20 oktober 20051 40 Jaar ontwikkeling in de operationele meteorologie Een overzicht Ruud Ivens.

20 oktober 2005

1

40 Jaar ontwikkeling in 40 Jaar ontwikkeling in de operationele de operationele

meteorologiemeteorologie

Een overzichtEen overzicht

Ruud IvensRuud Ivens

20 oktober 2005

2

WaarnemingenWaarnemingen DatacommunicatieDatacommunicatie MethodenMethoden De meteoroloogDe meteoroloog

20 oktober 2005

3

Waarnemingen op zeeWaarnemingen 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

4

Waarnemingen: Waarnemingen: bovenluchtbovenlucht

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

5

Waarnemingen weer, zicht, Waarnemingen weer, zicht, wolkenwolken

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

6

Waarnemingen: zichtWaarnemingen: zicht

1965 – 1970: Introductie

transmissometers voor

zichtbepaling

- geen zicht “rondom”

20 oktober 2005

7

Waarnemingen: wolkenWaarnemingen: 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

8

Waarnemingen: weer, Waarnemingen: weer, zichtzicht

1965 – 1990 : Volledig mensenwerk

Vanaf 1990 : “Present Weather” Sensoren- Sinds 2002 synoptisch KNMI-netwerk geheel geautomatiseerd m.b.v. PWS

20 oktober 2005

9

Instrumentarium op werkplek Instrumentarium op werkplek waarnemerwaarnemer

Schiphol circa 1975

De “lokale” De “lokale” waarnemingwaarneming

Nu

20 oktober 2005

10

Waarnemingen: de Waarnemingen: de presentatiepresentatie

1965 Nu 1 maal per uur elke 10 minuten

20 oktober 2005

11

Waarnemingen: weer “op Waarnemingen: weer “op afstand”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

12

Waarnemingen: Waarnemingen: satellietensatellieten

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

13


Ontvangst- en verwerkings-apparatuur satellietdata 1988

1975 nu

20 oktober 2005

14


De mogelijkhedenDe 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

15


20 oktober 2005

16

DatacommunicatieDatacommunicatie 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

17

Datacommunicatie in Datacommunicatie in beeldbeeld

1965

20 oktober 2005

18

Datacommunicatie in Datacommunicatie in beeldbeeld

2005

20 oktober 2005

19


20 oktober 2005

20

In kaart In kaart gebrachtgebracht

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

20 oktober 2005

21

MethodenMethoden

1965

Belangrijkste gereedschap van de meteoroloog:

- Potlood- Gum- Veger- Analyseschaaltje- Inzicht in samenhang- Ervaring- Intuïtie

20 oktober 2005

22

MethodenMethoden

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

23

MethodenMethoden

1965Korte termijn verwachtingen,

tot 18 uur vooruit: - “isochronen-methode”

- druktendensen- verticale structuur (TEMPS)

Middellange termijn verwachtingen,

tot 36 uur vooruit: - “stuurlijnen-methode”- vuistregels, vaak viaoverlevering

20 oktober 2005

24

MethodenMethoden

1965Statistische methoden voor slechts enkele verwachtings- elementen, geheel handmatig met behulp van tabellen

en nomogrammen, bijvoorbeeld:

- Maximum temperatuur met:Dikte laag 500/1000 hPaWindrichtingZonneschijnklasse (4 klassen)

- Kans op onweer vandaag met:Luchtdruk De Bilt 12.00 UTC24 uurs vorticiteitsverandering 500 hPa 12.00 UTCDikteverschil lagen (700/1000 hPa) – (500/700 hPa)“Extreme breedte” 500 hPa hoogtelijn over De Bilt

00.00 UTC

20 oktober 2005

25

Methoden: Methoden: Numerieke Numerieke modellenmodellen

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

26

Methoden / Methoden / Gebruik numerieke Gebruik numerieke modellenmodellen

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

27


Meerdaagse verwachtingen (1)

• Circa 1970, drie dagenTot 72 uur vooruit op basis van NMC-model - Kaarten 500 hPa-vlak- “Analogen-methode”

• Circa 1980, vijf dagenOp 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

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

20 oktober 2005

29

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

Methoden / Methoden / Gebruik Gebruik numerieke modellennumerieke modellen

20 oktober 2005

30


Voorbeelden gebruik ECMWF-modeluitvoer heden

Deterministisch EPS

20 oktober 2005

31


Talloze KNMI HiRLAM-modelvelden, een voorbeeld:potentiële vorticiteit, hoogte-vlak van 2 PV eenheden

Doel:

- nagaan of de modelanalysepast in het waterdampbeeld,waargenomen door de

satelliet

- tijdig signaleren van markante

ontwikkelingen in de hogere lagen van de troposfeer

20 oktober 2005

32

Methoden / Methoden / Toepassing Conceptuele Toepassing Conceptuele modellenmodellen

1965

Allereerste “Conceptuele

Model”

Frontenmodel (Noorse School, 1920)

20 oktober 2005

33

Methoden / Methoden / Toepassing Conceptuele Toepassing Conceptuele modellenmodellen 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

34

Methoden / Methoden / Toepassing Conceptuele Toepassing Conceptuele modellenmodellen

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

35

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

20 oktober 2005

36

WeerkamermeteoroWeerkamermeteoroloogloog

De werkplekDe werkplek 1965 - 1995

Vanaf 1995

20 oktober 2005

37


20 oktober 2005

38

WeerkamermeteoroloogWeerkamermeteoroloogKarakteristiekKarakteristiek

1965:- ambachtsman

- kunstenaar- specialist- magiër- halfgod

Nu:- vakman- interpretator- all-rounder

- weerbewaker (model)

- communicator

• Toekomst bovendien:- toegepast wetenschapper- methodiekontwikkelaar

20 oktober 20051 40 Jaar ontwikkeling in de operationele meteorologie Een overzicht Ruud Ivens.

Documents

Transcript of 20 oktober 20051 40 Jaar ontwikkeling in de operationele meteorologie Een overzicht Ruud Ivens.