211service.com
Betere nowcasting kan onthullen welk weer het gaat worden binnen 500 meter
Commando voor luchtmobiliteit
Weersvoorspellingen zijn indrukwekkend nauwkeurig gezien hoe veranderlijk en chaotisch het klimaat op aarde kan zijn. Het is niet ongebruikelijk om 10-daagse voorspellingen te krijgen met een redelijke mate van nauwkeurigheid.
Maar er is nog veel te doen. Een uitdaging voor meteorologen is het verbeteren van hun nowcasting, het vermogen om het weer in de komende zes uur of zo te voorspellen met een ruimtelijke resolutie van een vierkante kilometer of minder.
In gebieden waar het weer snel kan omslaan, is dat lastig. En er staat veel op het spel. Agrarische activiteiten zijn in toenemende mate afhankelijk van nowcasting, en de veiligheid van veel sportevenementen hangt er ook van af. Dan is er het risico dat plotselinge regenval kan leiden tot plotselinge overstromingen, een groeiend probleem in veel gebieden als gevolg van klimaatverandering en verstedelijking. Dat heeft implicaties voor de infrastructuur, zoals het rioolbeheer, en voor de veiligheid, aangezien dit soort overstromingen dodelijk kan zijn.
Dus meteorologen zouden dolgraag een betere manier hebben om hun nowcasts te maken.
Voer Blandine Bianchi van EPFL in Lausanne, Zwitserland, en een paar collega's in, die een methode hebben ontwikkeld om meteorologische gegevens uit verschillende bronnen te combineren om nowcasts met verbeterde nauwkeurigheid te produceren. Hun werk heeft het potentieel om het nut van dit soort prognoses voor iedereen te veranderen, van boeren en tuinders tot hulpdiensten en rioleringsingenieurs.
Huidige prognoses worden beperkt door de gegevens en de schaal waarop ze worden verzameld en verwerkt. Satellietgegevens hebben bijvoorbeeld een ruimtelijke resolutie van 50 tot 100 km en maken het volgen en voorspellen van grote wolkencellen mogelijk over een tijdschaal van zes tot negen uur. Daarentegen worden radargegevens elke vijf minuten bijgewerkt, met een ruimtelijke resolutie van ongeveer een kilometer, en leiden ze tot voorspellingen op de tijdschaal van één tot drie uur. Een andere bron van gegevens zijn de microgolfverbindingen die worden gebruikt door telecommunicatiebedrijven, die worden aangetast door regenval.
Het is duidelijk dat radar een groot potentieel heeft voor nowcasting, en inderdaad, meteorologen hebben aanzienlijke middelen besteed aan het bestuderen ervan. De eenvoudigste benadering is om een momentopname te maken van het huidige regenpatroon met zijn snelheid en richting, en dit patroon vervolgens in de ruimte te vertalen.
Dit werkt op korte tijdschalen en een resolutie van ongeveer 4 km. Maar na ongeveer 40 minuten is elk voorspellingsvermogen verloren, zeggen Bianchi en co. En met een grotere resolutie van ongeveer 1 km daalt het voorspellingsvermogen tot minder dan 15 minuten.
Een manier om deze voorspellingen te verbeteren is om de radarbeelden te correleren met neerslagmetingen op de grond. Dit biedt een extra manier om het weermodel in te perken en zo te verbeteren. Dit is in wezen de techniek die Bianchi en co hebben ontwikkeld.
Deze mensen hebben de gegevens die in 2009 zijn verzameld van 14 regenmeters, 14 microgolfverbindingen en de radarregenmetingen van MeteoSwiss in het 20x20 km-gebied rond Zürich in Zwitserland gecombineerd. Het team gebruikt deze gegevens van een specifieke tijdsperiode vervolgens om regenval te voorspellen over tijdschalen tot 30 minuten.
Omdat de gegevens historisch zijn, kunnen ze de voorspelling vergelijken met de werkelijke regenval om de nauwkeurigheid te bepalen.
De resultaten zijn veelbelovend. Een belangrijke veronderstelling die weersvoorspellers maken, is dat de atmosfeer op dezelfde manier zal blijven veranderen als nu. Dit wordt Lagrangiaanse volharding genoemd en is vaak perfect.
Als deze aanname correct is, zeggen Bianchi en co, produceren hun nowcasts nauwkeurige voorspellingen meer dan 20 minuten in de toekomst op een schaal van slechts 500 meter. Dat is indrukwekkend. Het zou belangrijke implicaties hebben voor het realtime beheer van waterafvoer in stedelijke rioleringssystemen en in landbouwactiviteiten.
Maar de aanname van Lagrangiaanse volharding is niet altijd waar. Soms ondergaat de atmosfeer onverwachte veranderingen - plotselinge verhittingsgebeurtenissen die bijvoorbeeld convectiecellen veroorzaken. En wanneer dit gebeurt, daalt de nauwkeurigheid van de voorspellingen dramatisch. In het geval van convectieve gebeurtenissen nemen de prestaties van het nowcast-algoritme snel af na 15 minuten, vanwege de snelle ontwikkeling en beweging van regencellen, zeggen Bianchi en co.
Dus dat legt een aantal belangrijke beperkingen op aan wat dit soort nowcasting kan doen. Toch is zelfs het vermogen om de onzekerheid van een nowcast te karakteriseren een belangrijke ontwikkeling, zeggen Bianchi en co.
Er is duidelijk meer werk aan de winkel. Maar in sommige gebieden is nauwkeurige nucasts op de schaal van honderden meters een doel dat meteorologen duidelijk in hun vizier hebben.
Referentie: arxiv.org/abs/1810.11811 : Rainfall Nowcasting door radars, magnetronkoppelingen en regenmeters te combineren