Waarom een wintervoorspelling onzinnig is

Het jaarlijkse “ach, daar is ‘ie weer” kwam deze week weer voorbij – de wintervoorspelling van Piet Paulusma, waarin hij voorspelt dat de winter in december direct begint met sneeuw, januari daarna gaat kwakkelen en dat het ergens 20 graden gaat vriezen. En dan kunnen we waarschijnlijk ook nog de schaats op.

Als Bliksemdetectie doen we niet mee aan dergelijke voorspellingen. In deze blog willen we je graag uitleggen hoe een weersverwachting tot stand komt, wat de onbetrouwbaarheid van een dergelijke verwachting is na een aantal dagen vooruit, en waarom een voorspelling voor een seizoen vooruit dus eigenlijk niets anders is dan een gok in het wilde weg.

We zitten inmiddels volop in de herfst. Foto: Stephan van Loon

Omslagfoto: Stephan van Loon

Het meten van het wereldwijde weer

Wereldwijd worden er enorm veel meteorologische metingen verricht. Dat wil zeggen, op een weerstation worden continu waarden geregistreerd zoals de actuele temperatuur, luchtvochtigheidsgraad, luchtdruk, of er regen valt en zo ja hoeveel, net als windsnelheid en -richting. Dat gebeurt in de praktijk meestal op zogeheten AWS-stations, professionele stations die volgens wereldwijd afgesproken richtlijnen aan strikte eisen moeten voldoen en vaak in het bezit zijn van publieke of private weerbureaus. Zo heeft het KNMI in Nederland een dekkend netwerk, terwijl in België weerstations staan die door het KMI beheerd worden.

De weerstations in Nederland zijn redelijk dekkend voor het land, maar toch is de afstand tussen deze stations groot. Gelukkig bestaat er in ons land een groot aantal enthousiastelingen die ook op continue wijze metingen verricht. Het gaat dan om de automatische weerstations van de zogeheten ‘weeramateurs’, die, zeker als het weer op de juiste wijze wordt gemeten, de AWS-gegevens enorm kunnen verrijken. De schaduwkant van dergelijke weerstations is dat deze vaak niet volgens dezelfde wereldwijde richtlijnen staan opgesteld.

Het gebeurt namelijk vaak dat ze niet in het open weiland staan, simpelweg door gebrek aan een dergelijk weiland omdat het station in de stad staat. Of de windmeter staat niet op tien meter hoogte, of er staat een boom in de weg.

Gelukkig benaderen we op die manier wel de daadwerkelijke condities in de stad, dus de schade is te overzien. Zeker gezien de opkomst van geavanceerde filtertechnieken en een enorme ontwikkelslag die de ‘weeramateurs’ maken, worden deze meetgegevens steeds beter.

[ad]

Een voorbeeld van zo’n weerkaart, in dit geval die van het Europese model. Bron: WxCharts.eu

Weermodellen en de weersverwachting

Deze enorme hoeveelheid gegevens dienen als input voor de zogeheten weermodellen. Sinds de Tweede Wereldoorlog kwam de weerkunde namelijk in een enorme stroomversnelling terecht. Dankzij het groeiende aantal metingen konden weerkundigen in die tijd ontdekken dat er verschillende patronen zichtbaar waren. Een aantal van die patronen:

• Een daling in de luchtdruk gaat gepaard met slechter weer, een sterke luchtdruk vaak met storm;
• Een toename in de luchtvochtigheid gaat gepaard met broeierigheid;
• Et cetera!

Mede dankzij de grote natuurkundige kennis van deze weerkundigen, de voortgang in wiskunde en – als belangrijkste element – de voortgang die computerkundigen boekten in termen van rekenkracht konden ervoor zorgen dat deze patronen werden vertaald in complexe formules, die op zijn beurt weer in computers konden worden geladen.

Doe je dat, dan ben je eigenlijk aan het werken aan een weermodel: een model dat gegeven de actuele staat van het weer de toekomstige staat van het weer kan berekenen.

Verschillende weerinstituten hebben weermodellen ontwikkeld. Zo heeft het KNMI in Europees verband meegedaan aan het HiRLAM-model en gebruikt het nu het zogeheten Harmonie-model. Maar toch zijn de meestgebruikte modellen niet Nederlands: het UKMO-model van het UK Met Office wordt veel gebruikt, net als het Amerikaanse GFS-model en het Europese ECMWF.

De output van al deze weermodellen wordt door weerkundigen gebruikt om, al dan niet deels automatisch, de weersverwachting op te stellen.

Tip: een uitgebreid achtergrondartikel over de kwaliteit van het Europese en Amerikaanse weermodel vind je hier.

[ad]

Hoe een weermodel werkt

Goed, we zeiden het net al even: een weermodel kan gegeven de actuele staat van het weer de toekomstige staat ervan berekenen. Dat betekent dus dat de weersverwachting van drie dagen vooruit opgesteld is met output van de weermodellen. Maar hoe gaat dat dan precies in zijn werk?

Bron: wat is nowcasten en waarom is het belangrijk?

Hierboven zien we de zogeheten ketting waarmee zo’n weermodel werkt. Op basis van de hoeveelheid metingen (‘eerste data’) kan het weermodel de toekomstige staat van het weer berekenen. Dat doet het meestal in een stap van een aantal uur vooruit; in de praktijk is dat vaak 3 uur, maar soms komt 6 of 12 uur ook voor.

Kortom: stoppen we de metingen in het weermodel, dan komt daar de berekening voor drie uur vooruit uit.

Maar op het moment dat we diezelfde metingen in het model stoppen, dan … gebeurt hetzelfde. Hoe komen we dan tot de berekening voor zes uur vooruit?

Een nieuw weermodel maken kan niet, want daar gaat vaak jaren aan werk in zitten.

De oplossing is eigenlijk heel simpel: we stoppen de berekening van drie uur vooruit in het weermodel – dat lijken voor de berekening van 6 uur vooruit immers net een soort metingen! De output: de berekening voor zes uur vooruit.

Je zult begrijpen dat hetzelfde gebeurt voor negen, twaalf, vijftien, … en ga zo maar door uur vooruit.

[ad]

Fouten in de metingen

De metingen zijn echter nooit correct. Per definitie kan een meetinstrument nooit de exacte temperatuur meten, noch de exacte windsnelheid.

Dat heeft te maken met hoe we in de wiskunde dergelijke getallen benaderen: het gaat om getallen waar per definitie geen einde aan kan komen.

Terwijl een thermometer toch vaak zegt: het is 14,3 graden.

Hoe nauwkeuriger de thermometer is, hoe kleiner de zogeheten meetfout, maar zoals je kunt zien missen we toch altijd een stuk:

Voor de berekening van een aantal uur vooruit is die meetfout geen probleem. De weermodellen zijn dusdanig goed dat ze deze meetfout prima kunnen opvangen. Maar toch zit er een hele kleine fout in de berekening. Die fout wordt meegenomen in de berekening van zes uur vooruit: ook daar zit weer een kleine fout in, maar dat is in dit stadium nog niet van belang.

Gaan we echter steeds verder vooruit, dat wil zeggen tot 5 dagen vooruit (dat is 120 uur), dan wordt de fout steeds groter.

Tot op een bepaald moment altijd geldt dat de berekening nooit meer klopt met de werkelijkheid, als we die dagen daarna registreren!

Kortom: je hebt op dat tijdstip dus geen fluit meer aan het weermodel.

[ad]

De onzinnigheid van een seizoensvoorspelling

Het raakt meteen de kern waarom wij van mening zijn dat een seizoensvoorspelling totale flauwekul is. De grens van de betrouwbaarheid van de weermodellen ligt op circa 5 dagen vooruit. Daarmee komen we er dus niet.

Is er dan nog een andere mogelijkheid? Misschien wel. Er bestaan modellen die op basis van klimaatdata, dus reeksen meetgegevens van vele jaren, patronen kunnen registreren en op die manier een verwachting kunnen berekenen voor een seizoen. Er is een maar: die modellen geven slechts een indicatie aan. Kortom: “er is een kleine kans dat het seizoen iets kouder wordt dan gemiddeld.” Of: “de kans is aanwezig dat er meer regen gaat vallen dan normaal.”

Daar staan Piets uitspraken helaas totaal niet mee in verhouding:

• “De winter zal in december al van start gaan. In december ook sneeuw”
• “Januari kan wel eens kwakkelend verlopen, maar Koning Winter zal ook in januari aanwezig zijn”
• “Als het verloop van januari kwakkelend is zal februari voor fikse winterkou zorgen”

Gevolgd door een aantal uitspraken over -20 en schaatsen.

Helaas duiken de nieuwsmedia hier hysterisch bovenop. Kwalitatieve weersverwachtingen door bijvoorbeeld het KNMI raken hierdoor ondergesneeuwd (inderdaad, een flauw woordgrapje) – omdat ze niet zo spannend zijn. Maar ze zijn wel realistisch. Dergelijke generieke uitspraken zoals hierboven staan beschreven zijn gebaseerd op onderbuikgevoel en raken dus naar onze mening kant noch wal.