Wat is nowcasten en waarom is het belangrijk?

Vandaag is er kans op zware regen- en onweersbuien. Als gevolg daarvan krijgen we veel vragen over waar en wanneer het onweer dan precies plaats gaat vinden. Onze reactie is dan standaard dat we moeten afwachten, dat we moeten nowcasten, omdat het niet precies duidelijk is waar en wanneer het onweer precies komt. En of er überhaupt zoals verwacht zwaar onweer komt. In dit artikel probeer ik uit te leggen waardoor dat komt.

• Omslagfoto: Maurice Hamming

Een weersverwachting staat of valt bij twee ingrediënten: de output van een weermodel en de intuïtie van een meteoroloog. De weersverwachtingen van vandaag de dag zijn in de meeste gevallen een interpretatie van een meteoroloog over de huidige stand van zaken in de weerkaarten. Deze weerkaarten worden gegenereerd door weermodellen. Een weermodel werkt op heel hoog niveau bekeken heel simpel, zoals je op het diagram hiernaast kunt zien. Je stopt er gegevens, ook wel (weer)data genoemd, in. Het model gaat dan rekenen en komt met een inschatting voor de atmosfeer op allerlei vlakken: temperatuur, vochtigheidsgraad, bewolkingsniveau, luchtdruk; ook de complexere parameters zoals CAPE en shear. Het gebruikt daarvoor hele complexe natuurkundige formules die om kunnen gaan met de complexiteit van de atmosfeer.

De vraag is nu: als je er data in moet stoppen om tot een inschatting te komen, welke data moet je er dan in stoppen? Dat is eigenlijk heel simpel. Wereldwijd wordt op een enorm aantal plaatsen het actuele weer gemeten. Dat gebeurt met grondstations, met meetmasten (denk aan de mast in Cabauw, bij Utrecht), met weerballonnen – maar ook door de zogeheten ‘weeramateurs’ die thuis een station hebben staan. Al deze gegevens worden door een weermodel geprepareerd tot een eerste dataset, die vervolgens in het weermodel gestopt wordt. Het is dan een aantal uren wachten totdat er een inschatting van de atmosfeer beschikbaar is. Daarom draaien de meeste weermodellen maar zo’n 4 keer per dag.

Verschillende weermodellen

Er is een flink aantal weermodellen beschikbaar. Het Europese weercentrum ECMWF heeft een weermodel beschikbaar dat medium-range verwachtingen maakt, oftewel verwachtingen op de middellange termijn. ECMWF wordt vaak het Europese model genoemd. Verder heeft de Amerikaanse weerdienst NOAA een weermodel beschikbaar genaamd GFS, het Global Forecast System. Zo zijn er nog meer modellen: UKMO van de Britse weerdienst, WRF, ICON, maar ook HiRLAM en Harmonie van o.a. het KNMI. Al deze modellen stellen hun eerste dataset op een net iets andere manier samen. Je zult als je verder leest begrijpen waarom dit als gevolg heeft dat na een tijd de modellen sterk van elkaar afwijken.

Van inschatting tot weersverwachting

Volgens bovenstaand diagram hebben we nu een inschatting van atmosfeer. Maar je kunt er geen weersverwachting mee maken. Of ja, misschien ook wel. Voor 3 uur vooruit, ja! Een weermodel berekent een inschatting voor de atmosfeer in stappen van 3 uur. Sommige weermodellen gebruiken stappen van 6 uur, maar laten we voor het gemak even van 3 uur uit gaan. Als we de eerste dataset dus in het weermodel hierboven stoppen krijgen we een inschatting voor de atmosfeer 3 uur van nu. We weten dan ongeveer wat het voor temperatuur wordt, of er neerslag gaat vallen, enzovoort. Maar je kunt er geen weersverwachting mee maken zoals die in het Journaal worden getoond. Daarvoor moet je toch echt meer informatie hebben.

Maar hoe doe je dat? Als je dezelfde eerste dataset weer in het weermodel stopt, krijg je waarschijnlijk een verwachting die heel sterk op die van 3 uur vooruit lijkt. Logisch ook, omdat het 3 uur vanaf de eerste dataset is berekend. Ook weer heel simpel eigenlijk: de inschatting van +3 uur kun je gebruiken als ‘eerste dataset’ voor de inschatting van +6 uur, enzovoort. Je krijgt dan zoals hieronder in het diagram weergegeven een schakelketting aan inschattingen. En zo wordt een weersverwachting berekend door weermodellen.

Fouten in weersverwachting

Je hebt misschien wel eens gehoord dat de weersverwachting tot vijf dagen vooruit betrouwbaar is. Dat is geen rare hoax, maar een grove schatting die de waarheid benadert.  De eerste data is de huidige stand van zaken op basis van een groot aantal metingen. Stel nu dat er een zeer betrouwbare thermometer is die onderstaande temperatuur weet af te meten. De vraag is nu: eindigt de temperatuursmeting bij het laatste getal achter de komma, die 5? Nee. De temperatuur kan met een oneindig aantal cijfers achter de komma worden gemeten. Hetzelfde geldt voor de luchtdruk, vochtigheid, windsnelheid en -richting, enzovoort. Het rode deel wordt ook wel een meetfout door afronding genoemd: het ontbrekende deel kan niet worden gemeten.

Als een thermometer nu 14,3323…. zou uitslaan, maar de temperatuur 14,3249… is, dan heb je een volgend soort meetfout te pakken: een meetfout door afwijking.

En meetfouten zijn niet te voorkomen.

Maar wat maakt zo’n verschil van een miljoenste cijfer achter de komma nu uit? Een hele hoop. De eerste data, met fouten dus, wordt gebruikt voor de inschatting voor 3 uur. Die is dus een heel klein beetje fout, maar de modellen zijn zo goed dat dat in de praktijk niet uitmaakt. Aangezien deze foute inschatting wordt gebruikt voor iedere volgende inschatting, die op zichzelf ook een beetje fout is, wordt het geheel steeds minder correct. Tot er op een bepaald moment gewoon geen chocola meer van te maken is, omdat het weer dat wordt ingetekend nooit uitkomt. Bij normale weersomstandigheden ligt die grens op ongeveer +120 uur, dus 5 dagen vooruit.

Maar bij onweerssituaties wordt het een ander verhaal. Onweer op zichzelf is een zeer complex weertype en het correct inschatten van de atmosfeer bij onweer is zeer moeilijk. Omdat ieder weermodel een andere eerste dataset gebruikt, die ook nog eens fouten bevat, wijken bij onweersituaties de weermodellen al gauw sterk van elkaar af. Kijk maar eens naar deze screenshot van een video, gemaakt door Alfred Snoek van MeteoGroup, die sprak over het mogelijke onweer van vandaag. Alle kaarten geven een indicatie voor neerslag op hetzelfde tijdstip. Linksboven zie je het Europese weermodel; rechtsboven een van de twee KNMI-modellen; linksonder het NCEP-model en rechtsonder het UKMO-model. Ze zeggen allemaal iets anders, en dat terwijl het mogelijke onweer op dat moment nog zo’n 24 uur op zich moest laten wachten! Niks 120 uur dus. Bij onweer weet je het nooit zeker.

De oplossing: nowcasten

Er bestaat een noodzakelijke maar elegante oplossing voor dit probleem, die onze interesse en passie voor meteorologie in het algemeen en onweer in het bijzonder aanwakkert: nowcasting. Dat betekent feitelijk dat je de hele dag door de buienradar in de gaten houdt om te kijken of er al ergens onweersbuien zijn ontstaan. De niet-liefhebber kijkt natuurlijk of er onweer op zijn pad komt, maar onze teamleden kijken al vanaf ’s ochtends vroeg op onder andere de radar en de satellietbeelden om te kijken of er boven Frankrijk (!) iets ontstaat. Want dat is immers de broedkamer voor het meeste zware dynamische onweer boven Nederland…

En nu…. afwachten! 🙂