Vakjes vullen in De Bilt

Het KNMI berekent het weerbericht per vakje van 2,5 bij 2,5 kilometer, 6.400 vakjes in totaal. Die vakjes worden steeds kleiner, en het weerbericht preciezer, straks ook dankzij de auto en de mobiele telefoon.

De weersverwachting voor vandaag 13.00 uur. Hiervoor zijn de laatste berekeningen vannacht om 2.00 uur begonnen en elk uur werden bijgewerkt. bron: KNMI en Ben Lankamp en michiel severin (weerplaza.nl)

‘Het weer: vanavond en vannacht zijn er wolkenvelden en valt er nog een enkele bui. Morgen schijnt af en toe de zon en het is vrijwel overal droog. Middagtemperatuur: 21 graden.”

Als hier had gestaan dat dit het weerbericht van vandaag was, dan had je het geloofd. Maar met deze woorden sloot Joop van Zijl op 26 augustus 1994 het journaal van vier uur af.

Het weerbericht lijkt in al die jaren geen steek veranderd. Toch verschilt een weersverwachting vandaag aanzienlijk van die van twintig jaar geleden: hij is veel preciezer.

Want het KNMI kan steeds fijnmaziger kijken. En het boort telkens nieuwe bronnen aan om het weer te meten.

Het weermodel is een lange reeks van rekensommen met twaalf variabelen

Het is een zonnige dag in De Bilt, waar het Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut huist. Het KNMI is allang niet meer verantwoordelijk voor de meeste weerberichten. Wel zijn de metingen en berekeningen van het KNMI nog steeds de belangrijkste bron voor weerberichten en weerwebsites.

En als er een ‘code oranje wegens zware regenval’ wordt afgekondigd, zoals deze weken regelmatig gebeurt, dan is dat in een kantoor op het KNMI-terrein besloten.

De weersvoorspellingen van het KNMI zijn gebaseerd op een lange reeks ingewikkelde rekensommen: het weermodel. Het model is zo ingewikkeld, omdat het rekening moet houden met veel verschillende variabelen, zoals windrichting, windsnelheid en neerslag, in totaal zijn er twaalf.

En dan is de verwachting ook nog een optelsom van 6.400 verwachtinkjes

Maar het is ook zo ingewikkeld omdat er niet één weersverwachting is, maar 6.400 kleine verwachtingen, één voor elk van de 6.400 vakjes waarin het KNMI de lucht boven Nederland en de Noordzee heeft opgedeeld.

„Zo’n gridbox is 2,5 kilometer lang bij 2,5 kilometer breed en binnen dat vierkantje zijn er nog 65 verticale lagen”, vertelt Sander Tijm, die bij het KNMI gespecialiseerd is in weermodellen. „Voor elk vakje wordt op een bepaald moment gekeken hoe het weer daar is. En daarna berekent het model hoe de situatie over een minuut zal zijn. En over nog een minuut, en nog een. Tot 48 uur verder.”

Elke drie uur komt er een weersverwachting voor de komende 48 uur uit het model rollen: de modelrun. Tussendoor worden er voortdurend nieuwe waarnemingen ingestopt. De supercomputer in de kelder van het KNMI die de berekeningen hiervoor maakt, heeft voor één modelrun iets meer dan een uur nodig.

Dus is er een supercomputer nodig

De kwaliteit van de weersverwachting heeft alles te maken met de rekencapaciteit van computers. De computer die nu in de kelder bij het KNMI staat hebben ze sinds de winter van 2011-2012. Het apparaat staat in een aparte ruimte, omdat de ventilatoren voor de koeling enorm veel lawaai maken.

„Bovendien is het ding drie meter lang, twee meter breed en twee meter hoog. Er zitten bijna 5.000 processors in”, zegt Sander Tijm. Ter vergelijking: in een laptop zitten twee of vier processors. Het betekent dat de KNMI-computer 5.000 berekeningen naast elkaar kan uitvoeren.

Elke modelrun levert zo’n 50 gigabyte ruwe data op. Na de modelrun bewerkt de computer die verder tot begrijpelijke plaatjes waar de meteorologen hun voorspelling op kunnen baseren, en bijvoorbeeld specifieke verwachtingen voor het gebied rond Schiphol.

Hoe zat dat twintig jaar geleden, toen Joop van Zijl nog weerberichten voorlas? Tijm werkt sinds eind jaren negentig bij het KNMI. „Toen ik begon was een gridbox nog 55 bij 55 kilometer, met 32 verticale lagen.” Elke paar jaar wordt het grid een stukje kleiner. In 2002 werd er gerekend op 22 vierkante kilometer, in 2006 op 11.”

En worden de vakjes steeds kleiner

Wat is de volgende stap? „In Frankrijk, waar ze met een vergelijkbaar weermodel werken als hier, zijn ze bezig met een grid van 1,3 vierkante kilometer”, zegt Sander Tijm. „Die hebben een computer die wel 50 keer zo krachtig is als die van ons.”

Binnen een paar jaar krijgt het KNMI waarschijnlijk een nieuwe, nog snellere computer. Het is dus een optie om Nederland daarna in nog fijnmaziger stukjes in te delen.

Maar dat zal waarschijnlijk niet de grootste bron van verbetering zijn. „Nederland is vrij vlak, de verschillen in het landschap zijn minder groot dan in het veel bergachtiger Frankrijk.”

Liever ziet Tijm daarom dat de computer vaker modelberekeningen maakt. In plaats van elke drie uur, elk half uur bijvoorbeeld. „Want er blijven altijd fouten in het model zitten, en de atmosfeer is sowieso chaotisch. Als je het model vaker laat rekenen, met kleine verschillen in de begintoestand, is de kans dat je ook een kleine bui ziet aankomen bijvoorbeeld groter. Dat wil je, want die kleine bui kan weer de aanzet zijn tot andere, grotere buien.”

Er zijn ook andere bronnen, bijvoorbeeld de data van satellieten

Kleinere hokjes, vaker berekenen, het maakt de weersvoorspelling accurater. Maar betere voorspellingen krijg je ook door nieuwe informatie te bekijken.

Verspreid over Nederland en de Noordzee staan ongeveer 40 à 50 meetstations, die automatisch gegevens naar het KNMI sturen. Maar het is onmogelijk om daarmee voor al die 6.400 vakjes van 2,5 vierkante kilometer exact te bepalen wat het weer is. „Dat is een van de hele grote problemen bij het bepalen van de begintoestand waarmee het weermodel die 48 uur vooruit moet rekenen”, zegt Sander Tijm.

Daarom gebruiken ze zo veel mogelijk gegevens uit andere bronnen.

Satellietdata bijvoorbeeld. Een satelliet meet geen temperatuur, luchtvochtigheid of windsnelheid aan het aardoppervlak. Hij meet wel de hoeveelheid elektromagnetische straling die op zijn sensor komt.

Daarvan kan vervolgens met een formule de wolkensamenstelling en -temperatuur worden afgeleid. Grofweg: bij een bepaalde straling, had het wolkendek een bepaalde dikte. Halverwege de jaren negentig werd het mogelijk om met deze informatie van satellieten het weermodel direct bij te sturen.

Satellieten zijn overal ter wereld actief, ook in dunbevolkte gebieden en boven oceanen. Het betrekken van deze gegevens gaf daarom twintig jaar geleden een enorme stimulans aan de kwaliteit van de wereldwijde weersverwachtingen.

Een nieuwe bron: vliegtuigen

„Nog niet zo lang geleden zijn we begonnen gegevens van vliegtuigen te gebruiken”, vertelt Raymond Sluiter, onderzoeker geo-ICT bij het KNMI. „Een vliegtuig geeft elke vier seconden aan de luchtverkeersleiding door waar hij vliegt, maar ook wat de temperatuur, windrichting en windsnelheid daar zijn.”

Het KNMI en de andere weerinstituten wereldwijd verzamelen en verspreiden die gegevens, ze blijken heel wat toe te voegen aan hun weermodellen. Sluiter ziet de ontwikkeling waarbij steeds meer apparaten worden uitgerust met internet en allerhande sensoren, dus ook graag komen. Hoewel gegevens van die apparaten niet specifiek voor weersvoorspellingen zijn verzameld, kunnen ze toch heel bruikbaar zijn voor het KNMI.

En voor straks: auto’s en je telefoon

Auto’s zijn waarschijnlijk een goudmijn. „Het remsysteem houdt bij wanneer het nat of glad is, de ruitenwissers wanneer het regent en hoe hard. Als je daar de locatie aan toevoegt heb je heel bruikbare data.

Onderzoekers van het KNMI en de Universiteit Wageningen lieten al zien dat het mogelijk is om van de accutemperatuur van mobiele telefoons een buitentemperatuur af te leiden. „Zelfs als er telefoons in een tas zitten. Want er zijn zoveel telefoons, dat je de grote lijn goed kunt ontwaren”, zegt Sluiter.

Het is niet zo dat er nu elke week nieuwe bronnen aan het weermodel toegevoegd worden. De nieuwe gegevens moeten zich eerst bewijzen, voor ze worden aangenomen als graadmeter.

Maar wie z’n fantasie gebruikt, ziet eindeloos veel mogelijkheden. Zelfs de sociale media zijn een potentiële bron voor het KNMI. Sluiter: „Mensen die op Twitter klagen dat ze zijn natgeregend kunnen onze computers, die weleens een buitje missen, goed aanvullen.”

    • Laura Wismans