40 Jaar ontwikkeling in de operationele meteorologie

1. Een overzicht Ruud Ivens 40 Jaar ontwikkeling in de operationele meteorologie

2. Waarnemingen • Datacommunicatie • Methoden • De meteoroloog

3. Waarnemingen op zee • 1965 “Volop” weerschepen • Vanaf circa 1975 geleidelijk vervangen door: - satellietwaarnemingen - automatische waarneemstations aan boeien • Verder doorlopend koopvaardij- en marineschepen (“Selected ships”)

4. Waarnemingen: bovenlucht • 1965 - radiosonde, ontvangst volledig handbediend - vliegtuigwaarnemingen, menselijke tussenkomst: AIREP • 2005 - radiosonde, ontvangst en bewerking geautomatiseerd - vliegtuigwaarnemingen, volledig automatisch: AMDAR - satellietwaarnemingen, temperatuur-/vochtprofielen, wind - windprofilers, (akoestische) sounders: nog geen volwaardig alternatief

5. Waarnemingen weer, zicht, wolken • 1965 Volledig visueel - Bijvoorbeeld: baanzicht op vliegvelden (RVR) bepaald door lampen te tellen, staande op de as van de landings-/startbaan. Levensgevaarlijk! - Bijvoorbeeld hoogte wolkenbasis: pilot balloon, in de nacht wolkenlicht, met hulp van een sextant; op vliegvelden geholpen door de piloten

6. Waarnemingen: zicht 1965 – 1970: Introductie transmissometers voor zichtbepaling - geen zicht “rondom”

7. Waarnemingen: wolken • 1965 – 1970: Introductie wolkenhoogtemeters - aanvankelijk: interpretatie van de registraties door de waarnemer (wolkenbasis, hoeveelheid) - heden: LIDAR-techniek, interpretatie m.b.v. software mogelijk (algoritmes)

8. Waarnemingen: weer, zicht • 1965 – 1990 : Volledig mensenwerk • Vanaf 1990 : “Present Weather” Sensoren - Sinds 2002 synoptisch KNMI-netwerk geheel geautomatiseerd m.b.v. PWS

9. Instrumentarium op werkplek waarnemer Schiphol circa 1975 De “lokale” waarneming Nu

10. Waarnemingen: de presentatie 1965 Nu 1 maal per uur elke 10 minuten

11. Waarnemingen: weer “op afstand” • 1965: Neerslagradar - Aanvankelijk geheel handmatige bediening en gegevensverwerking; verversingscyclus ½ uur - Vanaf circa 1985 digitale verwerking en presentatie; verversingscyclus vijf minuten

12. Waarnemingen: satellieten • 1965: alleen polair omlopende satellieten, o.a. TIROS, later NIMBUS, ESSA, NOAA-reeks - hoogte boven aardoppervlak 700 – 1500 km (elliptische banen) - slechts 2 maal per etmaal “recht over” • Vanaf circa 1975 ook geostationaire satellieten, o.a. METEOSAT, GOES, GMS - verversingsfrequentie ½ uur, vanaf 1995 ¼ uur • Presentatie - aanvankelijk op fotopapier - vanaf circa 1985 vooral beeldscherm

13. Waarnemingen: satellieten • Ontvangst- en verwerkings- apparatuur satellietdata 1988 1975 nu

14. Waarnemingen: satellieten De mogelijkheden • 1965 - alleen plaatjes kijken: de bovenkant van de wolken - 2 “vensters”: zichtbaar licht en infrarood • Vanaf ca 1980 tot heden - door het gebruiken de combinatie van meerdere “vensters”: mogelijkheid door de wolken heen te meten - meten op verschillende “diepten” in de atmosfeer - windmetingen - vochtmetingen - golfhoogte en -richting op zee

15. Waarnemingen • Datacommunicatie • Methoden • De meteoroloog

16. Datacommunicatie • 1965 -In hoofdzaak (radio)telex; 50 – 300 baud - In dunbevolkte gebieden en op zee: morsetelegrafie - Veelal gecodeerde berichten (5 cijfercodes) - (Radio)fax voor beeld- (kaart-) materiaal - In de spitsuren per locatie 3 tot 4 medewerkers in touw • 1975 – 1990 - Geleidelijke overstap naar snelle computer-computer communicatie - Telex en fax blijven vooralsnog beschikbaar - Satellietbeelden veelal nog via (foto)fax • 1990 – heden - Vrijwel uitsluitend computer-computer - Intrede nieuwe coderingen (o.a. BUFR)

17. Datacommunicatie in beeld • 1965

18. Datacommunicatie in beeld • 2005

19. Waarnemingen • Datacommunicatie • Methoden • De meteoroloog

20. In kaart gebracht • 1965 - In spitsuur 3 à 4 medewerkers - 2 à 3 Uren na waarneemtijd • 1980 - 1 medewerker/deeltijd - 1 à 11/2 Uur na waarneemtijd • 1990 - (Bijna) 0 medewerker - Circa ½ uur na waarneemtijd - (1995) Vanaf Met. Werkstation

21. Methoden • 1965 Belangrijkste gereedschap van de meteoroloog: - Potlood - Gum - Veger - Analyseschaaltje - Inzicht in samenhang - Ervaring - Intuïtie

22. Methoden • 1965 - Grote aandacht voor de analyse - Veel belang gehecht aan herkenning luchtsoorten - Geen kundig meteoroloog zonder uitstekende vaardigheid in het analyseren van weerkaarten - Zonder juiste analyse geen goede verwachting mogelijk

23. Methoden • 1965 Korte termijn verwachtingen, tot 18 uur vooruit: - “isochronen-methode” - druktendensen - verticale structuur (TEMPS) Middellange termijn verwachtingen, tot 36 uur vooruit: - “stuurlijnen-methode” - vuistregels, vaak via overlevering

24. Methoden • 1965 Statistische methoden voor slechts enkele verwachtings- elementen, geheel handmatig met behulp van tabellen en nomogrammen, bijvoorbeeld: - Maximum temperatuur met: Dikte laag 500/1000 hPa Windrichting Zonneschijnklasse (4 klassen) - Kans op onweer vandaag met: Luchtdruk De Bilt 12.00 UTC 24 uurs vorticiteitsverandering 500 hPa 12.00 UTC Dikteverschil lagen (700/1000 hPa) – (500/700 hPa) “Extreme breedte” 500 hPa hoogtelijn over De Bilt 00.00 UTC

25. Methoden: Numerieke modellen 1965 - verticale resolutie 2-4 lagen - roosterpuntsafstanden 200-300 km - conventionele waarnemingen (SYNOP, Radiosonde) Nu - verticale resolutie doorgaans meer dan 20 lagen - roosterpuntsafstanden < 50 km (HiRLAM 22/11 km) - naast conventionele waarnemingen: - satellietmetingen, temperatuur, vocht, wind - vliegtuigmetingen KNMI-traject:BK2-4 >> LAM >> HiRLAM(1-2 dagen vooruit)

26. Rekenmodellen (meer lagen), verwerking van de modeluitvoer door de meteoroloog op traditionele wijze Circa 1970 - Prognostische kaart 500 hPa van NMC - BK3-model KNMI Methoden / Gebruik numerieke modellen

27. Methoden / Gebruik numerieke modellen Meerdaagse verwachtingen (1) • Circa 1970, drie dagen Tot 72 uur vooruit op basis van NMC-model - Kaarten 500 hPa-vlak - “Analogen-methode” • Circa 1980, vijf dagen Op basis van aanvankelijk UKMO- (+120 uur), vervolgens ECMWF-model (+144 uur) - Kaarten grondniveau en 500 hPa-vlak - Aanvankelijk nog “analogen-methode” - Spoedig gevolgd door statistische methoden: MOS, “gidsverwachtingen”

28. Prognostische kaarten in gebruik door de “meerdaagse en bouwmeteorologen” 1972: “handgemaakt” op basis van NMC-progs tot +48 uur 1985: kaarten op basis van ECMWF- progs tot +120 uur Methoden / Gebruik numerieke modellen

29. Methoden / Gebruik numerieke modellen Meerdaagse verwachtingen (2) • 1985 - 1995, vooral op basis van ECMWF-model - Steeds meer parameters - Perfectionering statistische methoden en voor een veelheid aan elementen • 1998 - heden, negen dagen (+240 uur) - Naast het perfectioneren van het “operationele” rekenmodel: - Een vijftigtal herberekeningen met kleine verstoringen in de uitgangssituatie - “Ensemble Prediction” : inzicht in betrouwbaarheid van en mogelijke spreiding in berekening van de toekomstige toestand; uitmuntende basis voor kansverwachtingen

30. Voorbeelden gebruik ECMWF-modeluitvoer heden Deterministisch EPS Methoden / Gebruik numerieke modellen

31. Talloze KNMI HiRLAM-modelvelden, een voorbeeld: potentiële vorticiteit, hoogte-vlak van 2 PV eenheden Doel: - nagaan of de modelanalyse past in het waterdampbeeld, waargenomen door de satelliet - tijdig signaleren van markante ontwikkelingen in de hogere lagen van de troposfeer Methoden / Gebruik numerieke modellen

32. Methoden / Toepassing Conceptuele modellen 1965 Allereerste “Conceptuele Model” Frontenmodel (Noorse School, 1920)

33. Methoden / Toepassing Conceptuele modellen • 1965: - de meeste verworvenheden uit de stromingsleer waren speeltjes voor meteorologisch onderzoekers - de rekenmodellen op basis van de atmosferische stromingsleer waren bij gebrek aan voldoend snelle rekenmachines alleen toepasbaar voor onderzoeksdoeleinden • Nu: - snelle computers maken zeer gedetailleerde rekenmodellen mogelijk, waarbij het resultaat ook nog snel gepresenteerd kan worden (bijna real-time) - presentatie van modelvelden met begrippen als (potentiële) vorticiteit(sadvectie), temperatuuradvectie, scherings-/krommingsvorticiteit in de weerkamer is nu geen enkel probleem en dat op verschillende niveaus in de atmosfeer

34. Methoden / Toepassing Conceptuele modellen • Al deze specifieke rekenmodelvelden geven de meteoroloog in de weerkamer de mogelijkheden fenomenen, die op satellietopnamen zichtbaar zijn, met behulp van de conceptuele modellen te begrijpen en te verklaren • Trouwens meer dan alleen verklaren: - Hij is nu in staat de toekomstige ontwikkeling preciezer in te schatten; - Tevens kan de uitkomst van de rekenmodellen op waarde worden beoordeeld; heeft het model een bepaalde ontwikkeling goed te pakken of moet de uitkomst worden aangepast?

35. Methoden / Toepassing Conceptuele modellen Vanaf 1995 geleidelijk aan uitbreidend tot een stuk of 25 Onder andere toegepast in “SATREP” Een voorbeeld: ontwikkeling “Instant Occlusion”

36. 1965 - 1995 Vanaf 1995 WeerkamermeteoroloogDe werkplek

37. Waarnemingen • Datacommunicatie • Methoden • De meteoroloog

38. 1965: - ambachtsman - kunstenaar - specialist - magiër - halfgod Nu: - vakman - interpretator - all-rounder - weerbewaker (model) - communicator Toekomst bovendien: - toegepast wetenschapper - methodiekontwikkelaar WeerkamermeteoroloogKarakteristiek