40 Jaar ontwikkeling in de operationele meteorologie Een overzicht Ruud Ivens 20 oktober 2005

Waarnemingen Datacommunicatie Methoden De meteoroloog 20 oktober 2005

Waarnemingen op zee 1965 “Volop” weerschepen Vanaf circa 1975 geleidelijk vervangen door: - satellietwaarnemingen - automatische waarneemstations aan boeien Verder doorlopend koopvaardij- en marineschepen (“Selected ships”) 20 oktober 2005

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 20 oktober 2005

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 20 oktober 2005

Waarnemingen: zicht 1965 – 1970: Introductie transmissometers voor zichtbepaling - geen zicht “rondom” 20 oktober 2005

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) 20 oktober 2005

Waarnemingen: weer, zicht 1965 – 1990 : Volledig mensenwerk Vanaf 1990 : “Present Weather” Sensoren - Sinds 2002 synoptisch KNMI-netwerk geheel geautomatiseerd m.b.v. PWS 20 oktober 2005

Instrumentarium op werkplek waarnemer Schiphol circa 1975 De “lokale” waarneming Nu 20 oktober 2005

Waarnemingen: de presentatie 1965 Nu 1 maal per uur elke 10 minuten 20 oktober 2005

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 20 oktober 2005

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 20 oktober 2005

Waarnemingen: satellieten Ontvangst- en verwerkings- apparatuur satellietdata 1988 1975 nu 20 oktober 2005

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 gebruik en 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 20 oktober 2005

Waarnemingen Datacommunicatie Methoden De meteoroloog 20 oktober 2005

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) 20 oktober 2005

Datacommunicatie in beeld 1965 20 oktober 2005

Datacommunicatie in beeld 2005 20 oktober 2005

Waarnemingen Datacommunicatie Methoden De meteoroloog 20 oktober 2005

In kaart gebracht 1965 - 2 à 3 Uren na waarneemtijd 1980 - 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 20 oktober 2005

Methoden 1965 Belangrijkste gereedschap van de meteoroloog: - Potlood - Gum - Veger - Analyseschaaltje - Inzicht in samenhang - Ervaring - Intuïtie 20 oktober 2005

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 20 oktober 2005

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 20 oktober 2005

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 20 oktober 2005

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) 20 oktober 2005

Methoden / Gebruik numerieke modellen Rekenmodellen (meer lagen), verwerking van de modeluitvoer door de meteoroloog op traditionele wijze Circa 1970 - Prognostische kaart 500 hPa van NMC - BK3-model KNMI 20 oktober 2005

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” 20 oktober 2005

Methoden / Gebruik numerieke modellen 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 20 oktober 2005

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 20 oktober 2005

Methoden / Gebruik numerieke modellen Voorbeelden gebruik ECMWF-modeluitvoer heden Deterministisch EPS 20 oktober 2005

Methoden / Gebruik numerieke modellen 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 20 oktober 2005

Methoden / Toepassing Conceptuele modellen 1965 Allereerste “Conceptuele Model” Frontenmodel (Noorse School, 1920) 20 oktober 2005

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 20 oktober 2005

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? 20 oktober 2005

Methoden / Toepassing Conceptuele modellen Vanaf 1995 geleidelijk aan uitbreidend tot een stuk of 25 Onder andere toegepast in “SATREP” Een voorbeeld: ontwikkeling “Instant Occlusion” 20 oktober 2005

Weerkamermeteoroloog De werkplek 1965 - 1995 Vanaf 1995 20 oktober 2005

Waarnemingen Datacommunicatie Methoden De meteoroloog 20 oktober 2005

Weerkamermeteoroloog Karakteristiek 1965: - ambachtsman - kunstenaar - specialist - magiër - halfgod Nu: - vakman - interpretator - all-rounder - weerbewaker (model) - communicator Toekomst bovendien: - toegepast wetenschapper - methodiekontwikkelaar 20 oktober 2005