nieuwe toepassing van laserlicht voor het bepalen van verticale turbulente fluxen van waterdamp en koolstofdioxide op tijdschalen van 1 minuut. Met deze methode kan de responsie van fotosynthese op snelle variaties van zonlicht worden gemeten.

Figuur 1. Schets van de laserscintillometer.

Theoretische achtergrond laserscintillometer Het gaat in dit artikel om turbulentie gegeneerd door “wind en wrijving” enerzijds en door “opwarming van onderaf” in het zwaartekrachtveld van de aarde, anderzijds. Door dit laatste stijgen warme luchtpakketjes op en dalen koude pakketjes.

Hierdoor worden grote instabiele wervels opgewekt die uiteenvallen in kleinere. Dit proces gaat door totdat de kleinste wervels op moleculaire schaal dissiperen, waarbij kinetische energie van de turbulente wervels (TKE) omgezet wordt in warmte. De ‘hoeveelheid’ TKE die gedissipeerd wordt per tijdseenheid (ε) karakteriseert de stroming. Zo ook de structuurparameter van de temperatuur, CT2, zie Kader 1. CT2 zegt iets over de thermische variaties (gerelateerd aan turbulentie als gevolg van opwarming). Met de laserscintillometer, zie Figuur 1, kunnenεen CT2 worden gemeten. Deze bestaat uit een laser diode lichtbron (zender) en twee fotodiodes (ontvanger). Met een polariserende stralingsdeler worden twee divergerende laserbundels gecreëerd, die parallel aan het aardoppervlak lopen op hoogte z. Om ze te kunnen onderscheiden 4

Meteorologica 1 - 2015

hebben beide bundels een verschillende polarisatie. Het licht verlaat de zender door twee ronde openingen met diameter D (A en B gescheiden door een afstand d), waarbij de lichtintensiteitverdeling gelijkmatig is over A en B. Op een afstand R (padlengte) zijn de twee fotodiodes opgesteld met diameter D in de behuizing van de ontvanger. Het licht komt de ontvanger binnen via twee ronde openingen (A’ en B’), waarachter polarisatiefilters zijn geplaatst. Daardoor ziet detector A’ alleen licht van A en B’ alleen van B. Het laserlicht plant zich voort door de verschillende ‘luchtwervels’ die ten gevolge van verschillen in temperatuur en vochtigheid verschillende brekingsindices hebben. Het laserlicht wordt door de wervels gediffracteerd (verstrooid), zoals verklaard met de golftheorie voor licht van Huygens-Fresnel, waardoor de lichtintensiteit aan de ontvangerkant zowel in ruimte als tijd varieert. Deze intensiteitvariaties kennen we uit het dagelijks leven: het veroorzaakt de luchttrillingen boven een warm oppervlak, alsmede het fonkelen van de sterren.

0.0

● ● ● ● ● ● ● ● ●● ● ● ● ● ● ● ●● ●● ● ●●●● ●●● ● ● ● ● ●● ●● ●● ● ● ● ● ● ● ● ● ●● ● ● ● ● ●●●● ●● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●● ● ● ● ●● ●● ●● ● ● ● ● ● ● ●● ● ●● ● ●●●● ●● ● ● ● ●● ●● ● ● ●● ● ● ● ● ● ● ●● ● ●● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●●● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●

−0.5

Fc geschat

● ●

●

−1.0

Iets meer dan 10 jaar geleden berichtte METEOROLOGICA voor het eerst over het onderzoek van de vakgroep Meteorologie en Luchtkwaliteit aan de Wageningen Universiteit naar de toepasbaarheid van verschillende type scintillometers. Deze werden in samenwerking met andere groepen getest onder verschillende klimatologische omstandigheden. Voor een overzicht van dit werk, zie De Bruin (2009). Op grond van deze resultaten werd een (vervolg)projectvoorstel ingediend bij de Technologie Stichting STW. Een deel betrof het ontwikkelen van een nieuwe toepassing van laserscintillometrie die moest leiden tot een nieuwe niet-destructieve meetmethode waarmee met zeer fijne tijdsresolutie (1 minuut) verticale fluxen van impuls, voelbare warmte (H), waterdamp (E) en koolstofdioxide (Fc) kunnen worden waargenomen. Zo’n meetmethode is van belang voor landbouwkundig en ecologisch onderzoek. Via fotosynthese zijn E en FC nauw met elkaar verbonden, immers uitwisseling van waterdamp (H2O) en koolstofdioxide (CO2) tussen plant en atmosfeer vindt plaats via de huidmondjes en wordt bepaald door fotosynthese, die weer op zijn beurt ‘gedreven’ wordt door zonlicht (bv. Baldocchi, 2003). Bij fotosynthese wordt CO2 opgenomen en komt H2O vrij. Naast een beschrijving van de nieuwe meettechniek zullen we een belangrijke toepassing presenteren van deze nieuwe meetmethode. We hebben namelijk bestudeerd hoe snel het fotosyntheseproces reageert op snelle variaties van het inkomende zonlicht. Conventionele methoden, zoals de eddy-correlatiemethode beschreven in kader 1, zijn daarvoor ongeschikt omdat deze middelingtijden van 15 minuten of langer vereisen.

Opgemerkt moet worden dat de STW-project tevens tot een verbeterde Radiogolf-scintillometer heeft geleid, in vergelijking met het door Meininger et al. (2002, 2006) toegepaste prototype. Hiermee kan verdamping op kilometerschaal worden gemeten. Mede dankzij het STW-project is dit type scintillometer nu voor het eerst commercieel beschikbaar geworden.

●

●

● ●

● ●

●

●

●

−1.5

2

● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●● ● ● ● ● ● ● ● ●● ● ●● ●● ● ● ●●● ●● ● ● ● ● ●●● ● ● ●●● ●● ●●● ● ● ●● ● ● ●●●● ●● ●● ●● ● ● ●●● ● ● ●● ●● ● ● ●● ● ● ● ● ● ●● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●● ● ● ● ● ● ● ● ● ●● ● ● ● ● ● ● ● ●● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●● ● ●● ● ●● ● ● ● ●● ● ● ●● ● ● ● ●●● ● ● ● ● ●● ● ●● ● ● ● ● ● ● ● ●● ● ● ●● ● ●● ● ● ●●● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●● ●● ● ● ● ● ●● ● ● ● ●● ● ● ● ● ●●● ●● ●●● ● ●●● ●● ● ●● ●● ●● ● ● ● ●●● ●● ● ● ●●●● ● ● ● ●● ●● ● ● ●● ●

0.5

Henk de Bruin , BraM van kesteren en oscar Hartogensis 1. Meteorologie en lucHtkWaliteitgroeP, Wageningen universiteit 2. dWd, lindenBerg, duitsland 1

● ●

●

−1.0

−0.5

0.0

0.5

gemeten kooldioxideflux Fc

Figuur 2. Ongepubliceerde toepassing van formule (1) voor de 10-minutenwaarden CO2 flux, FC (in mg m-2 s-1). Cabauw BBC veldexperiment (Hartogensis, 2006).

Deze luchttrillingen worden ook wel scintillaties genoemd, vandaar de naam scintillometer.

De laserscintillometer is zo is ontworpen dat lichtintensiteitvariaties worden waargenomen veroorzaakt door luchtwervels van 1.0 cm of kleiner. In tegenstelling tot grote wervels zijn de statistische eigenschappen van deze wervels theoretisch bekend. Effecten van grote wervels worden weggefilterd.

Daardoor wordt alleen het theoretisch bekende deel van atmosferische turbulentie bemeten. Een geniaal ontwerp dus!

Het laserlicht gaat door een groot aantal kleine wervels en daarom kan, via de standaarddeviatie van de lichtintensiteit in A’ en B’ en de correlatiecoëfficiënt tussen de twee bundels, in korte tijd alle relevante informatie verkregen worden. Op grond van de theorieën van Kolmogorov en Hill kunnen hieruit ε en CT2 worden bepaald. Aldus wordt informatie verkregen over het turbulente mechanisme dat bepalend is voor het verticale transport van waterdamp en koolstofdioxide.

Innovatieve meetmethode voor verticaal H2O en CO2 transport Uitgangspunt is een ongepubliceerd resultaat gevonden door de eerste auteur (zie Figuur 2). Deze komt neer op: Fx = Cx Vscinti σx

Experimenteel De hierboven beschreven methode werd verder ontwikkeld en getest met meetgegevens verzameld in 2008 en 2009, in het kader van een internationaal project genaamd Transregio 32 (TR32) georganiseerd door Duitse universiteiten. Daarnaast werden data gebruikt verzameld die tijdens het LITFASS veldexperiment in 2009 – nabij de 100 m mast van de Duitse Weerdienst (DWD) in Falkenberg (ca. 65 km ten zuidoosten van Berlijn) zijn verzameld. De beide TR32 campagnes waren nabij Merken (tussen Maastricht en Keulen) en betroffen metingen boven tarwe en suikerbieten, terwijl het bij LITFASS om triticale ging – een kruising uit tarwe en rogge. Een Scintec laserscintillometer (type SLS20) met een padlengte van ca.

100 m werd gebruikt. Nabij het midden van het scintillometerpad werd een snelle LiCor7500 H2O/CO2 sensor geplaatst (waarmee σ x kan worden bepaald) en een Campbell CSAT3 ultrasone anemometer. De foto in Figuur 3 geeft een indruk van de gebruikte opstelling boven tarwe. De fotocollage in Figuur 4 toont verder de zender en ontvanger van de laserscintillometer (links) en de LiCor7500 naast de CSAT3 ultrasone anemometer in een mast (rechts). Met Kipp & Zonen (Delft, Nederland) stralingssensoren werd onder meer de inkomende zonnestraling gemeten. Zie voor details van Kesteren et al.

(2013a).

Resultaten en discussie In Figuur 5 zijn de de 1-minuut metingen van de fluxen van waterdamp en CO2 weergegeven samen met inkomende zonnestraling, Qs. De waterdampflux, de verdamping dus, presenteren we als energieflux LvE, uitgedrukt in W m-2, net als Qs. De curves voor waterdamp en CO2 voor de afgebeelde tijd zijn met 2 minuten verschoven ten opzichte van die van Qs om de maximale correlatiecoëfficiënt te verkrijgen. Door deze tijdsverschuiving veranderde de correlatiecoëfficiënt tussen Qs en LvE van 0.59 naar 0.8, en die tussen Qs en Fc van 0.72 naar 0.88. Blijkbaar reageert Fc van het gewas 2 minuten later op veranderingen in Qs. Dit hangt samen met de reactiesnelheid van fotosynthese, maar ook met het feit dat Fc op hoogte van ca. 2.5 m wordt gemeten. Deze resultaten zijn uniek. Nog nooit werd met een niet-destructieve meettechniek de aanpassingtijd van eerder landbouwgewassen op zonlichtvariaties gemeten.

Het experiment (hier niet getoond) boven suikerbieten betrof nat weer, en die boven triticale juist droog weer, waarbij het gewas uitdrogingsverschijnselen vertoonde. Het experiment boven tarwe betrof afwisselend natte en droge periodes, waar-

(1)

waarin Fx de flux is met x = H2O of CO2, Cx is een constante, Vscinti een snelheidsschaal bepaald door het hierboven beschreven transportmechanisme en σx een maat voor de concentratiefluctuaties in het centrum van het scintillometerpad. Een werkbare analogie is dat de scintillometer de snelheid van een trein meet en σx het aantal passagiers. Dit idee werd uitgewerkt, verbeterd en getest tijdens veldcampagnes. Vier methoden werden uitgeprobeerd en het bleek dat de beste resultaten worden verkregen als als men σx C x2 z 2 / 3 gebruikt (voor details zie van Kesteren et al., 2013a, 2013b). Deze ‘puntmeting’ is natuurlijk representatief voor een klein deel van het gewas. Onze methode werkt omdat de ruimtelijke schaal waarop zonnestraling varieert (beschaduwde en onbeschaduwde plekken) van dezelfde orde is als de ‘footprint’ van onze H2O of CO2 sensor.

Figuur 3. Installatie van apparatuur boven suikerbieten nabij Menken in het kader van het TR32 project. Op de mast in het midden van het beeld zijn de LiCor7500 en de ultrasone anemometer geinstalleerd – ook op 2.5 m hoogte.

Meteorologica 1 - 2015

5

Figuur 4. Zender (linksonder) en ontvanger (linksboven) van de gebruikte laserscintillometer (links); de snelle H2O en CO2 sensor hangt naast een ultrasone anemometer in een mast met conventionele anemometers en temperatuursensoren.

bij het gewas fris groen was en snel groeide. De natte suikerbieten leverden vergelijkbare resultaten op als die voor tarwe.

Echter, bij het droge triticale bleken waterdamp en CO2 zich anders te gedragen. Nog steeds reageerde CO2 snel op zonnestralingvariaties. Wat aantoont dat het fotosyntheseproces, waarvoor zonnestraling nodig is en CO2 uit de lucht, vrijwel altijd snel reageert op veranderingen in Qs. Verdamping echter gedraagt zich meer gedempt bij droogte. Dit hangt samen met het feit dat voor verdamping energie nodig is. De hoeveelheid energie die beschikbaar is voor verdamping hangt samen met andere componenten van de energiebalans aan het aardoppervlak, met name de netto straling en voelbare warmtestroom.

Dit betreft dus andere processen dan fotosynthese. Daarnaast geldt natuurlijk dat waar weinig of geen water beschikbaar is de verdamping laag of nul is.

De fotosynthese responsiecurve Klimaatmodellen zijn ontworpen om effecten van toename

4 6 8 CO2 flux mg/(m2 s)

600 400 0

0

2

200

W/m2

800

10

1000

reactie planten op globale straling

6

7

8

9

10

Tijd

11

12

13

Figuur 5. Voorbeeld van 1-minuut metingen van fluxen van latente warmte (groene curve: W m-2) en CO2 (rood: mg m-2 s-1) en globale straling (zwart: W m-2); 9 juni 2009, tarwe, Merken.

6

Meteorologica 1 - 2015

van CO2-gehalte te bepalen. Daarom moeten de hier beschreven CO2-uitwisselingsprocessen aan gewassen worden geparameteriseerd in deze modellen. Dit gebeurt onder meer via de zogenaamde responsiecurve van fotosynthese: de relatie tussen FC en Qs. Tot nu toe werden deze curven in het laboratorium bepaald of in het open veld met tragere meetmethoden.

Hierdoor werden de effecten op de CO2-respontiecurve van snelle fluctuaties in Qs nooit meegenomen. In Figuur 6 zijn de fotosynthese responsiecurven afgebeeld, waargenomen tijdens een zonnige en tijdens een wisselend bewolkte dag in juni 2009. De resultaten zijn verrassend: De ‘onbewolkte’-curve (links) geeft lagere Fc waarden dan de ‘bewolkte’. Blijkbaar penetreert diffuus zonlicht, door verstrooiing aan wolken, dieper het gewas binnen, waardoor een groter deel van de bladeren actief betrokken wordt bij fotosynthese. Verder is opvallend dat minuutwaarden van de globale straling Qs tijdens de wisselend bewolkte dag groter zijn dan tijdens de onbewolkte.

De verklaring daarvoor is dat het bij korte tijdsintervallen mogelijk is dat zonlicht net tussen twee wolken direct de sensor aan de grond bereikt, plus het zonlicht gereflecteerd door die wolken vlak bij de zon. Door reflectie aan wolken is het mogelijk dat Qs zelfs groter wordt dan de straling aan de rand van de atmosfeer!

Literatuur Baldocchi, D.D., 2003: Assessing the eddy covariance technique for evaluating carbon dioxide exchange rates of ecosystems: past, present and future. Global Change Biol., 9 (4), 479–492.

De Bruin, H.A.R., 2009: Time to think, reflection of a pre-pensioned scintillometer researcher, supplement to A.F. Moene, F. Beyrich and O.K. Hartogensis: development in Scintillometry. Bull. Amer. Meteor. Soc., 90, 694-698.

Hartogensis, O.K., 2006: Exploring Scintillometry in the Stable Atmospheric Surface Layer. Wageningen University, Wageningen, 227 pp.

Figuur 7. Ontvanger van de nieuwe radiogolfscintillometer (links) in combinatie met de ontvangers van twee optische scintillometers (testfase in Mexico).

Deze zijn niet direct afhankelijk van fotosynthese. Met onze meetmethode waren we in staat de fotosynthese-responsiecurve te bepalen voor omstandigheden waarin zonlicht snel varieert.

Gevonden werd dat de vorm van de CO2-responsiecurve verschillend is voor situaties bij onbewolkte en bewolkte hemel.

Dit komt omdat diffuus zonlicht dieper het gewas binnendringt.

In de toekomst hopen we de methode verder te verfijnen en toe te passen op bijvoorbeeld methaan. Ons STW-project heeft ook geleid tot een verbeterde radiogolf-scintillometer waarmee verdamping op kilometerschaal kan worden gemeten in combinatie met een optische scintillometer (figuur 7).

Dankwoord De auteurs danken iedereen die hebben bijgedragen aan de verschillende meetcampagnes en aan het tot stand komen van van Kesteren et al. (2013a, 2013b), met name Daniëlle van Dinther, Arnold Moene en Bert Holtslag.

Figuur 6. Plots van FC (in mg m-2 s-1) versus gemeten Qs, ofwel de fotosynthese response curve voor een onbewolkte (links) en een bewolkte dag (rechts), minuutwaarden, juni 2009 tarwe.

Slotwoord In de vorige eeuw meldden natuurkundigen zoals Heisenberg en Feynmann dat turbulentie het belangrijkste onopgeloste verschijnsel is uit de klassieke natuurkunde. Studenten werd afgeraden hun vingers aan dit onderwerp te branden. In dat licht bezien is de hier beschreven nieuwe, innovatieve meetmethode heel bijzonder. Op een niet-destructieve wijze kunnen met behulp van een laserscintillometer atmosferische turbulente fluxen worden gemeten en vervolgens het fotosynthese gedrag van een plantendek worden bestudeerd. De laserscintillometer is zo geconstrueerd dat juist dat deel van de chaotische onopgeloste turbulentie wordt bemeten waarvan het statistisch gedrag bekend is dankzij Kolmogorov en Hill.

Met onze methode wordt de tijdsresolutie van de fluxwaarnemingen opgevoerd naar 1 minuut. De eddy-covariantiemethode vereist daarvoor een middeling over 15-30 minuten. Het onderzoek heeft aangetoond dat het beste C x2 z 2 / 3 genomen kan worden voor σx in (1).

Met deze nieuwe meettechniek kon worden aangetoond dat fotosynthese van gewassen zoals tarwe en suikerbieten snel reageert op verandering van zonlicht. Indien water niet een beperkende factor is, reageert verdamping net zo snel, maar in een droge periode wordt dit gedrag afgezwakt. Verdamping hangt dan ook samen met de andere termen op de energiebalans zoals netto straling en de voelbare warmtestroom.

Kader 1. Definitie van de structuurparameter Voor grootheid x, bijvoorbeeld de concentratie van CO2, is de structuurparameter gedefinieerd voor twee punten X en X + r waarbij r de separatieafstand is, door: C x2 =

qx ( X + r) − qx ( X )

2

r2/3

waarbij qx de specifieke concentratie is van x, dat wil zeggen de massa x in een volume V gedeeld door de massa van lucht in V. De separatieafstand wordt zo gekozen dat men zich in het Kolmogorov-gebied van de turbulentie bevindt. In de praktijk is r van de orde van 1 m en wordt r geschat uit een tijdreeks met r = ū/f waarin ū de gemiddelde windsnelheid is en f de sample frequentie.

De eddycorrelatie- of eddy-covariantiemethode Het gaat om het bepalen van de verticale fluxen van impuls, voelbare warmte en van gassen zoals waterdamp en CO2.

Voor deze laatste grootheden voeren we de ‘specifieke’ concentratie in, d.w.z. de massa van het gas in een volume gedeeld door de totale massa van lucht. We noemen deze specifieke concentratie X, waarbij X staat voor H2O of CO2.

X moet worden gebruikt omdat deze behouden is voor verticale bewegingen, wat niet geldt voor concentraties zelf.

De verticale flux(dichtheid) van gas X wordt gegeven door

Fx = wρX Hierin is w de verticale windsnelheid en ρ de dichtheid van lucht. De streep boven wρX geeft aan dat we de gemiddelde

Hartogensis, O.K. , Czekala, H., Philipp, M., Rose, T., Watts, C., Cesar Rodriguez, J., Beyrich, F. and Van Kesteren, B., 2013: “New developments in optical micro-wave scintillometer systems”, At the Tübingen Atmospheric Physics Symposium “Scintillometers and Applications”, 7-9 October, Tübingen, Germany, Programme and Abstracts, 17.

Meijninger, W.M.L., Green, A.E., Hartogensis, O.K., Kohsiek, W., Hoedjes, J.C.B., Zuurbier, R.M., De Bruin, H.A.R., 2002: Determination of area averaged water vapour fluxes with large aperture and radio wave scintillometers over a heterogeneous surface – Flevoland field experiment. Boundary-Layer Meteorology, 105, 37-62.

Meijninger, W.M.L., F. Beyrich, A. Lüdi, W. Kohsiek and H.A.R. De Bruin, 2007: Scintillometer-based turbulent fluxes of sensible and latent heat over a heterogeneous land surface – a contribution to Litfass-2003. Boundary-Layer Meteorol., 121, 111-126.

Schotanus, P., F.T.M. Nieuwstadt and H.A.R. De Bruin, 1983: Temperature measurement with a sonic anemometer and its application to heat and moisture fluxes. BoundaryLayer Meteorol, 26, 81-93.

Van Dijk, A. A.F. Moene and H.A.R. De Bruin, 2004: The principles of surface flux physics: theory, practice and description of the ECPACK library. Meteorology and Air Quality (MAQ), (Internal Report 2004/1), p. 96.

Van Kesteren, B., O. K. Hartogensis, D. van Dinther, A. Moene and H.A.R. De Bruin, 2013a: Measuring H2O and CO2 Fluxes at Field scales using Scintillometry: Part I introduction and validation of four methods, Agr. and Forest Meteorol, 178–179, 75–87 Van Kesteren, B., O.K. Hartogensis, D. van Dinther, A. Moene, H.A.R. De Bruin and A.A.M. Holtslag, 2013b: Measuring H2O and CO2 Fluxes at Field scales using Scintillometry: part II - Validation and application of 1-min flux estimates, Agr. and Forest Meteorol, 178–179, 88-105

waarde beschouwen.

Met w = (w + w' ) , ρ = (ρ + ρ ') X = (X + X ') , waarbij het accentsymbool de afwijking t.o.v. het gemiddelde weergeeft, en met verwaarlozing van kleine termen leidt bovenstaande vergelijking tot de vorm die in de meeste leerboeken staat.

FF ' X' X' ,' waarbij w' X ' de covariantie is van w en X; x x≈≈ρρ ww vandaar de naam eddy-covariantiemethode. De impulsflux wordt verkregen door X te vervangen door u, de snelheid van de wind in horizontale richting. De voelbare warmtestroom verkrijgt men door X te vervangen door de luchttemperatuur T. In de praktijk wordt hiervoor de temperatuur gebruikt die aan hand van de geluidssnelheid met de sonisch anemometer kan worden gemeten. Om tot de ‘gewone’ temperatuur te komen moet de methode van Schotanus et al. (1983) worden toegepast – zodat voor de invloed van waterdamp op de geluidssnelheid gecorrigeerd wordt.

Voor het meten van w (en u) wordt een ultrasone (of sonische) anemometer gebruikt en voor X een snelle sensor die in de buurt van de sonische anemometer wordt geplaatst (zie Figuur 4). Er moeten allerlei correcties worden toegepast (van Dijk et al., 2004), onder meer voor het feit dat waterdampflux bijdraagt aan wρ (Baldocchi, 2003). Het gaat te ver al deze correcties hier te beschrijven.

Belangrijk voor dit artikel is dat de eddy-correlatiemethode middeling vereist over ten minste 15 minuten of langer.

Minuutwaarden kunnen met deze methode dus niet worden verkregen.

Meteorologica 1 - 2015

7

Overal Warmer!

Huug van den Dool, Cor Schuurmans, Emily Becker De auteurs hebben al vaker samen, of alleen, gepubliceerd over het klimaat en klimaatsverandering, laatstelijk in dit blad in 2010 en 2012, zie referenties. Daar gaan we nu mee verder. Meestal gingen onze artikelen over Nederland (zelfs alleen de Bilt), of regionaal in West Europa en de Atlantische Oceaan. De nadruk was bijna altijd de temperatuur op 2 meter (T2m) hoogte omdat we in dat geval een theoretische reden hebben om opwarming te verwachten, en een lange meetreeks om een en ander na te gaan. Ditmaal is de nadruk mondiaal, maar NIET wereldgemiddeld, en wederom de maandgemiddelde T2m, maar uitsluitend boven land. Daartoe bespreken we eerst een betrekkelijk nieuwe data set.

De GHCN-CAMS data set Van oudsher zijn er op twee manieren waarnemingen gedaan/ verspreid. Ten eerste waarnemingen ten behoeve van het weerbedrijf die zo snel mogelijk via kanalen als GTS moeten worden verspreid. Dat zijn bijvoorbeeld uurlijkse, 3-uurlijkse, 6-uurlijkse, 12-uurlijkse waarnemingen van allerlei aard, inclusief T2m. Ten tweede zijn er zogenaamde klimatologische waarnemingen, heel vaak al lokaal verwerkt als maandgemiddelden, die zonder haast aan WMO centra worden gestuurd (zie Kader 1). Veelgebruikte data sets zoals de Global Historical Climate Network (GHCN), inmiddels versie 3 (Lawrimore et al., 2011), komen voornamelijk uit deze tweede stroom voort. Er is minder haast bij de klimatologische waarnemingen, zodat er meer tijd is voor quality control en dergelijke, zowel op de bron als in de verzamelcentra. De waarnemingen ten behoeve van het weer daarentegen hebben een houdbaarheidsdatum, dat wil zeggen ze verliezen hun waarde binnen enkele uren of dagen, althans

zo lijkt het. Tenzij iemand ze opslaat voor een ander doel.

Bij de oprichting van het Climate Prediction Center (CPC) in 1979 werd besloten de nadruk op real-time monitoring te leggen. Omdat CPC in hetzelfde gebouw huisde als NCEP/ NWS had men eenvoudig toegang tot GTS en werden, bijna voor het eerst, waarnemingen bedoeld voor het weer ingezet voor monitoring van het klimaat, waar toen overigens voornamelijk interjaarlijkse variabiliteit mee werd bedoeld.

De data set die hier uit gegroeid is heet CAMS, de Climate Anomaly Monitoring System (Ropelewski et al., 1984).

Het voordeel van CAMS is voornamelijk het ‘real time’ aspect. Als men op GHCN moet wachten is een grote mate van geduld vereist. Voor sommige stations duurt het jaren voor de gegevens aan GHCN worden toegevoegd. Het aantal stations in GHCN neemt ook af, zie Figuur 1 in Fan en Van den Dool (2008). In die zin is CAMS een numeriek grote aanvulling in ons arsenaal aan metingen. Een beperking van CAMS is dat alle bewerkingen op de stationslocatie worden uitgevoerd, er alleen anomalieën zijn en er geen analyse op een rooster bestaat.

Toen de eerste auteur behoefte had aan een mondiale maandgemiddelde temperatuur dataset voor de berekening van sneeuw en bodemvochtigheid (de echte temperatuur is hierbij vereist1), kwam het idee op om de inputgegevens van GHCN en CAMS te combineren en een echte analyse te doen2. De periode is 1948-heden.

De GHCN input is al aangeleverd als maandgemiddelden terwijl de CAMS op CPC uit uurlijkse/dagelijkse gegevens tot een maandgemiddelde worden verwerkt. Tot 1980 bijna allemaal GHCN, na 1980 in toenemende mate CAMS (~50% in de laatste 15 jaar) en in de meest recente maanden (die steeds vooruit schuiven) hoofdzakelijk CAMS. De analysemethode is ook enigszins nieuw en probeert iets constructiefs te doen met hoogteverschillen tussen de waarnemingsstations en de veronderstelde orografie op het rooster van 0.5 bij 0.5 graden. De lapse rate varieert klimatologisch met Figuur 1. De jaargemiddelde temperatuur (T2m) gemiddeld per decade (10 jaar) boven land ten het seizoen en de lengte en breedte opzichte van het 60-jaar gemiddelde. De schaal (rood voor warm, blauw voor koud) is in graden Celsius. van de locatie, zie Fan en Van den Wegens gebrek aan gegevens is Antarctica niet meegenomen.

Dool (2008) voor alle details hierover.

8

Meteorologica 1 - 2015

Figuur 2. De jaargemiddelde temperatuur (T2m) gemiddeld over 2010-2014 boven land, ten opzichte van het 60-jaar gemiddelde.

De schaal (rood voor warm, blauw voor koud) is in graden Celsius. Wegens gebrek aan gegevens is Antarctica niet meegenomen.

Het resultaat is een analyse van maandgemiddelde T2m. Dit is dus de temperatuur zelf, niet uitsluitend een anomalie (zoals in de CAMS plaatjes). (In die zin nemen we ook de uitdaging aan van NASA’s Jim Hansen met betrekking tot de ‘elusive absolute temperature’.) In het begin van iedere maand wordt GHCN-CAMS ge-update tot en met de net afgesloten volle maand (voor inlichtingen: emily.becker@noaa.gov).

Een resultaat Hoewel GHCN-CAMS niet in eerste instantie bedoeld was om klimaatsverandering te bestuderen doen we dat nu dus wel. Figuur 1 laat zes decade kaartjes zien, gebaseerd op GHCN-CAMS. In ieder kaartje zien we de 10-jaar gemiddelde jaargemiddelde temperatuur (dus twee middelingen in de tijd), ten opzichte van het 60-jaar gemiddelde (1950-2009).

Kader 1 Het hier geschetste twee-stromen-data-land heeft vroeger bestaan, ook op het KNMI, zie de bijna komische opmerking in Brandsma (2014), zijn tekst op pagina 4, en zijn Figuur 2 op blz. 5, waarin wordt opgemerkt dat weer en klimaat metingen (soms exact dezelfde) door verschillende KNMI afdelingen werden gedaan, dat wil zeggen dubbelop. Dat men tweemaal rapporteert (voor verschillende toepassingen) is te begrijpen, maar dat exact dezelfde metingen daartoe tweemaal werden gedaan is minder logisch. Deze merkwaardigheid voegt iets extra onbegrijpelijks toe aan quality control die vaak begint met het identificeren van stations die meer dan eens in een dataset zitten, in de veronderstelling dat de een dan wel een kopie van de ander moet zijn. Het tweestromenland wordt nu in hoog tempo veranderd, niet in het minst door “Reanalysis” die ‘alles’ wat achterhaald (via “data mining”) kan worden assimileert in een NWP model.

Wie met Reanalysis output werkt vraagt zich niet vooraf af wat welke data voor weer en welke voor het klimaat is waargenomen. Voor waarnemingen aan de grond leeft de tweedeling nog het meest voort, deels omdat Reanalysis grote moeite heeft met analyses vlak bij het aard (of zee) oppervlak). Daardoor zijn geheel op zichzelf staande uni-variate analyses van bijvoorbeeld T2m nabij de grond nog steeds standaard. GHCN-CAMS vindt dan ook toepassing bij klimaatmonitoring en model verificatie, a) omdat het zeer snel beschikbaar is en b) er geen duidelijk beter product bestaat, zelfs geen Reanalysis tot op heden (het ECMWF heeft zeker wel die ambitie, zie Dee et al., 2011).

De tien jaar periodes zijn 1950-1959, 1960-1969 enzovoorts, tot en met 2000-2009. Deze manier van presenteren laat vrij dramatisch zien dat T2m vrijwel overal is opgelopen. Dat de wereldgemiddelde (ruimtelijke middeling) temperatuur (een enkel getal per jaar) toeneemt is natuurlijk al uitentreure bediscussieerd. Figuur 1 laat echter zien dat deze opwarming in feite vrijwel overal gaande is, zodat de kreet ‘global warming’ ook werkelijk regionaal en zelfs lokaal toepasbaar is, dat wil zeggen, als men jaargemiddelde temperaturen middelt over periodes van 10 jaar. Men moet dus wel eerst flink middelen om een klimaatsignaal te zien, maar het resultaat is nog wel puntsgewijs van toepassing zodat er, in Figuur 1, een kaart van te maken is. We merken nog drie andere feiten op met betrekking tot Figuur 1: a) de jaren 50, 60 en 70 zijn in deze illustratie allemaal koud, de jaren 80 het scharnierpunt, de jaren 90 zijn al enigzins warm, terwijl 2000-2009 er dieprood uitziet. De laatste volle decade springt er dus het meest uit en draagt het meest bij tot de visuele indruk van Figuur 1, dat wil zeggen, we gaan van blauw naar rood, b) wie goed kijkt ziet talloze vlekjes op deze kaarten die mogelijk duiden op quality control problemen, een nooit eindigend probleem zelfs op eerbiedwaardige locaties als De Bilt (Brandsma 2014, zie ook Kader 1), c) er zijn ook duidelijke uitzonderingen op de algemene opwarming. In de jaren 50 is een groot deel van het oosten van Noord-Amerika warm en valt de hitte in 20002009 wel mee. Als we een dergelijke plot voor 20 jaar eerder zouden maken (met uitsluitend GHCN input kan dat) zouden ook de jaren 30 als warm (in de VS) overkomen. Zoals bekend is er altijd (inter)decadale variatie geweest, in de VS zelfs heel Meteorologica 1 - 2015

9

Tijdvak

Winter

Voorjaar

Zomer

Najaar

Jaar

2000-2009

4.1

10.1

17.4

11.2

10.7

2010-2014

3.3

9.8

17.2

11.1

10.3

Tabel 1. Jaar- en seizoensgemiddelde temperaturen in De Bilt.

dramatisch met de ‘dust bowl’ in de jaren 30 waarover Hemmingway boeken heeft geschreven.

En verder?

Oké, en dan? Na 2009? De decade 2010-2019 is natuurlijk nog niet compleet, maar wel half. We hebben de nadruk gelegd op het gegeven dat er langjarig gemiddeld moet worden om over klimaat en klimaatsverandering te mogen praten. Middelen over slechts 5 jaar is dus niet optimaal, want het sluit toevallige variaties (“weer”) niet uit. Figuur 2 laat het resultaat voor de huidige halve decade zien. Deze figuur geeft bepaald niet de indruk dat de opwarming voorbij is, integendeel, de kleur rood is in het algemeen nog dieper dan in het voorafgaande decade.

Terug naar De Bilt Een van de conclusies uit de mondiale verdelingen is dat de temperatuurafwijking van de recente periode 2010 – 2014 in het algemeen weer hoger is dan die van de voorafgaande periode 2000-2009 (meer rood). Natuurlijk zijn er ook uitzonderingen. Wie goed kijkt ziet op de mondiale kaarten dat noordwest Europa in 2010-14 niet warmer is dan 2000-2009.

De Bilt is hiervan een prima voorbeeld. Zie Tabel 1.

De gemiddelde temperatuur in de periode 2010-2014 te De Bilt blijft achter bij die van de periode 2000- 2009. Dit ondanks het feit dat 2014 met 11.7 °C recordwarm was. (Ook wereldwijd is 2014 een record gebleken volgens NOAA/NASA in hun gezamenlijke verklaring.) Dit achterblijven van de laatste 5 jaar bij het voorafgaande decennium geldt voor alle seizoenen.

Wat heeft dat te betekenen? Waarschijnlijk helemaal niets.

Enkele jaren geleden schreven we over zulke afwijkingen van de opgaande trend onder de titel “Het grillige pad van global warming” (Schuurmans en van den Dool, 2012). We probeerden de afwijkingen van de opwaartse trend te verklaren, maar zonder veel succes. Ook in het recente IPCC-rapport gaat het, gedreven door de actualiteit, over een mogelijke verzwakking van de trend en men zoekt oorzaken, bijvoorbeeld het gegeven dat de oceanen meer warmte zijn gaan opnemen dan voorheen.

Geert-Jan van Oldenborgh noemt dit in het recente decembernummer van Meteorologica (van Oldenborgh, 2014) de beste maat voor de opwarming van de aarde. Terecht zegt hij dat de temperatuur boven land door de bank genomen zal blijven stijgen, maar wel op een onregelmatige manier vanwege het weer. Het is in feite simpel: men moet veel middelen voor men werkelijk over het klimaat kan oordelen, vooral boven land waar het systeem een enorme variantie heeft. Afgeleid raken door een enkele koude winter of een bijzonder warme herfst helpt niet bij de discussie.

10

Meteorologica 1 - 2015

Conclusie De voornaamste conclusie is dat “global warming” werkelijk global (= mondiaal) is. Het is niet een curieus residu dat alleen te zien is in de mondiaal gemiddelde temperatuur (boven land), nee het is inmiddels vrijwel overal boven land aanwezig, mits men voldoende middelt, dat wil zeggen het toevallige weer zoveel mogelijk uit de waarnemingen filtert. Wij hebben hier gefilterd met de eenvoudigste middelen: jaar- en decademiddeling. Er zijn uiteraard effectiever procedures (bv. EOF), maar die zijn moeilijker te doorzien voor de gemiddelde lezer. We hebben in onze analyse de GHCN+CAMS data set gebruikt. Hoewel CAMS veel toevoegt in de laatste jaren wil het gebruik van GHCN+CAMS niet zeggen dat er drastisch andere conclusies volgen ten aanzien van klimaatsverandering, want Figuur 1 laat zien dat de temperatuurverandering met zeer weinig vrijheidsgraden kan worden beschreven. Hoeveel stations zijn er nodig om te beweren dat het bijna overal warmer wordt? Het werk van IPCC is vrijwel uitsluitend op GHCN gebaseerd. Figuur 1 gebaseerd op uitsluitend GHCN of uitsluitend CAMS lijken in elk geval zeer sterk op elkaar.

Dankwoord Met dank aan Bram Oort, Geert-Jan van Oldenborgh en drie anonieme reviewers voor het kritisch doorlezen.

Noten

1 We hebben echte temperaturen nodig omdat de parametrisaties van zowel verdamping als sneeuwval de absolute temperatuur als input gebruiken. Hier schuilt overigens een grote uitdaging voor temperatuuranalyse omdat de hoogte van het station ten opzichte van de hoogte van het terrein waar we roosterpunten kiezen varieert.

Bovendien is ook nog een andere bias want er zijn weinig stations op onbegaanbaar grote hoogte.

2 CAMS is oorspronklijk geen analyse, want het zijn slechts anomalieën van alle beschikbare stations. Alleen in een contourplaatje lijkt dat op een analyse (van anomalieën).

Referenties

Brandsma, T., 2014: Standaardisatie van de historische temperatuurreeksen van het KNMI. Meteorologica , 23, nr. 1, 4-7.

D. P. Dee, E. Källén, A. J. Simmons, and L. Haimberger, 2011: Comments on “Reanalyses Suitable for Characterizing Long-Term Trends”. Bull. Amer. Meteor. Soc., 92, 65–70.

Fan, Y., and H. van den Dool (2008), A global monthly land surface air temperature analysis for 1948––present. J. Geophys. Res., 113, D01103, doi:10.1029/2007JD008470.

Hansen, Jim (ongedateerd): http://data.giss.nasa.gov/gistemp/abs_temp.html Lawrimore, J. H., M. J. Menne, B. E. Gleason, C. N. Williams, D. B. Wuertz, R. S. Vose, and J. Rennie (2011), An overview of the Global Historical Climatology Network monthly mean temperature data set, version 3. J. Geophys. Res., 116, D19121, doi:10.1029/2011JD016187.

Oldenborgh, G. J., 2014: Hiaten in de temperatuurstijging? Meteorologica, 23, nr. 4, 2627.

Ropelewski, C. F., J. E. Janowiak, and M. S. Halpert, 1984: The Climate Anomaly Monitoring System (CAMS), Climate Analysis Center, NWS, NOAA, Washington DC, 39pp.

[Available from the Climate Prediction Center, Camp Springs, MD 20746].

Schuurmans, C. en H. van den Dool, 2012: Het grillige pad van global warming. Meteorologica, 21, nr. 2, 16-19. van den Dool, H. en C. Schuurmans, 2010: Een lichte afkoeling in 2008 en 2009. Meteorologica, 19, nr. 1, 15-19.

Meteorologica 1 - 2015

11

Medicane Qendresa

Merk ook op dat Qendresa zich bevindt onder een afgesnoerd lagedrukgebied in de bovenlucht en dat ze een warme kern bezit. Dat is te zien in Figuur 5, waarin isothermen en hoogtelijnen op 500 hPa zijn weergegeven voor 8 november 00.00 UTC. Het neerslagpatroon dat de radar van Malta vastlegde op 16.30 UTC (Figuur 6), suggereert - net als de eerder genoemde windregistraties - de aanwezigheid van een eyewall. Hetzelfde geldt voor het Italiaanse radarbeeld van 22.30 UTC (Figuur 7), toen Qendresa zich voor de oostkust van Sicilië bevond.

Kees Floor Af en toe ontwikkelt zich boven de Middellandse Zee een depressie die kenmerken vertoont van een tropische cycloon. Een recent geval van zo’n zogenoemde medicane deed zich voor in november 2014.

Het systeem was zichtbaar op satellietbeelden, op radarbeelden, in oppervlaktewaarnemingen en in modeluitvoer. Hoe vaak doen zulke medicanes zich voor? En verandert de frequentie van optreden in een opwarmend klimaat?

Begin november 2014 was het geruime tijd noodweer in grote delen van Italië en directe omgeving. Een van de vele boosdoeners was een kleine, actieve storing boven de Middellandse Zee (Figuur 1), die vergezeld ging van veel wind, zwaar onweer en overvloedige regenval. Ze veroorzaakte aanzienlijke schade en overlast, eerst op de Pelagische Eilanden (Figuur 2), later ook op Malta en langs de oostkust van Sicilië. In de haven van Lampedusa, bekend van de talrijke Afrikaanse bootvluchtelingen die daar Europa binnenkomen, zonken tientallen schepen. De storing liet een spoor na van overstromingen, afgewaaide daken, vernielde kassen, weggeslagen zandstranden, ontwortelde bomen en gevelde hoogspanningsmasten. Veerdiensten en luchtverkeer in de regio raakten ernstig ontregeld en verscheidene gebieden zaten enige tijd zonder stroom. De depressie, door de weerdienst van de Freie Universität van Berlijn aangeduid als Qendresa, ontstond op 7 november 2014 in de loop van de ochtend boven het zeegebied tussen Sicilië en Tunesië. De kern ervan trok later in de middag onder andere over Malta en lag rond middernacht voor de oostkust van Sicilië.

Satellietbeelden Op satellietbeelden is in de met de depressie samenhangende bewolking een duidelijk oog zichtbaar dat doet denken aan wat je verwacht bij een tropische cycloon. Figuur 1 geeft het MODIS-beeld van de Amerikaanse satelliet Aqua in natuurlijke kleuren van 7 november 2014, 12.45 UTC. Op de figuur is ook te zien dat de krachtige, rond de depressiekern tegen de wijzers van de klok in draaiende luchtstroming in Libië bruingetint woestijnzand en –stof heeft doen opwaaien. Het wordt over de Middellandse Zee naar het noorden getransporteerd. In het bovenste gedeelte van het satellietbeeld is de bewolking nog zichtbaar van de occlusie waaruit Qendresa is voortgekomen. Figuur 3, gebaseerd op metingen in het dag/ nachtkanaal (DNB) van de VIIRS op de Amerikaanse satelliet Suomi-NPP (Floor, 2013), toont de depressie opnieuw, ditmaal in de nacht om 01.43 UTC. De depressiekern bevindt zich voor de oostkust van Sicilië. Dankzij de volle maan is de belichting van de wolkenpartijen uitstekend.

Om gevoel te krijgen voor de omvang van het weersysteem, kun je het vergelijken met de grootte van Sicilië, dat maximaal 230 kilometer lang is en 170 kilometer breed.

Figuur 1. MODIS-beeld van de medicane Qendresa boven de Middellandse Zee, 7 november 2014, 12.15 UTC (Bron: NASA).

12

Meteorologica 1 - 2015

Figuur 2. De Pelagische Eilanden. Lampione is onbewoond. IZ: Ionische Zee, TZ: Tyrrheense Zee, AZ: Adriatische Zee (Bron: Wikipedia).

Meer waarnemingen Figuur 4 laat zien dat de depressie rond 16.30 UTC over de luchthaven van Malta trok. De luchtdruk bereikte een dieptepunt, de harde wind, kracht 7, uit het zuiden zwakte af, ruimde vervolgens naar noordwest en trok aan tot storm, windkracht 9. De registratie toont grote gelijkenis met wat je zou verwachten bij het passeren van een tropische storm, waarbij de hoogste windsnelheden optreden in de voor zo’n weersysteem karakteristieke eyewall en de luchtdruk eerst sterk daalt en dan weer sterkt stijgt tijdens de passage van het oog. Het oog in het bewolkingspatroon op de satellietbeelden duidde al eerder op een mogelijke verwantschap met tropische cyclonen.

Medicanes Depressies boven de Middellandse Zee met de trekken van een tropische cycloon, zoals de hierboven opgevoerde en onder anderen door Masters (2014), EUMETSAT (2014a), Metteochannel (2014), Ughetto (2014) en Sachweh (2015) beschreven storing Qendresa, worden aangeduid als medicane. De overeenkomsten met tropische cyclonen betreffen de bescheiden omvang van het weersysteem, de warme kern, de vele regen die ze brengen, de stormachtige winden, soms zelfs orkaanwinden die optreden, de vorm van het bijbehorende bewolkingspatroon, het wolkenloze, windstille oog in het centrum van de depressie en de mechanismen die verantwoordelijk worden gehouden voor de ontwikkeling van het weersysteem (Emanuel, 2005). De medicanes treden echter op boven minder warm water; 15 graden is al eens voldoende gebleken. De zeewatertemperatuur op 7 november 2014 bij Malta was 23 graden, ten oosten van Sicilië 21 graden; voor tropische cyclonen houdt men doorgaans een ondergrens voor de watertemperatuur aan van 26 of 27 graden. De medicanes zijn wat kleiner, minder heftig en doven sneller uit dan ‘gewone’ hurricanes. Doordat de kern van Qendresa over verscheidene waarneemstations en boeien trok, is het een van de best gedocumenteerde medicanes aller tijden.

Medicane is een samentrekking van de woorden Mediterraan en hurricane. Het begrip werd gemunt in de jaren 80 of 90

Figuur 3. VIIRS/DNB-beeld van de medicane Qendresa voor de oostkust van Sicilië, 8 november 2014, 01.43 UTC (Bron: NRL).

Meteorologica 1 - 2015

13

Figuur 4. Luchtdruk (hPa, zwart), wind (kts, oranje) en windstoten (kts, blauw) te Malta, 7 november 2014, 13.12 UTC tot 19.12 UTC (Bron: Irishweatheronline).

van de vorige eeuw. De term is opgenomen in de begrippenlijst van de Deutscher Wetterdienst; in de Meteorological Glossary van de American Meteorological Society ontbreekt hij echter. Amerikaanse onderzoekers voelen vaak meer voor een analogie met polar lows. De naam medicane is enigszins misleidend; de hurricanes van de noordelijke Atlantische Oceaan en het Caribisch gebied vereisen namelijk winden van orkaankracht, terwijl voor een medicane een stormachtige wind volstaat. Van slechts drie medicanes is bekend dat de wind er aantrok tot orkaankracht; dat was in september 1947, januari 1982 en januari 1995. Verder doen de medicanes zich niet alleen voor op de Middellandse Zee, maar bijvoorbeeld ook op de Zwarte Zee. Storingen die het keurmerk ‘medicane’ willen verkrijgen moeten volgens Tous and Romero (2011, 2013) voldoen aan de volgende eisen: ze hebben op satellietbeelden een duidelijk oog, zijn symmetrisch van vorm, gaan vergezeld van een aaneensluitend wolkendek, hebben een diameter van hooguit 300 kilometer en de levensduur bedraagt ten minste zes uur.

Het is duidelijk dat de auteurs hun onderzoek baseren op satellietdata. Wie werkt met modeldata, zoals bijvoorbeeld Cavicchia et al. (2014ab) en Walsh et al. (2014), heeft uiteraard andere criteria nodig. Verkenningsvluchten zoals die inmiddels gebruikelijk zijn bij hurricanes, zijn bij medicanes nog nooit uitgevoerd. Wel bevond het Duitse onderzoeksschip Meteor zich toevallig in het gebied waar de medicane van januari 1995 actief was en kon de waarnemer aan boord windkracht 12 rapporteren.

Frequentie Door de relatief kleine schaal van dit type depressies en hun marien karakter is het aantal direct waargenomen medicanes beperkt. Het gaat dan vooral om gevallen die aanzienlijke schade aanrichten in kustgebieden of op eilanden. Veel medicanes uit het verleden zullen we nooit kennen. Tegenwoordig vormen satellietbeelden een belangrijke informatiebron voor het opsporen en classificeren van het vrij zeldzame fenomeen.

Daardoor zijn gerapporteerde medicanes tegenwoordig minder schaars dan vóór het satelliettijdperk.

De exacte frequenties van voorkomen hangen af van het basiswerkmateriaal (satellietdata of modeldata), de gekozen vereiste kenmerken van een medicane, de omvang van het zeegebied dat wordt beschouwd, de beschikbaarheid van oppervlaktewaarnemingen en de periode waarover de klimatologie wordt bepaald. Bekijken we bijvoorbeeld de periode 14

Meteorologica 1 - 2015

1851-1950, dan is er slechts één medicane bekend, namelijk die van 1947; ze geselde de Franse zuidkust met winden van orkaankracht en bleef daardoor ook in het satellietbeeld- en atmosfeermodelloze tijdperk al niet onopgemerkt. Het zou op basis van deze gegevens dus gaan om een verschijnsel dat slechts eens in de honderd jaar optreedt. Na de introductie van weersatellieten werden er meer gevallen gerapporteerd.

Daardoor mochten na de komst van de weersatellieten een medicane van 1969, maar vooral medicanes in de jaren 80 en 90 van de vorige eeuw zich in de aandacht van meteorologen verheugen, waaronder enkele uit Nederland (Van der Ham, 1982; Kuiper, 1986; Van Delden, 1989; Floor, 1995; 2012).

Tous and Romero (2013) bekeken METEOSAT-infraroodbeelden van 1982 tot en met 2003 en vonden 12 gevallen in 22 jaar, wat een frequentie oplevert van ongeveer eens in de twee jaar. Miglietta et al. (2013) noteerden op basis van satelliet- en modeldata 17 gevallen in 14 jaar, iets meer dan een per jaar.

Cavicchia et al. (2014a) analyseerden modeluitvoer over een periode van 60 jaar en kwamen uit op ongeveer 1.6 medicane per jaar. Ze vonden verder dat medicanes zich vooral vormen tijdens het koude seizoen in de westelijke Middellandse Zee en in het gebied waar ook Qendresa actief was, namelijk tussen de Ionische Zee en Noord-Afrika. Het temperatuurverschil tussen het zeewater en de hogere luchtlagen moet groot zijn, zodat de atmosfeer onstabiel is. Meestal speelt daardoor een afgesnoerd lagedrukgebied in de bovenlucht een rol. Factoren die gunstig zijn voor de vorming van medicanes zijn verder een hoge statische instabiliteit, weinig windshear, hoge luchtvochtigheid en een hoge vorticiteit in de onderste niveaus.

Qendresa was niet de enige medicane van 2014; een tweede, naamloos geval deed zich voor op 2-3 december (EUMETSAT, 2014b). Hoeveel tijd er zat tussen Qendresa en de daaraan voorafgaande medicane, is niet helemaal duidelijk.

Volgens de naar Miglietta et al. (2013) verwijzende Engelstalige Wikipedia was Lucy, die zich van 12-14 april 2012 ophield boven de Tyrrheense Zee, Qendresa’s voorgangster.

EUMETSAT (2012) noemt echter nog een geval van 17 april 2012 boven de Adriatische Zee. De Franstalige Wikipédia vermeldt daarbovenop nog twee extra gevallen: de naamloze medicane van 27-29 oktober 2012 en Cleopatra van 18-21 november 2013. Kennelijk bestaat er geen geautoriseerde

Literatuur en links Cavicchia, L. et al., 2014a: A long-term climatology of medicanes. Climate Dynamics 43 (5–6), 1183–1195.

Cavicchia, L. et al., 2014b: Mediterranean Tropical-Like Cyclones in Present and Future Climate. J. Climate 27 (19), 7493-7501.

Emanuel, K., 2005: Genesis and maintenance of ‘Mediterranean hurricanes’. Advances in Geosciences 2, 217-220.

EUMETSAT, 2012: Medicane over lower Adriatic Sea. www.eumetsat.int/website/home/Images/ImageLibrary/DAT_IL_12_04_17.html EUMETSAT, 2014a: Medicane Qendresa hits Malta and Sicily. www.eumetsat.int/website/home/Images/ImageLibrary/DAT_2412479.html EUMETSAT, 2014b: Medicane over Italy. www.eumetsat.int/website/home/Images/ImageLibrary/DAT_2437007.html Floor, K., 1995: ‘Tropische cycloon’ boven Middellandse Zee, Meteorologica 4 (1), 24-25.

Floor, K., 2012: Noodweer door medicane. Zenit 39 (1), 36-37.

Figuur 6. Radarbeeld Malta, 7 november 2014, 16.30 UTC (Bron: Malta Airport MetOffice).

lijst van medicanes, wat het vaststellen van de frequentie van optreden ervan nagenoeg onmogelijk maakt.

Klimaatverandering Medicanes zijn verantwoordelijk voor extreem weer, zeg maar code rood. Daarom is het ongetwijfeld interessant na te gaan wat we er in een veranderend klimaat van kunnen verwachten. Dat is onlangs via verschillende methodieken uitgezocht door Romero and Emanuel (2013), Cavicchia et al. (2014b) en Walsh et al. (2014). Ze komen allen tot de conclusie dat het aantal medicanes zal afnemen doordat in een warmer klimaat minder vaak zal worden voldaan aan de voorwaarden waaronder ze zich kunnen vormen. Zo neemt bijvoorbeeld de verticale windschering toe, wat ongunstig is voor de vorming van medicanes. Ook liggen de depressiebanen in zo’n klimaat minder zuidelijk dan nu, zodat de kans op een afgesnoerd lagedrukgebied in de hogere luchtlagen boven het Middellandse Zeegebied afneemt. Overigens verwacht men wel dat de intensiteit van de medicanes die zich nog voordoen, zal toenemen, waardoor waakzaamheid geboden blijft.

Floor, K., 2013: Nachtelijke zichtbaarlichtbeelden, Meteorologica 22 (3), 9-12.

Kuiper, J., 1986: Opvallende depressie boven de Middellandse Zee, Zenit 13, 306-308.

Masters, J., 2014: Rare medicane hits Malta and Sicily with tropical storm-like conditions www.wunderground.com/blog/JeffMasters/comment.html?entrynum=2854 Metteochannel 2014: Medicane Qendresa I am 07.November 2014. metteochannel. blogspot.nl/2014/11/medicane-qendresa-i-am-07-november-2014.html Miglietta, M.M. et al., 2013: Analysis of tropical-like cyclones over the Mediterranean Sea through a combined modeling and satellite approach. Geophysical Research Letters (American Geophysical Union) 40 (10): 2400–2405.

Romero, R., Emanuel, K., 2013: Medicane risk in a changing climate. J. Geoph. Res. Atmos. 118, 1-10.

Sachweh, M., 2015: Qendresa – ein bemerkenswerter Medicane. Beilage zur Berliner Wetterkarte 7.1.2015, 1-12.

Tous, M., Romero, R., 2011: Medicanes: cataloguing criteria and exploration of meteorological environments. Tethys 8, 53-61.

Tous, M., Romero, R., 2013: Meteorological environments associated with medicane development. Int. J. Climatol. 33 (1), 1-14.

Ughetto, S., 2014: Medicane sullo Stretto di Sicilia. www.meteoam.it/?q=Medicane_ novembre2014 Van Delden, A., 1989: On the deepening and filling of balanced cyclones by diabatic heating. Meteorology and Atmospheric Physics 41, 127-145.

Van der Ham, C.J., 1984: Vreemde cycloon boven Middellandse Zee. Zenit 11 (12).

Walsh, K., et al., 2014: Mediterranean warm-core cyclones in a warmer world. Climate Dynamics 42 (3-4), 1053-1066.

Wikipedia (Engels): Mediterranean tropical cyclone. en.wikipedia.org/wiki/Mediterranean_tropical_cyclone Wikipédia (Frans): Cyclone subtropical méditerranéen. fr.wikipedia.org/wiki/Cyclone_subtropical_méditerranéen

Figuur 5. Hoogtelijnen en temperatuur 500 hPa, 8 november 2014, 00.00 UTC. Qendresa ligt voor de oostkust van Sicilië (Bron: Keraunos).

Figuur 7. Radarbeeld Italië, 7 november 2014, 22.30 UTC (Bron: Protezionecivile Italy).

Meteorologica 1 - 2015

15

Weerbeelden

Flinke uitstraling nabij warm water.

Mistbanken drijven boven het centrum van Rotterdam op 19 januari 2015.

Foto: Jan Klerks, skyscrapercity.com

Op 8 december 2014 passeerde een trog (-38 °C op 500 hPa).

Fraai aangelichte buien waren het gevolg. De foto is genomen vanaf het Buys Ballotgebouw, Universiteit Utrecht, door Michiel Baatsen.

Eind januari was het een beetje winter in Nederland.

In een noordstroming kwam het her en der tot een dekje, zoals hier bij Hilversum op 30 januari 2015.

Foto: Mischa

Redactie R. Sluijter. Foto's voor deze rubriek kunt u sturen naar weerhaan@gmail.com.

16

Meteorologica 1 - 2015

Enkele grepen uit het nieuws Huug van den Dool (NOAA) NCEPs Global Forecast System (GFS) is over de hele wereld razend populair, niet als ‘s werelds beste model maar omdat het viermaal daags met talloze variabelen snel en kosteloos wordt aangeboden. Bravo Amerikaanse overheid! Op 14 januari 2015 om 12 uur GMT is de vorige GFS, Euleriaans T574 (27 km), opgevolgd door een semi-Lagrangiaanse T1534 (13 km). Groot nieuws! Sorry voor de mumbo-jumbo. De grote toename in oplossend vermogen valt het meeste op. Ik begon als Utrechts student op de EL X8 (26 Kb geheugen); dat ik T1534 modellen nog mag meemaken, echt onbegrijpelijk.

Fysische processen, zoals neerslag, worden nu mondiaal op ~13 km uitgerekend, en dat was voorheen 27 km. Voor het eerst sinds 1980 heeft het ‘Amerikaanse’ model een hoger oplossend vermogen dan het Europese model (ECMWF). Dat komt door een ongewoon grote injectie aan geld en middelen door de nasleep van de orkaan Sandy die New Jersey en New York in 2012 keihard trof. Hoe slecht nieuws ook goed nieuws kan zijn.

De actualiteit van een nieuw model werd toevallig in mijn inbox begeleid door een serie e-mails met pittige discussie over spectaculair falende mistverwachtingen in Nederland. In één van die e-mails vroeg iemand waarom we die missers hebben en blijkbaar houden ondanks hoge resolutie enzovoorts.

Men houdt mij zeker voor een expert. Een gevaarlijke idee voor een column.

Ik neem aan dat we het er wel over eens zijn dat de prestatieindex voor modelverwachtingen op 500 hPa op gematigde breedte nu al decades lang toeneemt. Elk jaar een beetje, over de halve eeuw 1960-heden een revolutie. Een groot en voortgaand succes voor verwachtingen op grote schaal. Deze vooruitgang gaat nog steeds door, langer dan menigeen had verwacht toen de in feite pessimistische visie van Lorenz (1970) gemeengoed werd. We verwachten de orkaan Sandy een week vooruit, en zijn dan teleurgesteld dat dat niet altijd zo is. Zo goed is de verwachting. Maar wat heb je aan de stroming in de bovenlucht? Afgezien van de luchtvaart is het weer nabij de grond ons probleem, alle weers-uitingen die we voor de tot mopperen geneigde bodemkruipers moeten voorspellen.

Voor de duidelijkheid: ik vind NWP (Numerical Weather Prediction) een enorm succes, maar verlies a.u.b. de beperkingen niet uit het oog. Ik noem er drie. Ten eerste is oplossend vermogen niet hetzelfde als nauwkeurigheid. Processen uitrekenen op 10-15 km helpt, maar de kleinste schaal waarop we nauwkeurige verwachtingen mogen verwachten is zeker vijfmaal zo groot en dat alleen aan het begin van de integratie; de fout groeit en tast successievelijk grotere schalen aan. De VS NWS (National Weather Service) heeft op 25-27 januari 2015 weer eens een harde les geleerd (niet voor het eerst, en helaas niet voor het laatst). Men had een storm van ‘historical proportions’ aangekondigd, 2-3 voet sneeuw in New York, ook in Nederland voorpaginanieuws. De stad is dichtgegooid a raison van …$$. In essentie is de verwachting juist gebleken, alleen lag het zich als bom ontwikkelende laag 100-200 km verder naar het oosten dan in (zelfs de 24-uurs) verwachtingen van modellen waarop men het meest vertrouwde (inclusief ECMWF). De sneeuw in New York bedroeg slechts een halve voet, en allerlei excuses zijn nu aangeboden. Ten tweede: wat ‘zit er’ nu precies in een model? Wat mij betreft alleen dat wat expliciet gemodelleerd wordt. De onopgeloste schalen,

processen en fysica zitten er slechts ten dele dan wel alleen indirect qua effect in via parameterisaties. Er is geen enkele wet die zegt: “parametriseren kan”. We doen ons best!! Dat we parametriseren is ‘defensief’, om erger te voorkomen. Er zijn tegenwoordig veel meer parametrisaties in modellen dan vroeger, van uiteenlopende complexiteit. Vooral het vocht in de atmosfeer (niet de minste onder de weerselementen) is de speelbal van een groot aantal semi-autonome parametrisaties.

Alleen met hard werk en grote discipline in een Research & Development groep komt daar wat van terecht. De resolutie van GFS veranderen is niet een kwestie van op het knopje van een grotere computer drukken, en het duurt nog wel een paar jaar voor het nieuwe GFS model optimaal werkt. Ten derde is er de beperking genaamd “onzekerheid”, iets fundamenteels in ons vak, soms zelfs in zeer korte termijn verwachtingen.

Modellen zijn in principe geschikt om onzekerheid te kwantificeren. Bij de sneeuwstorm van 26-27 januari 2015 werkte dit goed (vind ik). Maar de dienstdoende meteoroloog vindt blijkbaar dat hij de knoop moet doorhakken voor de burgemeester van New York door te kiezen tussen modeloplossingen. Model A is onze favoriet vandaag, en de rest wordt verworpen. Zo heb je zekerheid.

Met NWP hebben we historisch enig geluk gehad. De forecast skill van de stroming op gematigde breedte in het midden van de troposfeer wordt grotendeels bepaald door het quasibehoud van potentiele vorticiteit. Een kwestie van advectie.

We zijn ontiegelijk goed in advectie op T1534 zo lang de uitgangstoestand goed kan worden bepaald. In de tropen hebben we minder geluk. “Alles” moet daar worden meegenomen om tot een bevredigende modellering te komen. Modellen met ‘everything and the kitchen sink’ zijn lang als angstaanjagend beeld gebruikt: als het zo moet houdt dan maar op. Blijkbaar zien we geen andere route.

Nabij het aardoppervlak op gematigde breedten profiteren we meestal van de grote voorspelbaarheid van de vrije atmosfeer aldaar. Maar in bepaalde situaties, toch wel 10% van de tijd denk ik, bijvoorbeeld als de synoptische situatie stagnerend is, speelt de rijkdom aan structuren nabij het oppervlak, en de interactie met de ondergrond een rol die groot genoeg is om de verwachting te doen mislukken. Het mislukken wordt spectaculair als we het over mist/geen mist hebben, die ene opklaring van een half uur ‘s nachts, een winterstorm of orkaan die 100 km afzwaait, regen of sneeuw, een koude plaklaag die niet wil eroderen, de details van een polar low tijdens spitsuur, enzovoorts. Ook als snelbewegende systemen het weer in de grenslaag domineren speelt het oppervlak een rol, maar de fouten (hoewel niet kleiner) zijn dan minder spectaculair voor de gebruiker. Wij zijn meteorologen. Ons zwakke punt is dat we wonen aan de rand van wat we modelleren en dat alles dat zich nabij en onder het oppervlak afspeelt onze ‘kitchen sink’ is.

Ik zou nog wel een poosje kunnen doorgaan. Over modeluitvoerinterpretatie (MOS), en “downscaling”. Over de rol van het verticaal oplossend vermogen. Het ECMWF laat de nu ontstane situatie niet op zich zitten en doet spoedig een haasje over naar T2000 of zo. Ik heb hoge verwachtingen, maar hopelijk niet tè hoog. Wat er ‘ooit’ mogelijk zal zijn met een roosterpuntsafstand van 10 meter (1000 maal beter dan nu, in het jaar 2300), ik weet het niet.

Meteorologica 1 - 2015

17

Weer van alle tijden

een andere kijk op klimaatscenario’s en modellen Bart van den Hurk (KNMI, VU) Op 21 januari 2015 hield ik mijn inaugurele rede aan de VU (Weer van alle tijden; zie http://dare.ubvu.vu.nl/ handle/1871/52252), waar ik per januari 2014 de KNMI deeltijd-leerstoel “Interacties tussen klimaat en het socio-ecologische systeem” bekleed. In deze rede wordt stilgestaan bij de vraag hoe generieke klimaatscenario’s, zoals de scenario’s die het KNMI medio 2014 presenteerde, zich verhouden tot de ingewikkelde realiteit, waarin extreme en mogelijk gevaarlijke situaties gedomineerd worden door verrassingen, complexe interacties en gebrek aan precedenten. Hier wordt een samenvatting gegeven van deze oratie.

Weer van alle tijden De mens is een wezen met een enorm aanpassingsvermogen.

Onze kwetsbaarheid voor extreme natuurlijke omstandigheden is in de loop der geschiedenis flink afgenomen. Dat is deels een kwestie van door schade en schande wijs worden.

Maar ook door een steeds beter vermogen om onze omgeving in kaart te brengen, en in de toekomst te kijken. Zelfs voor tijdvakken of schaalniveau’s waarvoor voorspellingen niet gemaakt kunnen worden kunnen we ons door goed doordachte scenario-studies een voorstelling maken van omstandigheden die ons op de proef zouden kunnen stellen. En een groot bijkomend voordeel van die scenario-analyses is dat ze een bruikbaar referentiekader vormen. De IPCC-scenario’s geven de wereldwijde klimaatonderhandelingen een kader, en de KNMI klimaatscenario’s en de Deltascenario’s doen hetzelfde voor ons nationale denken over leven in de delta.

Maar de genoemde scenario’s zijn – juist door hun generieke aard – ook wel erg abstract. Stijgende lijntjes op een grafiek die de bandbreedte van de toekomstige wereldgemiddelde temperatuur weergeeft. Tabellen met meteorologische indicatoren in de KNMI’14 scenario’s. De gebeurtenissen die er echt toe doen – lokale (bijna)overstromingen, superstormen, ongebruikelijke weerpatronen – worden niet door die scenario’s gevangen. We laten ons ondanks deze vooruitkijk-exercities toch weer vaak verrassen door een combinatie van een stormopzet en een flinke bui in een waterschap in de kuststreek, of door een tropische orkaan die op een ongebruikelijke plaats huishoudt, of door een plensbui die een hele reeks steden en stroomgebieden tegelijk treft.

We zijn op zoek naar methoden om deze scenario’s te voorzien van meer “beeld en geluid”. Een portfolio van goedgekozen gebeurtenissen die mogelijk maatgevend kunnen zijn voor te nemen adaptatiemaatregelen. Dit kunnen gebeurtenissen zijn die we kennen uit de recente praktijk, maar dan geplaatst in de context van een toekomstig klimaat. Of gebeurtenissen die opduiken in simulaties van het weer van de toekomst (Future Weather): hoge resolutie weermodellen die worden blootgesteld aan een forcering die hoort bij een toekomstig klimaat. We laten ons hierbij sterk inspireren door de praktijkomstandigheden, waarin een samenloop van gebeurtenissen allesbepalend is of een weersituatie wel of niet tot gevaarlijke situaties leidt. We dalen af in een “anekdotisch archief”, en construeren aldus een set “weerscenario’s” naast de eerder gemaakte klimaatscenario’s.

18

Meteorologica 1 - 2015

Maar, willekeur ligt hier op de loer. We moeten aannemelijk maken dat het de moeite waard is om zich een voorstelling te maken van juist deze “weerscenario’s”. Net als voor klimaatscenario’s moeten we een aantal criteria hanteren: ze moeten plausibel zijn, relevant en legitiem. Plausibiliteit betekent dat het voorstelbaar is dat deze weersituaties zich kunnen voordoen. Het moet worden aangetoond dat de modellen die gebruikt zijn om ze te creëren fysische waarde bezitten.

Weermodellen worden vaak getoetst aan waarnemingen en bovendien gebaseerd op zich steeds verder ontwikkelende fysische inzichten, en zijn dus een zeer bruikbaar hulpmiddel.

Maar ook het fysische verhaal achter de gecreëerde situatie moet kloppen. Zeker situaties waarvoor nog geen precedent bestaat, zoals een afgezwaaide giga-orkaan die door een hogere zeewatertemperatuur enorme hoeveelheden energie heeft opgepikt waaraan de West-Europese kusten worden blootgesteld. Een goed fysisch begrip van deze systemen, en toetsing in verschillende modellen en forceringen is essentieel om zo’n situatie “plausibel” te kunnen noemen.

Relevantie gaat enerzijds over de inspiratie die aan de praktijk wordt ontleend, en anderzijds over de relatie met een gekozen scenario-framework. We kunnen wel situaties gaan verzinnen die horen bij een wereld die 20 graden warmer is dan nu, maar het is maar de vraag of het verstandig is om dat als mainstream uitgangspunt te nemen bij het inrichten van een delta-land als Nederland. En legitimiteit heeft betrekking op de transparantie van de gekozen scenario’s, en de invloed die wetenschappers en niet-wetenschappers met een breed scala aan inzichten en overtuigingen hebben op de keuze van de scenario’s.

Implicaties voor klimaatonderzoek Dit “Future Weather” concept geeft een nieuwe dynamiek aan het onderzoek naar klimaatverandering, en de modellen die we ervoor gebruiken. Niet alleen een aggregatie van een serie IPCC klimaatmodellen tot een hanteerbare set scenario’s, maar ook gerichte weersimulaties met hoge resolutie weermodellen. Het stelt andere eisen aan de modelanalyses, de modelkwaliteit, modelselectie en modelexperimenten. Natuurlijk moeten we blijven zoeken naar de relevante processen in ons klimaatsysteem, en moeten we kritisch blijven op de mate waarin de huidige modellen de waargenomen trends en fluctuaties adequaat beschrijven. Weer- en klimaatmodellen zijn en blijven een abstractie van de werkelijkheid, en zullen altijd een beperkte kwaliteit blijven houden. Maar ze zijn en blijven tevens krachtige instrumenten voor een waardevolle beeldvorming over een inherent onzekere toekomst.

Meteorologica 1 - 2015

19

Micro-Meteorologische Mijmeringen

radar en de bankencrisis Henk de Bruin Het eerste deel van deze rubriek is een column waarvoor de auteur verantwoordelijk is.

Deel twee betreft een (micro)meteorologisch onderwerp.

Radar Love was begin jaren 1970 de grote internationale doorbraak van de Haagse rockband Golden Earring. Deze Hagenezen dichtten: “When I get lonely and I’m sure I’ve had enough/She sends comfort coming in from above/Don’t need no letters at all/We got a thing that’s called radar love/ We got a line in the sky”. Ze schetsen een raar romantisch beeld van radar, maar in die tijd was weerradar nog een zuiver interne KNMI-aangelegenheid. In diezelfde tijd kwam ik bij het KNMI en een bevriend meteoroloog troonde mij mee naar een donker hok waar hij naar een rond groen scherm wees met een ronddraaiende lijn. Op bepaalde plaatsen zag ik oplichtende vlekken. Ik bleek getuige te zijn van het ontstaan van een zware onweersbui boven de Veluwe en mijn meteoroloog spoedde zich naar buiten, mij verbijsterend achterlatend. “Dat wordt zware hagel,” riep hij nog. Later die dag toonde hij mij trots de deuken in zijn VW-kever. Met behulp van de radar was hij er eindelijk in geslaagd midden in een zware hagelbui terecht te komen. Ik was aangesteld als hydro-meteoroloog en in die hoedanigheid woonde ik verschillende symposia bij.

De eerste, in Noorwegen, ging over neerslag in bergachtige streken. Een toepasselijke titel, want het regende constant, zelfs naast het spreekgestoelte vanwege een daklek. Engelse onderzoekers presenteerden hun ontdekking van regenbandstructuren (conveyer belts) binnen depressiesystemen [1].

In mijn ogen een ontdekking vergelijkbaar met die van het Higgsdeeltje. Saillant detail: hun radar was geplaatst op de Scilly-eilanden, de eilandengroep waarmee we toen nog, sinds 1651, in oorlog waren. De vrede werd pas in 1986 getekend.

In 1975 woonde ik een symposium bij over neerslagmeting met radar, waar de resultaten van het Dee-project werden gepresenteerd. De boodschap was dat kwantitatieve neerslagmetingen met radar alleen mogelijk zijn mits gecombineerd met ‘on-line’ registrerende regenmeters. De radar is er voor ruimtelijke interpolatie. Het Dee-project leidde tot een operationeel radar-regenmeternetwerk in centraal Engeland, bij mijn weten het eerste gekoppelde radarnetwerk in Europa.

Meerdere radars aan elkaar ‘knopen’ was een technisch hoogstandje, zeker in die tijd, zonder snelle computers met

terabyte geheugens. Eind jaren 1980 was ik, nu als Wageninger, betrokken bij een promotieonderzoek waarbij wij trots digitale KNMI-radarbeelden (gekregen van Herman Wessels) toonden op een ATARI PC (werkgeheugen 1 Mb). Het was de start van succesvol radaronderzoek buiten het KNMI, overigens zonder mij. Parallel ontwikkelde het KNMI (3-uurlijks en 24-uurlijks) operationele kwantitatieve neerslagproducten waarbij radarbeelden worden gecorrigeerd voor diverse foutbronnen (zie Kader) en vervolgens worden gekalibreerd met regenmeterwaarnemingen [2], [3] en [4]. Een Delftse groep ontwikkelde voor motregen de IDRA-radar, nu operationeel op de Cabauw-mast [5]. Recent kregen onderzoekers van het KNMI en Wageningen de prestigieuze Väisälä Award voor een methode om neerslag te meten met behulp van mobiele telefoonnetwerken. Nederland is overduidelijk een belangrijke internationale speler op het gebied van neerslagradar.

Commercialisatie en een Europees netwerk Voornoemde KNMI-neerslagproducten werden operationeel in 2006, in hetzelfde jaar dat Buienradar online ging. Nu begint het verhaal over ‘kijkcijfers versus kwaliteit’. Buienradar werd een top-hit wat betreft bezoekersaantallen. Het verdienmodel is eenvoudig: de radarbeelden worden gratis beschikbaar gesteld en reclame zorgt voor de inkomsten. De klant kan geen kwaliteitseisen stellen. Pogingen van commerciële weerbedrijven om radarbeelden met toegevoegde waarde aan de man te brengen mislukten. Helaas bleven de hoogwaardiger kwantitatieve neerslagproducten van het KNM onbekend bij het grote publiek. Hoe het ook zij: bijzonder is dat composietbeelden voor heel Europa beschikbaar zijn gekomen door samenwerking van Europese nationale weerdiensten. Het KNMI liep daarbij voorop. Reeds in 1990 werd de KNMI-radar opgenomen in een Europees netwerk. Daarvoor moesten allerlei conventies worden afgesproken. Dat lukte wonderwel. Een diplomatieke prestatie van wereldformaat! In 1997 werd in Nederland, door de tweede radar te Den Helder, volledige landelijke dekking verkregen. Duitsland realiseerde dat pas in 2011. EUMETNET, ingesteld door 31

Europese weerdiensten riep OPERA (Operational Programme for the Exchange of weather RAdar information) in het leven.

Het KNMI verzorgde het centrale management hiervoor van 2007-2011. Het OPERA netwerk bestaat uit ca. 200 radars, waarvan 184 van het Doppler-type. Nogmaals: dit is een voorbeeld van een zeer succesvolle Europese samenwerking die nooit aandacht krijgt van de media.

Bezuinigingen Een serieuze bedreiging van radarnetwerken vormen nabije nieuwe hoge obstakels [2]. Zo wordt in de VS het radarwaarschuwingssysteem voor tornado’s gestoord door een nieuw windmolenpark. In 1995 bouwde een groot bankconsortium op 3 km afstand van de Biltse radar een 95 m hoog gebouw en nam zo een hap weg uit het gezichtsveld. De volgende radar komt daarom niet meer in De Bilt. Bizar detail is dat het betreffende bankconsortium in 2008 met overheidsteun overeind moest worden gehouden, en dat daardoor de overheid fors moest bezuinigen. Recent is het KNMI-budget mede daardoor aanzienlijk gekort, en met name het vrije onderzoek moest het ontgelden. Het is het KNMI verboden commercieel inkomsten te verwerven, maar het KNMI zorgt wel voor de infrastructuur en de kennis waarmee commerciële bedrijven geld kunnen verdienen via bijvoorbeeld Buienradar. Via belastingen verdient de overheid daar weer behoorlijk aan.

Bij dezen pleit ik er daarom voor dat ‘Den Haag’ een deel van deze inkomsten terug laat vloeien naar het KNMI, zodat deze, samen met universiteiten, fundamenteel onderzoek kan verrichten, bijvoorbeeld voor verbetering van kwantitatieve neerslagproducten ten behoeve van waterbeheer in Nederland.

Haken en ogen bij kwantitatieve neerslagbepaling Boze tongen beweren wel eens dat de meest nauwkeurige manier om met radar neerslaghoeveelheden te meten is de radarantenne naar het zenit te richten en deze vervolgens te gebruiken als een grote regenmeter. Dit gezien de vele foutenbronnen die opduiken bij kwantitatieve neerslagbepaling met radar. Uitgangspunt is de theorie voor verstrooiing van elektromagnetische (EM) straling door bolvormige regendruppels met golflengten groter dan de druppels. Dan geldt Rayleigh-verstrooiing. In het Europese OPERA netwerk worden S, C en X band radars gebruikt, met golflengten van respectievelijk 7.5-15, 2.5-3.75 en 2.5-3.75 cm. Regendruppels zijn van de orde van 1 mm. Uit ‘Rayleigh’ volgt dat het waargenomen signaal evenredig is met de som van alle druppeldiameters tot de zesde macht. Dus grote druppels geven een veel groter signaal dan kleinere. Motregen is moeilijker waarneembaar. Nog kleinere deeltjes worden helemaal niet gedetecteerd. Voor kwantitatieve neerslagbepaling moet de statistische verdeling van de druppelgrootte bekend zijn. Hiervoor wordt in het algemeen een standaardverdeling gebruikt, geldig voor bolvormige druppels. Maar afwijkingen van de standaardverdeling komen voor en bovendien zijn grote regendruppels afgeplat. Zie hier de eerste foutenbron. Daarnaast zijn er effecten van een natte radardome en de kromming van de aarde. Door dit laatste effect neemt de afstand van de radarbundel tot de grond toe met de horizontale afstand, waardoor neerslag onder de bundel wordt gemist. Dit heet overshooting. Op zekere hoogte gedetecteerde regendruppels kunnen verdampen voor ze de grond bereiken. Een andere foutenbron is demping (attenuation) van het radarsignaal door nabije neerslag, waardoor verder gelegen neerslag dan niet of

Figuur 2. Radarreflecties door chaff. Bron KNMI.

Literatuur

[1] K.A. Browing et al., 1973: The structure of rainbands within a mid-latitude depression, Quart. J. R. Met. Soc., 99, 215-231.

[2] H.R.A. Wessels, 2006: KNMI Radar Methods. KNMI Technical Report, TR-293.

[3] I. Holleman, 2006: Bias adjustment of radar-based 3-hour precipitation accumulations.

KNMI TR-290.

[4] Overeem et al., 2009: Derivation of a 10-year radar-based climatology of rainfall. J. Appl. Meteorol. Climatol., 48, 1448–1463 [5] A. Overeem et al., 2013: Country-wide rainfall maps from cellular communication networks. PNAS, 110, 2741–2745.

zwak wordt waargenomen. Dit leidt tot onderschatting van de neerslaghoeveelheid.

Een grote fout veroorzaakt smeltende sneeuw. Deze geeft te hoge radarreflecties (bright-band) en leidt tot derhalve tot overschatting. In sommige situaties is de verticale opbouw van de atmosfeer zodanig dat er luchtlagen met verschillende brekingsindices aanwezig zijn. Dit zijn bijvoorbeeld lagen met verschillende waterdampconcentraties of met verschillende temperatuur. Dan treden fata-morgana-effecten op. De radarbundel plant zich dan niet meer rechtlijnig voort, zoals wordt verondersteld, en daardoor ‘ziet’ de radar neerslag op de verkeerde plaatsen.

Reeds besproken zijn de grondecho’s aan nabij gelegen obstakels (gebouwen, heuvels, zeegolven, schepen etc.) waarvoor gecorrigeerd moet worden. In het Engels noemt men dat correcties voor ground clutter. Deze worden softwarematig uitgevoerd, maar soms buigt de radarbundel door fata-morgana omstandigheden naar de grond af en verschijnen er vaste reflecties in het radarbeeld.

Aparte foutenbronnen vormen vliegtuigen en vogels. Tijdens de vogeltrek moet men alert zijn op valse echo’s. Vogels vormen een gevaar voor de luchtvaart en het EUMETNET radarnetwerk geeft als bijproduct ook informatie over de vogeltrek.

Militairen gebruiken zogeheten antiradarsneeuw als afweermiddel tegen vijandige radarsystemen. In het Engels heet dat chaff. Het zijn snippers aluminiumfolie. Tijdens militaire oefeningen wordt de effectiviteit van chaff soms getest. Voor een overzicht van de verschillende foutenbronnen zie Figuur 1. Voor een voorbeeld van radarbeeld ten gevolge van chaff zie Figuur 2. Meer informatie kan gevonden worden in [2], [3] en [4].

Figuur 1. Verschillende foutenbronnen voor kwantitatieve neerslagmeting met de radar (ontleend aan[3]).

20

Meteorologica 1 - 2015

Meteorologica 1 - 2015

21

In Memoriam Herman Wessels

Promoties

Wim Monna1, Iwan Holleman2, Henk de Bruin

Een ander zeer bekend resultaat van Hermans werk is de ‘ijsgroeipluim’. Deze pluim is het resultaat van het koppelen van het ijsgroeimodel aan het operationele weersverwachtingsmodel van het ECMWF. Voorzitter Henk Kroes kondigde in 1997 mede op grond van deze ‘ijsgroeipluim’ de Elfstedentocht aan met de legendarische woorden “It giet oan”.

Zie hiervoor ook de Micro-Meteorologische Mijmeringen van Henk de Bruin in de Meteorologica van december 2014.

Herman was ook, zij het wat meer op de achtergrond, betrokken bij het inrichten van de 200 meter hoge meetmast in Cabauw, de unieke faciliteit van het KNMI. Hij berekende 22

Meteorologica 1 - 2015

% 100

Ta(max)

Tmrt(max)

PET(max)

P(sum)

none 0-1mm 1-5mm 5-10mm >10mm

Ws(avg)

80 60 40

Herman was een man van weinig woorden, maar als onafhankelijk denker was hij kritisch voor zichzelf en voor anderen.

Inhoud en wetenschappelijke integriteit stonden altijd voorop.

Hij vond het afronden van operationele zaken belangrijker dan het schrijven van wetenschappelijke publicaties. Veel van zijn werk is daardoor niet in de peer-reviewed tijdschriften terechtgekomen, maar desondanks is er grote waardering in binnen- en buitenland!

Als mens was Herman enigszins teruggetrokken en wars van de waan van de dag of de heersende mode. Hij droeg altijd sandalen en schaatste op Friese doorlopers in plaats van stalen noren. Op zijn houten schaatsen is hij ver gekomen bij de barre Elfstedentocht van 1963. Hij reed rond in een Renault 4 en maalde niet om duurdere auto’s. In zijn werk hield hij lang vast aan papieren grafiekjes en handmatige schetsen op thermodynamische diagrammen. Tegelijkertijd had hij al vroeg interesse in het gebruik van computers en zelfgeschreven programmatuur. Hij was een betrouwbare collega met een groot hart voor het KNMI en de meteorologie. Hij werd zeer gewaardeerd door mensen die hem beter kenden. We zullen hem missen.

1. KNMI (gepensioneerd) 2. Radbout Universiteit, voorheen KNMI

0

Bicycle

Walking

Public transport

Car

0-2m/s 2-4m/s 4-6m/s 6-8m/s

20

−3

1

x 10 a)

2 σln I

0.8 0.6 0.4 0.2 0 03:30

03:40 Time [UTC] −2.5 c)

WDKNMI [◦ ]

U⊥KNMI [m s−1 ]

250 b)

03:50

−3

Figuur 240 2. De variantie in het door een scintillometer gemeten signaal −3.5 nabij een landingsbaan. De verticale lijnen geven aan wanneer een 230 vliegtuig geland is. De groene blokjes geven −4 aan waar het signaal sterk genoeg is zodat er sprake kan zijn van een zogwervel, en de oranje blok220 −4.5 03:30 03:40 03:50 03:30 03:40 03:50 ken geven het tijdsvenster Time [UTC]aan waarbinnen het ontwikkelde Time [UTC] algoritme een zogwervel detecteert.

Aan de Wageningen Universiteit vond daarna, op 6 februari 2015, de promotie plaats van Anneke de Boer. Zij onderzocht de variatie van atmosferische turbulentie boven verschillende soorten gewas. Haar promotor was prof. A.A.M. Holtslag en als co-promotores assisteerden dr. A.F. Moene en dr. A. Graf (Agrosphere Institute, Jülich, Duitsland). Anneke heeft onderzocht hoe eddy-correlatie metingen in inhomogeen terrein nu werkelijk representatief zijn voor dat terrein. De “footprint” die het terrein afgeeft aan de turbulente fluxen (ook van CO2) blijkt sterk afhankelijk van de situering van de diverse gewassoorten in de buurt van de meetlocatie. Bovendien wordt de verdeling van vocht in de oppervlaktelaag niet alleen bepaald door verdamping en turbulente menging, zoals de MoninObukhov theorie voorspelt. Regelmatig is de specifieke vochtigheid in de oppervlaktelaag helemaal niet constant, maar neemt deze met de hoogte af doordat er sprake is van entrainment van de drogere laag erboven.

N = 13486 (trips) 250

Figuur 1. Het aandeel in het dagelijks transport van fiets, lopen, openbaar vervoer en de auto in afhankelijkheid van de dagelijkse weerparameters maximumtemperatuur, maximum gevoelstemperatuur in de zon, maximum equivalente gevoelstemperatuur, neerslagsom en gemiddelde windsnelheid (zie: Böcker, L., Thorsson, S. (2014). Weather, Climate, and Society, 6 (4), © American Meteorological Society).

Op 16 januari promoveerde Daniëlle van Dinther aan Wageningen Universiteit met als promotor prof. A.A.M. Holtslag en co-promotor dr. O.K. Hartogensis. Scintillometers werden tot nu toe gebruikt om de gemiddelde oppervlakteflux te meten over een afstand van 1-5 km. Daniëlle toont aan dat scintillometers ook gebruikt kunnen worden om de gemiddelde dwarswind te meten op een vliegveld, tenminste zolang het niet mistig is. Meer nog, de meetmethode is gebaseerd op het detecteren van turbulente wervels en dus kan uit het signaal van de scintillometer in principe ook worden afgeleid tot hoe lang achter een landend vliegtuig nog zogwervels optreden.

En dit is bepalend voor de tussenafstand (tijdsperiode) die nodig is om opvolgende vliegtuigen veilig te laten landen.

350

350

200

300

300

150

250

250

100 50

200

200

150

150

100

100

50

0 −50 −50

Udir

400

Hedge

Opvallend was zijn grote interesse in het actuele weer en de klimatologie. Dagelijks zat hij in de weerkamer het actuele weer te bestuderen en inconsistenties in waarnemingen en modellen te identificeren. Er waren maar weinig collega’s die dat zo trouw en secuur deden.

Nog in 2014, namelijk op 19 december, vond de promotie plaats van Lars Böcker aan de Universiteit Utrecht met als promotor prof. M.J. Dijst en co-promotor dr. J. Prillwitz (beide werkzaam bij de faculteit Geowetenschappen van UU). Waarom is dit proefschrift op het terrein van de Sociale Geografie en Planologie voor ons interessant? Omdat Lars een relatie gezocht heeft tussen allerlei weerparameters en de vervoerswijze die gekozen wordt. Welk effect hebben de weersomstandigheden en de subjectieve beleving daarvan op de mobiliteitskeuze van mensen? Nat of winderig weer heeft vooral een effect op de fietsduur (vooral bij langere afstanden kiest men voor andere vervoerswijze). De gevoelstemperatuur (zowel warmte- als koudebeleving) correleert beter met het fietsgedrag dan de gewone luchttemperatuur. Combinatie van weerselementen speelt een even belangrijke rol in de emotionele beleving van mobiliteit als de waardering van de omgeving waarin men zich verplaatst. Er is een duidelijke relatie tussen reizen en welbevinden. Wanneer fietsgebruik gestimuleerd wordt, is het aan te raden dat bij de aanleg van fietsinfrastructuur daarmee rekening wordt gehouden zeker in een toekomstig warmer (stads)klimaat. Lars werkt intussen aan een artikel, in het volgende nummer lezen we meer over zijn werk!

<4ûC 4-8ûC 8-13ûC 13-18ûC 18-23ûC 23-29ûC 29-35ûC >35ûC

Toen het onderwerp meteorologie werd opgenomen in het VWO-eindexamen natuurkunde raakte Herman ook betrokken bij het onderwijs. Zo schreef hij een syllabus over fysische meteorologie. Onder deze ‘stille’ activiteiten viel ook het geven van advies aan jonge medewerkers en studenten. Hun oordeel was unaniem: “Ik heb ontzettend veel van Herman Wessels geleerd” en daardoor komt men zijn naam in menig dankwoord tegen. Met inhoudelijke vragen over de fysische meteorologie kwam je uiteindelijk altijd bij Herman terecht.

We blijven dichtbij de grond, deze keer. Drie onderzoekers onderzochten elk in hun eigen vakgebied het effect van weer en vooral wind op onze dagelijkse leefomgeving.

Hedge

Minder bekend maar minstens even belangrijk, is Hermans werk aan bliksemdetectie netwerken. In eerste instantie bouwde hij zelf een analoge bliksemteller. Deze ‘Wesselograaf’ stond destijds in de weerkamer van het KNMI. Uiteindelijk kwamen commerciële meetsystemen beschikbaar die niet alleen bliksems konden tellen maar ook de locatie ervan bepaalden. Herman heeft veel energie gestoken in het begrijpen en verbeteren van het huidige bliksemdetectiesysteem (SAFIR).

Herman had al vroeg aandacht voor de klimaatproblematiek. In een artikel uit 1973 voor De Ingenieur berekende hij de opwarming van het Rijnwater door het koelwater van de energiecentrales langs de rivier. Ook maakte hij analyses van de temperatuurtrend in De Bilt en was hij in 1990 medeauteur van een artikel over het klimaat.

Wim van den Berg

<10ûC 10-20ûC 20-30ûC 30-40ûC 40-50ûC 50-60ûC >60ûC

Het is bijzonder dat een deel van zijn werk bekend is geworden bij een breed publiek. Dat overkomt niet veel wetenschappers. De buienradar is hiervan een voorbeeld. Radar had al in de zestiger jaren Hermans interesse en dat is zijn hele carrière zo gebleven. Het ontwikkelen van de huidige buienradar op internet en telefoon vanuit de oude beeldbuisradars heeft vele jaren werk gekost. Herman droeg bijvoorbeeld bij aan de kennis over de grootteverdeling van regendruppels, nodig voor het kwantitatief interpreteren van radarbeelden. Voor een goed werkende digitale dataprocessing moesten veel praktische problemen worden opgelost, zoals de aanwezigheid van valse radarecho’s, de geografische projectie van de beelden, de bepaling van de wolkentoppen en het samenstellen van composietbeelden uit verschillende radars. Hij kreeg daarbij steun van de instrumentele afdeling van het KNMI. De kroon op het werk was zijn bijdrage aan het samenstellen van de composietbeelden van West-Europese radars in een EU COST-project. Daarvoor moesten veel internationale afspraken worden gemaakt en praktische problemen worden overwonnen. Zijn adviezen wat betreft de radar eind jaren tachtig aan studenten en promovendi van de Universiteit Wageningen legden de basis voor het huidige radaronderzoek aldaar.

de verstoring van het windveld door de mast zodat de fouten in de windmetingen konden worden gecorrigeerd. Ook ontwikkelde hij meters waarmee zichtprofielen langs de mast konden worden bepaald. Met de meetresultaten deed hij ook onderzoek en liep aan tegen het probleem dat roofvogels zich warmden aan de lichtbundels. Dat bleek een mooi onderwerp om aan de koffietafel op te lossen.

<0ûC 0-5ûC 5-10ûC 10-15ûC 15-20ûC 20-25ûC 25-30ûC >30ûC

Na een kort ziekbed is Herman Wessels op 8 januari jongstleden overleden. In 1962 studeerde Herman af als natuurkundig ingenieur aan de TU Delft en kreeg hij een aanstelling bij het KNMI. Hij begon met onderzoek aan de fysica van wolken en neerslag bij de afdeling Weerdienst en Luchtvaartmeteorologie. Tien jaar later, bij de groep Fysische Meteorologie van de afdeling Wetenschappelijk Onderzoek, richtte hij zich ook op het ontstaan en oplossen van mist. In de loop van zijn carrière ontwikkelde Herman zich tot een erkend expert op velerlei gebieden van de meteorologie.

50

0 0

50

100 H

grass

150

200

250

−50

0

100

H

200

300

400

wheat

Figuur 3. Vergelijking tussen de voelbare warmteflux boven gras (links) en boven tarwe (rechts). Op de Y-as zien we de metingen van een meetpunt tussen beide terreintypes in. De warmteflux boven gras is duidelijk kleiner dan die boven tarwe. In het tussenliggende meetpunt is de warmteflux een “footprint” waarin de eigenschappen van beide terreinen gemengd zijn.

Meteorologica 1 - 2015

23

Klimaatoverzicht Overstromingen in Malawi en Mozambique Geert Jan van Oldenborgh (KNMI), Andrew Kruczkiewicz (IRI/Columbia University), Maarten van Aalst (Rode Kruis Klimaatcentrum, IRI/Columbia University)

Midden januari werden Malawi en Mozambique getroffen door hevige regenval die grote problemen veroorzaakte. Honderden doden, meer dan driehonderdduizend mensen op de vlucht voor het water. Er is inmiddels een grote internationale hulpoperatie door de Verenigde Naties en het Internationale Rode Kruis op poten gezet om de meest getroffenen te helpen. De vraag duikt tegenwoordig steeds weer op hoe zeldzaam deze extreme regenval is en of dit (mede) veroorzaakt wordt door klimaatverandering. We zijn met een internationale groep, waaronder het KNMI en het Internationale Rode Kruis Klimaatcentrum, bezig een systeem op te zetten dat dit soort vragen kan beantwoorden. De onderdelen die al klaar zijn gebruiken we hier om een gedeeltelijk antwoord op bovenstaande vraag te krijgen en inzicht in problemen waar we in de praktijk mee te maken krijgen te verschaffen.

Wat is er gebeurd?

Het is vaak niet makkelijk om uit te vinden wat er precies aan de hand is. Contacten van het Rode Kruis te plaatse zijn dan erg nuttig, in combinatie met up-to-date data. De Climate Explorer heeft tegenwoordig dagelijkse CMORPH satellietreconstructies van de neerslag en de mogelijkheid om de ERAinterim heranalyse met operationele analyses aan te vullen tot gisteren (tot deze zomer de opvolger van ERA-interim, ERA5, in real-time heranalyses gaat leveren).

In dit geval bleek het om een combinatie van factoren te gaan.

Zeer hevige onweerbuien in de eerste twee weken van januari zorgden lokaal voor zogenaamde flash floods, bijvoorbeeld in de buurt van het dorp Chilobwe (net buiten Blantyre), waar op 12 januari honderden huizen vernietigd werden en verschillende doden te betreuren waren, mede doordat de mensen werden overvallen in hun slaap. Voor dit type overstroming is eigenlijk geen goed Nederlands woord, maar het gaat om lokale overstromingen die veroorzaakt worden door extreme lokale regenval in valleien met steile hellingen waardoor heel veel water zich snel verzamelt in een klein gebied. We kennen dit verschijnsel in Nederland dus niet, maar qua snelheid en kracht is het te vergelijken met een dijkdoorbraak. In Chi-

lobwe vergeleken mensen de overstromingen met “Napolo”, een mytische slang die zelf onzichtbaar is, maar allerlei onheil veroorzaakt, vooral in de vorm van wateroverlast en landverschuivingen.

Deze buien maakten deel uit van een zeer zwaar buiencluster boven zuidelijk Malawi en Mozambique dat op 11 en 12 januari in een gebied van meer dan 100 bij 100 km zo’n 200 mm regen bracht. Dit veroorzaakte ook in Mozambique grote problemen. Ook daar is inmiddels een internationale hulpoperatie aan de gang.

Een grote hoeveelheid van dit water kwam binnen een paar dagen in de rivier de Shire terecht. De goede oude Times Wereldatlas leerde ons dat deze vanaf het Malawimeer naar het zuiden stroomt en in de Zambezi uitkomt. Deze rivier kon zo’n grote hoeveelheid water niet aan en trad buiten haar oevers. In dit geval raakten de overstromingen een veelvoud van de mensen die door de flashfloods werden getroffen, met tenminste honderd doden en bijna tweehonderd vermisten. Honderden mensen raakten gewond en meer dan driehonderdduizend mensen werden door het water uit hun huizen verjaagd. Minstens een miljoen inwoners werden indirect getroffen, bijvoorbeeld doordat akkers vernield zijn. Dit gebied heeft wel vaker te maken gehad met overstromingen, maar oudere mensen beschrijven de afgelopen weken als de ergste overstromingen die ze ooit hebben meegemaakt, met rivierniveaus tot wel vier meter boven normaal.

Malawi wel, de weeksommen nog meer dan de dagsommen.

De waarden waren veel hoger dan de 17 jaar satellietwaarnemingen daarvoor op die plek, zie Figuur 2. Veel hogere herhalingstijden hebben relatief grote onzekerheden.

De veldsignificantie is niet erg hoog: ongeveer 7% van deze kaarten heeft een herhalingstijd van 20 jaar of meer, terwijl je op basis van toeval 5% zou verwachten. De kans is Figuur 2. Herhalingstijden (in jaren) van de jaarmaxima van de neerslag in 2015 in de verdeling van de voorgaande 17 jaar CMORPH data. a) dagelijkse neerslag, b) weekgemiddelde neerslag. Herhalingstijden boven de dus groot dat je bijna elk jaar 20 jaar gaan gepaard met grote onzekerheden. ergens op deze kaart zo veel roosterpunten met eens-in-de20-jaar neerslag zou vinden. Helaas is de reeks te kort om te neerslag naar afvoeren omrekenen; daar wordt aan gewerkt. onderzoeken of dat ook voor hogere herhalingstijden geldt.

Voor onze huidige analyses, die vooral uitgaan van regenIs er een trend in de waarnemingen? val, is het een uitdaging om precies te reconstrueren wat er Het is uiteraard niet mogelijk om een trend in de satellietgebeurd is doordat er maar een beperkt aantal meetstations waarnemingen te detecteren. Malawi heeft een redelijk aantal beschikbaar is, en die ook niet altijd betrouwbare gegevens stations in de GHCN-D dataset van dagelijkse data die op het aanleveren (zo viel een van de stations uit tijdens de overoog goede reeksen bevatten. Slechts één daarvan (Chileka) stromingen). De data zijn ook vaak niet voor onderzoekers heeft echter (GTS) data na 1990. Dit station ligt weliswaar in beschikbaar (en we hebben geen budget om ze zelf te kopen).

Zuid Malawi, maar buiten het gebied met de hevige neerslag; Satellietobservaties leveren een belangrijke aanvulling, maar de maximale neerslag was slechts 35.1 mm/dag op 12 januari zijn uiteraard nog niet zo lang beschikbaar, en hebben ook 2015 (uit het GTS). Als we aannemen dat de statistiek van een beperkte betrouwbaarheid, zeker boven land. Om een de regen niet zo heel veel verschilt van die in het gebied met voorbeeld te noemen: Blantyre rapporteerde op de dag van de de overvloedige neerslag kunnen we de maximale dag- en flash flood in Chilobwe 398 mm, maar het CMORPH 0.25º weekneerslag per jaar van alle stations samen fitten aan een roosterpunt daar geeft slechts 47 mm op die dag. Deze disGEV verdeling die afhangt van een maat voor de mondicrepantie moet zich over een groot gebied uitgestrekt hebben, ale opwarming, zie Figuur 3. De beste fits worden gevonden aangezien de satellietobservaties vrijwel geen zware regen in voor een toename van de neerslag met de wereldgemiddelde het stroomgebied van de Shire tonen, terwijl bij deze rivier temperatuur. Hiermee onderzoeken we hoe de kans op een zware overstromingen gemeld werden. fictieve dagsom van 200 mm/dag of een weekgemiddelde van 50 mm/dag veranderd is. In beide gevallen vinden we een Hoe zeldzaam was dat? toename, zie Figuur 3. In het geval van dagelijkse neerslag is De herhalingstijd van de neerslag is te bepalen uit een GEV deze toename echter niet significant op p < 0.1. De fit is ook fit aan het seizoensmaximum van de dagelijkse en wekelijkse niet erg goed; het kan zijn dat er twee soorten gebeurtenissen neerslag. Bij gebrek aan actuele stationsdata in de regio gaan door elkaar lopen. De weekgemiddelde neerslag wordt wel we toch maar uit van de CMORPH analyse van satellietmegoed beschreven door een GEV, en de toename is significant tingen, met alle onzekerheden die dit met zich meebrengt, op p < 0.05. Dit geeft aan dat er ondanks de relatief korte onder andere de onderschatting van de regen in zuidelijk reeksen een goede aanwijzing is dat de neerslagextremen Malawi. De fit laat zien dat in de satellietdata de buien ten zijn toegenomen. westen van Malawi niet uitzonderlijk waren, maar de dagen weeksommen in Mozambique en het uiterste oosten van annual stations normalised gdcnprcpall

annual stations normalised gdcnprcpall

300

100

250

Figuur 1. a) Het maandelijkse maximum van de dagelijkse neerslag in januari 2015 rond Malawi vergeleken met de klimatologie 1998-2015. In witte gebieden was dat ongeveer normaal, de donkerblauwe gebieden hadden maxima die meer dan twee zo hoog waren dan normaal. In het centrum van het gebied viel op 11 januari tot drie keer de normale maximum dagelijkse neerslag, tot zo’n 200 mm, b) hetzelfde voor weekgemiddelde neerslag. Data: NCEP/CMORPH 0.25º.

24

Meteorologica 1 - 2015

80

[mm/day]

200 [mm/day]

Meteorologisch gezien lijken er dus verschillende tijdschalen in het spel te zijn: de schaal van een zware onweersbui die flash floods veroorzaakte, van de tweedaagse neerslag in zuidelijk Malawi en Mozambique, en van de week of twee weken lang aanhoudende regen daarvoor die samen de Shire deden overstromen. Het zou het handigst zijn als we de beschikking hadden over de uitvoer van hydrologische modellen die de

150

60

40

100 50 0

20

gev scale fit 1951 gev scale fit 2014 observed 2014 2

5

10 100 return period [yr]

1000

10000

0

gev scale fit 1951 gev scale fit 2014 observed 2014 2

5

10 100 return period [yr]

1000

10000

Figuur 3. Trend in de herhalingstijd van stations data van 11 stations met dagelijkse neerslag in en bij Zuid Malawi, in totaal 453 stationsjaar.

We nemen aan dat de GEV-distributie schaalt met de toename met de wereldgemiddelde temperatuur als maat voor de effecten van klimaatverandering. De toename in neerslagextremen is significant op p < 0.2 voor de dagelijkse data en significant op p < 0.05 voor de wekelijks gemiddelde data.

Meteorologica 1 - 2015

25

Relative Rx1day change -15N, 37E wrt 1901-1950 CMIP5 one member 350 b 350 RCP4.5 historical 300 300

[%]

a

250

250

200

200

150

150

100

100

50

50

0

0

-50 -100 1900

-50 1950

2000

2050

-100 2100

2051-2100 mean

Relative Rx5day change -15N, 37E wrt 1901-1950 CMIP5 one member 300 300 RCP4.5 d 250 historical 250

[%]

c

200

200

150

150

100

100

50

50

0

0

-50 -100 1900

-50 1950

2000

2050

-100 2100

2051-2100 mean

Figuur 4. Toename van de dagelijkse (a, b) en 5-daagse (c, d) neerslagextremen in het CMIP5 ensemble van mondiale klimaatmodellen. De kaarten (a, c) geven de verandering van het ensemblegemiddelde. Dit is niet betrouwbaar in het zuidelijke gedeelte, waar tropische cyclonen voorkomen die deze modellen niet kunnen representeren. De tijdreeksen (b, d) zijn voor het roosterpunt het dichtst bij het waargenomen neerslagextreem.

Deze toename kan echter ook veroorzaakt worden door decadale variabiliteit, om de verandering aan de opwarming van de aarde te koppelen moeten we naar modellen kijken.

Wat leren we van klimaatmodellen?

In de Climate Explorer staan de jaarmaxima van dagelijkse en vijfdaagse extremen klaar als Rx1day en Rx5day, met dank aan Slava Kharin en collegaâ&#x20AC;&#x2122;s van CCCMA in Canada.

In de KNMI Climate Change Atlas is het makkelijk daarvan kaarten en tijdreeksen te maken die lijken op die van de IPCC kaarten van een jaar geleden. Dit zijn grofmazige modellen die individuele onweersbuien niet op kunnen lossen maar het gemiddelde effect hiervan over roosterafstanden van O (100km) parametriseren. Veranderingen hierin lijken in de praktijk vaak redelijk op de waargenomen veranderingen in buienactiviteit.

Zowel de dagelijkse als vijfdaagse extremen laten tot nu toe gemiddeld een kleine toename zien van een paar procent (Figuur 4), veel kleiner dan de toename in de stationsdata. De arcering geeft aan dat dit kleiner is dan de natuurlijke variabiliteit in het zuiden van Malawi en het aangrenzende deel van Mozambique.

De tijdreeksen voor het roosterpunt dichtstbij de extreme neerslag laten zien dat de spreiding door natuurlijke variabiliteit en modelonzekerheid groot is. Het 25% - 75% interval loopt van -10% tot +40% meer extreme neerslag in 2100. Dit is het 26

Meteorologica 1 - 2015

gemiddelde, in individuele jaren kan net als in de werkelijkheid drie of vier keer zo veel vallen.

Conclusies De overstromingen in Malawi en Mozambique werden veroorzaakt door een combinatie van flash floods door kortdurende neerslag en langer aanhoudende regens. Opvallend was vooral een groot cluster van onweerbuien dat over een groot gebied in zuidelijk Malawi en aangrenzende delen van Mozambique op 11 en 12 januari zoâ&#x20AC;&#x2122;n 200 mm regen bracht. De kans dat ergens in zuidelijk Afrika zulke regens optreden is vrij groot, maar op die specifieke plek is dat eens in de paar tientallen jaren. Er zijn zowel in de waarnemingen als in klimaatmodeluitvoer aanwijzingen dat zowel de daggemiddelde als de weekgemiddelde neerslag toeneemt door klimaatverandering, maar deze toename is momenteel nog nauwelijks groter dan de onzekerheid door natuurlijke variaties en modelonzekerheden. Een kwantitatieve analyse wordt gehinderd door het gebrek aan actuele stationsdata en grote discrepanties tussen de satellietwaarnemingen en rapporten uit het getroffen gebied zelf. Ook hebben we nog niet de beschikking over gedetailleerde klimaatmodellen voor dit gebied. Dit vage antwoord helder communiceren wordt nog een behoorlijke uitdaging.

Dankwoord Met dank aan Erin Coughlan.

Meteorologica 1 - 2015

27

Van mm kwik naar millibar Huug van den Dool Ergens bereidde een ster van eigen bodem zich voor om een toespraakje te houden toen de Buys Ballot medaille aan Brian Hoskins werd uitgereikt. In 1933 kwam deze eer toe aan KNMI directeur Van Everdingen die een speech in het Duits hield om de Noor Vilhelm Bjerknes de hemel in te prijzen. De toespraak is integraal te vinden in Hemel en Dampkring (H&D) 1933, blz. 439. Een van de grote prestaties van Bjerknes, uitstekend belicht door Van Everdingen, is de invoering van de millibar waarover toen nog veel strijd was. Op het eerste gezicht iets triviaals, maar in feite veelomvattend en behoorlijk ingewikkeld.

In het 100 jaar gedenkboek van het KNMI in 1954 worden uit een artikel in Das Wetter door W. Trabert (van de zogede opticiens van Nederland bedankt voor hun hulp bij de naamde Oostenrijkse school) waarin het WMO voorstel op introductie van de eenheid millibar (ter vervanging van de sarcastische wijze van commentaar werd voorzien. Het WMO aloude millimeter kwik) op barometers voor huis, tuin en rapport stelde ondermeer dat als de meteorologie “zich een keukengebruik. Een bekeringsproces dat serieus begon rond moderne wetenschap wilde noemen” dat het dan een kwes1905-10 met suggesties van de grootheden Koeppen, Shaw en tie van “fatsoen” was om cgs eenheden te gebruiken. Dat is Bjerkness1 kwam daarmee tot een goed einde. Het had 50 jaar natuurlijk hoog van de toren blazen en dan mag je een fatsoengeduurd voor heel Nederland ‘om’ was. In 1938 schreef M. lijke pets om je oren verwachten als je zelf in de fout gaat (of Pinkhof (H&D, blz. 417) dat Nederland de millibar ‘als een schijnt te gaan). De WMO commissie stelde ook voor om als der laatste landen’ had ingevoerd; de publikatie-weerkaarten aerologische “hoogtetrappen” te gebruiken de niveaus waarop van het KNMI gebruikten de mbar vanaf 1 oktober 1938. de druk 1000, 900, 800 mbar etc. is; voorheen was de hoogteBlijkbaar had zelfs het meteorologische wereldje in Nederland trap 1, 2, 3 etc. km geweest. Een hoogtetrap in mbar was vraer 25 jaar over gedaan de millibar echt te aanvaarden. gen om moeilijkheden. Volgens Trabert eiste het fatsoen dat Als het alleen een kwestie van eenheid op de weerkaart was hoogte in een lengtemaat wordt uitgedrukt, niet een drukmaat. geweest dan zou vermenigvuldigen met (ongeveer) vier derDat was een gemakkelijk succesje voor Trabert, iets te makden (het herlabelen van isobaren) te weinig voordelen hebben kelijk, want de Bjerknes groep stelde in feite voor de hoogte gehad om de praktijklieden van toen (die zich soms achter de van drukniveaus in meters uit te drukken. Tevens werd hier de klant verborgen) te overtuigen. Wat Bjerknes voor ogen stond dynamische of geopotentiele meter voorgesteld, een novum. compromis buiten de CGS vallende eenheidzouden atmosfeer ofgebruiken normaaldruk binnen de poort te halen,Die geopotentiele meter in plaats van de gewone meter werd is dat om wede rationele eenheden waardoor dat kon niet en is ook variabelen niet gebeurd; de harmonisch atmosfeer als eenheid nog steeds.

Het Bjerknes voorsteldoor Trabert weggeserveerd als een klein verschil (minder dan verschillende metbestaat elkaar samenhangen is achteraf verrassend modern met duurzame bijdragen zoals de druk als verticale coordinaat in plaats viageometrische de basisvergelijkingen die hij een zelf had beredeneerd de meetfout) met grote verwarring. Trabert merkte ook onmidvan hoogte, en het begrip geopotentiaal, verdwijntruc voor de ruimtelijkein variatie van de versnelling de zwaartekracht.

Datgedachte de triviale conversie kwik naar millibar voor 1904.

Hijvanspeelde met de van mm verwachtingen viaJandeen dellijk op dat de overgang naar het cgs stelsel en de eenheid bar Alleman het meest gepubliceerdeZij uithangbord is geworden istegen misleidend want het voorstel reikte veel (~75 cm kwik) blijkbaar inhield dat de hele natuur- en scheibasisvergelijkingen. die mordicus waren noemden verder. Bjerknes was geen wereldvreemde theoreet, hij voorzag de praktijk van de toekomst, smeedde ditmetargument van deHetdynamica”. richtte die eigen handen,de een“terreur ongewone prestatie. beginvoorstel wasBjerknes ook tactisch bedoeld omdat kundekunde z’n tabellen opnieuw moest gaan bepalen, want zijn voorstellen ineneerste instantie op desamenhangende aerologie,rationale niet de aerologie in 1911 nieuw was de weerstand tegen harmonisch eenheden die waren voorheen gerelateerd aan de druk van een atmosfeer vermoedelijk gering. Door het loskoppelen van grondwaarnemingen van de bovenlucht inwas de WMO (76 cm kwik). Moesten we nu zelfs de celcius-schaal herzien? grondwaarnemingen, niet de weerkaart. De aerologie ontstond toen wel de eigenaardigheid dat bovenlucht verplicht gemeten werd in Celcius en op geheel nieuw in zeg 1910 (enkele vliegers en ballonnen daarWant 100 °C is per definitie het kookpunt van water bij 76 cm grondniveau rapportering in Fahrenheit gewoon mocht doorgaan, in de VS zelfs tot de dag van vandaag. gelaten), en dus was geen ook traditie metOmwaarnemen aante kwik. Dit argument was blijkbaar niet voorzien, en er werd Daar zijn hondersten inches kwiker trouwens nog altijdzoals in gebruik.

Bjerknes bescheiden houden. de grond, waar men lang geleden eenheden had gekozen die niet afdoende op gereageerd. Zelfs in 1939 moest Bleeker, de achteraf Brian. niet Wees zo gelukkig bleken; ga dat maar aantal eensmensen veranderen.

Gefeliciteerd niet ontmoedigd als er slechts een beperkt PV-denkers zijn; bijzelfbenoemde Nederlandse ambassadeur voor de Noren, nog de het tenslotte ook even aerologie geduurd.

Inmillibar 1911heeft stelde een WMO commissie opgepord door in het geweer komen toen ook Pinkhof deze (en vele andere) Bjerknes niet alleen voor de millibar te gebruiken als drukmaat bezwaren herhaalde. maar men maakte zich tevens sterk voor een rigoreuze keuze voor rationale cgs eenheden (het centimeter-gram-seconde Het is goed wat nader in te gaan op de eenheid ba(a)r, want Figuren stelsel, voorloper van daar ligt de reden van twee vergissingen dan wel twee tacSI units). tische zetten door Bjerknes en de zijnen, die veel negatieve kritiek opriepen. Tabel 1 laat een lijstje eenheden zien voor In 1912 verscheen lengte, massa en tijd. In het cgs stelsel bestond al een eenheid een fraai, zelfs grapvan druk (de Barye), namelijk een dyne per vierkante cm, pig, artikel in H&D net zoals in onze tijd in het SI stelsel een Pascal een Newton over dit WMO voorper vierkante meter is. Bjerknes gaf merkwaardig genoeg een stel om in de aeronieuwe definitie voor de eenheid van druk, dat wil zeggen, hij logie de millibar te hield zich zelf niet aan het cgs stelsel. In plaats van de Barye gebruiken. Vermoedefinieerde hij de drukeenheid als de bar = 106 dyne per vierkante cm. Dat had-ie niet moeten doen. In 1939 geeft Bleeker delijk had de lezer tegenover Pinkhof toe dat dit inderdaad fout was, maar “daar nooit gehoord van is nu niets meer aan te doen”. De millibar had kilobarye moedit idee. Het artikel Figuur 1. 1.

Plaatje van een aneroide barometer. De druk kan in was twee eenheden worden afgelezen.

Figuur Plaatje van een aneroide geschreven door Het ten heten als je je aan cgs wil houden. De kleine drukvariaties waarom hiervan is het onderwerp van dit stukje. barometer. De druk kan in twee eenverhouden zich slecht tot beide definities, zodat hoe dan ook KNMI-er C. Schoute, heden worden afgelezen. Het waarom een voorvoegsel, milli of kilo, gebruikt moet worden. Kilobadestijds redacteur, hiervan is het onderwerp van dit stukje. rye had even goed gekund als millibar. Waarom koos Bjerknes maar hij citeerde ruim 28

Meteorologica 1 - 2015

dan de onlogische definitie van bar? Men moet veronderstellen dat dit een gevolg is van een geheel onafhankelijke andere poging om van de bezwaarlijke mm en hondersten inches kwik af te komen. McAdie, in de VS, stelde in 1908 voor dat we een normaal-druk op zeeniveau kiezen (hij dacht aan 76 cm kwik), die op 1000 willekeurige eenheden te stellen en dan drukwaarnemingen als promillage rapporteren. Koeppen reageerde zeer positief! Bjerknes moet zijn bar hebben gekozen als een waarde die voor de normaaldruk in de aardse atmosfeer kon doorgaan. Zo werd dat althans begrepen. Iedereen tevreden? Nee, helemaal niet, want er was nu een opening voor de millibar-sceptici, want alle fysische constanten en tabellen waren bepaald voor 76 cm kwik = 1013.3 mbar. Om dat over te doen voor 75 cm kwik was een nog grotere tegenhouder dan de conversie van eenheden van meteorologische waarnemingen aan de grond. Dit tegenargument was intelligent genoeg en had voldoende waarheidsgehalte om decades later nog gebruikt te worden.

Van Everdingen beschrijft de bijdragen van laureaat Bjerknes in 1933 heel goed en doorziet volledig dat er meer aan de hand is dan de triviale omschaling van mm kwik naar millibar op de weerkaart of de barometer thuis. Maar was Van Everdingen het wel met Bjerknes eens??? Woorden zijn makkelijk. Het moet Bjerknes na deze fraaie speech verbaasd hebben dat het land van Buys Ballot de millibar nog niet had ingevoerd op de weerkaart. Dat gebeurde pas enkele maanden na het pensioen van Van Everdingen in 1938. Zegt dat meer dan de fraaie speech in 1933?? Van Everdingen heeft in z’n leerboek in 1942 kaarten met isobaren die links met mm en rechts met millibar zijn gelabeld. Het publiek moet gespaard worden. Zo sprak ook Pinkhof in 1938; hij kon de millibar (ondanks een lijst van bezwaren) aanvaarden zolang beide eenheden gegeven werden.

Of de millibar wel werd gebruikt in de aerologie hier te lande weet ik niet. Cannegieter schreef jarenlang (1925-1940) maandelijks een stuk voor H&D over de toestand van de atmosfeer boven Soesterberg; daarin komt mbar als verticale coordinaat niet voor. Het kan zijn dat men het publiek niet wilde lastigvallen met iets heel technisch en zonder nut (voor de lezer).

Het voorstel van Bjerknes uit 1911 heeft tenslotte op alle fronten getriomfeerd. Eerst in de aerologie, maar op den duur (in de meeste landen) ook aan de grond, iets wat Bjerknes (een tacticus pur sang) destijds in eerste instantie niet eens heeft willen aanpakken. Dat rijpe appeltje viel vanzelf. Een triomf, ondanks twee taxatiefouten. Het voorstel volgde cgs niet, en er was ook een verwarrend compromis om de buiten cgs

SI

Lengte Massa Tijd

centimeter (cm) gram (g) seconde (s)

meter (m) kilogram (kg) seconde (s)

Versnelling Kracht Druk

cm s-2 dyne = g cm s-2 Barye = dyne cm-2

m s-2 Newton = kg m s-2 Pascal = Newton m-2

Figuur 2. Weerkaartje uit Van Everdingen’s leerboek der meteorologie (1942), blz. 110. De reden om deze kaart te laten zien is dat de auteur isobaren met zowel mm kwik als millibar labelt. Daaruit blijkt een zekere weerstand om de eenheid millibar zonder reserves te aanvaarden. Het is verder verrassend en pikant dat Van Everdingen, dan al vier jaar gepensioneerd van het KNMI, de kou- en warmtefronten intekende.

Meer nog dan de millibar zijn fronten bij uitstek verbonden aan de ooit nieuwe inzichten van de Noorse school van Bjerknes. Later hebben historici beweerd dat Van Everdingen (onbeperkt heerser in de Nederlandse meteorologie van 1905-1938) ‘tegen fronten’ was. Het is een feit dat in Nederland pas na de tweede wereldoorlog fronten werden getekend de operationele weerkaarten. In 1948 worden de fronten die Van Everdingen in zijn boek tekende (waarvan hier een voorbeeld) door recensist P. Groen enigszins belachelijk gemaakt in een boekbespreking van de tweede vrijwel ongewijzigde druk van zijn leerboek.

de cgs vallende eenheid atmosfeer of normaaldruk binnen de poort te halen, dat kon niet en is ook niet gebeurd; de atmosfeer als eenheid bestaat nog steeds. Het Bjerknes voorstel is achteraf verrassend modern met duurzame bijdragen zoals de druk als verticale coordinaat in plaats van geometrische hoogte, en het begrip geopotentiaal, een verdwijntruc voor de ruimtelijke variatie van de versnelling van de zwaartekracht.

Dat de triviale conversie mm kwik naar millibar voor Jan en Alleman het meest gepubliceerde uithangbord is geworden is misleidend want het voorstel reikte veel verder. Bjerknes was geen wereldvreemde theoreet, hij voorzag de praktijk van de toekomst, smeedde die met eigen handen, een ongewone prestatie. Het beginvoorstel was ook tactisch bedoeld omdat aerologie in 1911 nieuw was en de weerstand tegen harmonisch samenhangende rationale eenheden vermoedelijk gering. Door het loskoppelen van grondwaarnemingen van de bovenlucht in de WMO ontstond toen wel de eigenaardigheid dat bovenlucht verplicht gemeten werd in celcius en op grondniveau rapportering in Fahrenheit gewoon mocht doorgaan, in de VS zelfs tot de dag van vandaag. Daar zijn hondersten inches kwik trouwens ook nog altijd in gebruik. Om Bjerknes bescheiden te houden.

Gefeliciteerd Brian. Wees niet ontmoedigd als er slechts een beperkt aantal mensen PV-denkers zijn; bij de millibar heeft het tenslotte ook even geduurd.

1 Niet helemaal duidelijk wie de primeur had, vermoedelijk hebben velen wel eens geopperd dat we cgs eenheden moeten gebruiken, maar het was Bjerknes die z’n energie en tactisch inzicht jarenlang achter deze conversie heeft gezet.

Tabel 1. cgs eenheden (links) en SI eenheden (rechts). Bjerknes’ drukdefinitie: 1 bar = 106 dyne cm-2.

Meteorologica 1 - 2015

29

Sponsors van de Nederlandse Vereniging ter bevordering van de Meteorologie:

Kikkers op het vuur

column

Leo Kroon Volgens de Belgische wet mag een deurwaarder bij een inbeslagname alles meenemen, behalve één koe, twaalf geiten en 24 kippen. De koning van België kan in een oorlog Belgisch-Congo mobiliseren, en een hypotheekakte moet altijd met de hand geschreven zijn. Dit zijn maar enkele voorbeelden van achterhaalde wetgeving en het is terecht dat het Belgische parlement daar nu een einde aan wil maken. Het zal nog een hele toer worden om dat voor elkaar te krijgen: de wetgevende macht is er om wetten uit te vaardigen, het schrappen van wetten is een stuk minder eenvoudig. Het vereenvoudigen van de belastingwetgeving is ook al zo’n onbegonnen taak: elk jaar wordt het aantal in te vullen vragen op het IB-formulier weer wat groter. De regelzucht zit blijkbaar in ons bloed.

Dit komt omdat we in een maatschappij leven die vrijwel alle risico’s wil uitbannen, of zo veel mogelijk wil beperken. Dit doen we door het nemen van maatregelen en het uitvaardigen van wetten en voorschriften. De overheid wordt tenslotte geacht goed voor haar burgers te zorgen. De controles op Schiphol en andere luchthavens zijn daarvan een goed voorbeeld.

Ik begrijp best dat we ons half moeten ontkleden en door allerlei scanners moeten gaan, maar je vraagt je soms af waar de grens ligt. Toegegeven zonder goede regels zou het autoverkeer een rommeltje worden en zouden er veel meer verkeersongelukken zijn.

Van belang voor acceptatie door de burger is ook dat men het nut van deze regels inziet.

Voor Schiphol en het autoverkeer is het nut van regelgeving evident, maar voor andere gebieden ligt dat wat moeilijker, of is het in strijd met ons gevoel voor wat we eerlijk of logisch vinden. Voorbeelden zijn de hondenbelasting (waarom niet voor katten?) en een maximum van 100 km/uur op de 10 stroken van de A2 (zoveel ruimte en toch maar 100?). Deze regels staan daarom voortdurend op de tocht en het is niet ondenkbaar dat ze in de toekomst aangepast of geschrapt zullen worden.

In dezelfde categorie zitten maatregelen die genomen zijn ter bescherming van het klimaat of het milieu (ook die A2-maximum snelheidsregel valt daar onder). Voor veel mensen zijn dit soort regels en heffingen onnodig of oneerlijk. Zo kan je je afvragen wat dit soort klimaatregels in een land als Nederland nou betekenen voor het globale klimaat als elders enkele voetbalvelden per minuut worden ontbost of tientallen nieuwe kolencentrales per jaar in gebruik worden genomen en Amerika-

30

Meteorologica 1 - 2015

nen nog steeds voor een schijntje de tank van hun SUV’s volgooien.

Kortom, voor de bewustwording van de risico’s die een veranderend klimaat met zich meebrengt zou zo nu en dan een flinke ramp bijzonder nuttig zijn. Maar dan moet die ramp wel dichtbij zijn, anders raakt die ons niet zo.

Vroeger heeft Piet Grijs een formule bedacht waarmee je kunt aangeven hoe erg een ramp is.

Uitgaande van het gegeven dat de ergste ramp die je kan treffen jouw eigen onmiddellijke overlijden is, kwam hij tot een formule met drie variabelen. Hoe korter geleden, hoe dichter bij en hoe meer slachtoffers, des te erger de ramp.

Een dijkdoorbraakje of een overstroming doet dus al wat, maar het zou pas echt helpen als Nederland getroffen zou worden door een soort Burns’ Day Storm zoals die in 1990 zuidoost Engeland trof: 3 miljoen bomen omgewaaid, een half miljoen huishoudens zonder stroom en in totaal 3.5 miljard euro schade. Of de stormen Lothar en Martin die in december 1999 10 miljard euro schade en 140 doden in onder andere Frankrijk en Zwitserland veroorzaakten. Kijk, dát zet pas zoden aan de dijk. Misschien dat we dan eens wakker worden. Nadeel is dat deze rampen niet direct aan het veranderende klimaat waren toe te schrijven.

Dat 2014 wereldwijd het warmste jaar sinds het begin van de metingen (1880) was – terwijl El Niño zich niet eens voordeed – en negen van de tien warmste jaren sinds 1880 na 2000 vielen en vele (sub)tropische landen een ongekende droogte meemaken, dit alles is duidelijk wél klimaatgerelateerd, maar het kan ons blijkbaar (nog) niet deren. De effecten van de klimaatverandering gaan simpelweg te langzaam om de meeste mensen te alarmeren. Acceptatie van wet- en regelgeving om klimaatveranderingen tegen te gaan kan dan ook op weinig begrip en steun van de bevolking rekenen. Wat dat betreft lijkt de mensheid, zoals de ex-Shell directeur Jeroen van der Veer laatst zei, op de beroemde kikkers die wel meteen uit te heet water springen als je ze erin gooit, maar die blijven zitten als de watertemperatuur maar langzaam genoeg stijgt. Pas van grote afstand bezien beseft men hoezeer de aarde ons enige kleine ruimteschip is, met bovendien een uiterst kwetsbare biosfeer, en dat het experiment dat we nu met haar uitvoeren eenmalig en waarschijnlijk irreversibel is. Even een herstart met Ctrl-Alt-Del doen is onmogelijk, die knoppen zitten er eenvoudig niet op.

Colofon Redactie Hoofdredacteur: Richard Bintanja (e-mail: bintanja@gmail.com, tel: 030-2206499) Redactieleden: Wim van den Berg, Aarnout van Delden, Janneke Ettema, Robert Mureau en Rob Sluijter Artikelen en bijdragen Deze kunnen uitsluitend digitaal (bv. per e-mail) te worden aangeleverd, als Word document met figuren apart. Uiterste inleverdata hiervoor zijn: 1 februari, 1 mei, 1 augustus en 1 november voor respectievelijk nummer 1, 2, 3 en 4. Voor meer informatie over de procedure, zie http://www.nvbm.nl/meteorologica/ informatie_voor_auteurs/ Artikelen uit Meteorologica mogen uitsluitend worden overgenomen na voorafgaande schriftelijke toestemming van de redactie.

Meteorologica (ISSN 0929-1504) verschijnt vier maal per jaar en is een uitgave van de Nederlandse Vereniging ter Bevordering van de Meteorologie (NVBM).

Administratie: Janneke Ettema (bestuurnvbm@gmail.com) Penningmeester: Olaf Vellinga (penningmeester@nvbm.nl)

Vormgeving: Colorhouse, Almelo Vermenigvuldiging: Colorhouse, Almelo Abonnementen Alle leden van de NVBM zijn automatisch geabonneerd op Meteorologica. Ook niet-leden kunnen zich abonneren door 28,- Euro voor vier nummers over te maken naar IBAN: NL66INGB0000626907, BIC: INGBNL2A, ten name van: NVBM-Meteorologica Postbus 464 6700 AL Wageningen onder vermelding van: “Abonnement Meteorologica” en uw adres.

Abonnementen worden telkens aangegaan voor een heel kalenderjaar; bij tussentijdse betaling worden de reeds verschenen nummers van dat jaar toegestuurd. Voor abonnees in het buitenland zijn de kosten 34,- Euro per jaar.

Ook losse nummers kunnen op deze manier worden besteld (zolang de voorraad strekt) voor 9,- Euro per stuk, onder vermelding van de gewenste jaargang en nummer(s). Instellingen betalen 59,- Euro voor een abonnement. Opzeggingen per email naar het bestuur (bestuurnvbm@gmail.com); hierbij geldt een opzegtermijn van drie maanden.

Lid worden van de NVBM Het lidmaatschap van de NVBM kost 50,Euro per jaar. Meer informatie hierover is te vinden op de NVBM website: www.nvbm. nl. Opzeggingen per email naar het bestuur (bestuurnvbm@gmail.com); hierbij geldt een opzegtermijn van drie maanden.

Advertenties Adverteren in Meteorologica is mogelijk.

Advertenties worden geplaatst op 3 formaten: A5, A4 of A3.

Uiterste inleverdata voor advertenties zijn: 1 februari, 1 mei, 1 augustus en 1 november voor respectievelijk nummer 1, 2, 3 en 4. Tarieven zijn op te vragen bij Richard Bintanja (e-mail: bintanja@gmail.com, tel: 030-2206499).

Sponsorschap NVBM Men kan sponsor worden van de NVBM. Een sponsorschap wordt afgesloten voor minimaal 1 jaar. Een sponsor heeft diverse rechten, o.a.: – Het plaatsen van advertenties in Meteorologica – Plaatsing van het firmalogo in het blad.

– Het bijwonen van congressen e.d. georganiseerd door de NVBM. Voor meer informatie over het sponsorschap kunt u contact opnemen met Richard Bintanja (zie boven).

Meteorologica 1 - 2015

31