Meteorologische hulpmiddelen

In dit onderdeel wordt ingegaan op de manier waarop weersverwachtingen en gladheidsverwachtingen tot stand komen. Ook wordt aangegeven hoe de informatie bij de coördinatoren gladheidsbestrijding komt.

De tijd dat een weersverwachting voor enkele uren of slechts één dag in de toekomst werden opgesteld, liggen inmiddels ver achter ons.In de weercentra in Europa en daarbuiten worden diverse computermodellen gebruikt, die alle een of meer keren per dag worden gedraaid. Uitgaande van de actuele situatie berekenen zij hoe de atmosferische toestand zal zijn op een termijn van één tot vijftien dagen vooruit. Hierbij geldt dat naarmate de termijn langer wordt, de betrouwbaarheid van de voorspelling afneemt. Vandaag de dag kunnen meteorologen zo'n vijf á zes dagen vooruit het weer met redelijk wat detail verwachten. Een verwachting voor een week of soms zelfs twee weken vooruit bestaat veel meer uit een trendverwachting.

Om de betrouwbaarheid van de voorspelling te controleren, worden tendensberekeningen (zie figuur hierna) uitgevoerd. Hiervoor wordt de gehele berekening een aantal malen herhaald. Steeds wordt een volledige verwachting berekend, maar in de aanvangssituatie worden telkens kleine verschillen aangebracht. Op deze manier ontstaat een ‘ensemble’ van verwachtingsseries. Door deze onderling te vergelijken, wordt een beeld verkregen van de betrouwbaarheid van de aanvankelijk berekende modeluitkomst voor die dag.

Daarnaast geven tendensberekeningen een globaal beeld van de weersvooruitzichten op langere termijn. Deze vooruitblik kan onder meer van belang zijn met het oog op zoutaankopen. Als er bijvoorbeeld veel sneeuw wordt verwacht, is het zaak de voorraad op peil te hebben en wanneer nodig een bestelling te plaatsen.

Weermodellen

Een bekend weermodel in Europa is dat van het European Center for Mid Range Weather Forecasting (ECMWF). Dit instituut is gevestigd in Reading, Engeland. Het is opgezet door vrijwel alle Europese nationale weerdiensten, zoals het KNMI in Nederland en het KMI in België. Commerciële weerbedrijven kopen data van dit model in en verwerken dit tot specifieke producten, waaronder ook voor de gladheidsbestrijding. Het ECMWF-model omvat het gehele noordelijk en zuidelijk halfrond en wordt eens per zes uur uitgevoerd. De resultaten van elke modelrun zijn ongeveer zes uur later beschikbaar.

Daarnaast zijn er diverse andere atmosferische modellen, die meestal berekeningen uitvoeren voor een wat kleiner gebied en daarbij meer detail tonen. Voorbeelden hiervan zijn het Harmonie weermodel van het KNMI, ICON-D2 van de Duitse weerdienst of Arome van de Franse nationale weerdienst. Genoemde modellen worden vier tot somswel acht keer per dag uitgevoerd. Verder wordt onder meer gebruikgemaakt van het model van de Amerikaanse tegenhanger van het ECMWF, het GFS/NCEP model.

In de afgelopen jaren is de gedetailleerdheid van de modellen aanmerkelijk toegenomen. Rond het jaar 2000 werkten de meest fijnmazige (fine mesh) modellen met een roosterpuntafstand van 50 × 50 km. Inmiddels is een afstand van 10 × 10 km gangbaar en voor speciale toepassingen worden berekeningen gemaakt op een schaal van 500 × 500 m.

Behalve over modelberekeningen, beschikken meteorologen ook over actuele waarnemingen van weerstations. In Nederland worden de 33 officiële weerstations onderhouden en kwalitatief bewaakt door het KNMI. De weerstations geven elke tien minuten een groot aantal waarnemingen door. Reeds enkele minuten na de waarneming kunnen meteorologen over de gegevens beschikken.

De waarnemingen zijn vooral belangrijk voor het now-casting. Door de resultaten in kaartvorm te bekijken en te analyseren, en vervolgens de gegevens van de actuele situatie te vergelijken met de uitkomsten van de modelberekeningen, verkrijgt de meteoroloog een goed beeld van de weersontwikkelingen op korte termijn. Als de verwachtingstermijn langer wordt, gaan te veel andere factoren een rol spelen en worden de modelberekeningen steeds belangrijker.

Neerslagbeelden, satellietfoto’s en ballonoplatingen

Naast de actuele waarnemingen in de vorm van metingen van grondstations kunnen de meteoroloog en de wegbeheerder nog meer hulpmiddelen gebruiken om inzicht te krijgen in het weer.

Neerslagbeelden

Twee radarsystemen (in Den Helder en Herwijnen) brengen de neerslag boven de Benelux in beeld. Deze radarsystemen scannen de atmosfeer, waarbij neerslag zorgt voor een reflectie van het uitgezonden radarsignaal. Met software worden deze reflecties omgezet in neerslagbeelden. Deze laatste worden eens per vijf minuten aangemaakt en zijn met een computerprogramma opvraagbaar. De resolutie van de neerslagsituatie is één bij één vierkante kilometer. Daarnaast beschikken weerkundigen over neerslagbeelden van de ons omringende landen zodat ook gebieden met (lichte) winterse neerslag in Duitsland en België geen verrassing zijn voor de gladheidsmeteorologen.

De beelden tonen een momentopname van de neerslagsituatie, waarbij de verschillende intensiteiten in verschillende kleuren worden aangegeven. Door deze beelden als in een film af te spelen, kunnen meteorologen en wegbeheerders de neerslaggebieden op de voet volgen. Omdat ook de voor de neerslag relevante windrichting bekend is, kunnen verwachte neerslagbeelden worden berekend. Niet alle op de radar weergegeven neerslag bereikt de grond. Als de neerslag door een hele droge luchtlaag valt, verdampt de neerslag voordat deze de grond bereikt. Of de neerslag daadwerkelijk de grond raakt is te controleren met de officiële waarnemingen van de WMO(KNMI) stations en de signalen van de neerslagsensoren van het gladheidsmeldsysteem. Dit vergt echter wel ervaring in het interpreteren van meteorologische waarnemingen en radarbeelden. Iets waar zeker gladheidsmeteorologen jarenlang ervaring in hebben.

Door het (hoofd)wegennet ‘over de neerslagbeelden heen te leggen’ en in te zoomen op bepaalde plaatsen, ontstaat een nog duidelijker inzicht voor specifieke situaties. De Nederlandse radarstations signaleren ook neerslag buiten de landsgrenzen. Door daarnaast de radargegevens van de ons omringende landen te gebruiken, wordt het inzicht in de naderende neerslag verder vergroot. Met behulp van de modellen, de waarnemingen, de neerslagbeelden en de kennis van de meteoroloog, is het mogelijk om al enige uren van tevoren een goed beeld van de te verwachten neerslagsituatie te krijgen.

Tegenwoordig kan de software die de neerslagbeelden ondersteunt, ook de neerslagsoort en de bewolkingsgraad presenteren (zie figuur hierna). Aan de kleuren op de radarbeelden kan de coördinator gladheidsbestrijding zien of de neerslag valt als ijzel, regen, sneeuw of een mengvorm van de laatste twee. Uit deze informatie is ook af te leiden of de sneeuw overgaat in regen of andersom. Natte sneeuw geeft de radar beter weer dan droge sneeuw. Natte sneeuw bevat veel water dat goed reflecteert. Droge sneeuw bestaat voor het merendeel uit ijskristallen die minder goed worden gereflecteerd. Door de lage valsnelheid van vooral lichte droge sneeuw kan er verschil in afstand zitten tussen de plek waar de radar de sneeuw reflecteert en waar deze de grond bereikt. Daardoor kan het soms, vooral als het ook flink waait, op een bepaalde plaats eerder sneeuwen dan de radar laat zien.

Satellietfoto’s

Satellietfoto’s hebben het grote voordeel dat zij in één oogopslag de bewolking over een groot gebied zichtbaar maken. Er draaien verschillende weersatellieten rond de aarde (vb; Meteosat, NOAA). Geostationaire weersatellieten hangen stil boven een plek op aarde en stellen per 15 minuten foto’s beschikbaar. Polaire satellieten draaien in banen over de aarde en hebben daardoor minder frequent foto’s van een bepaald gebied beschikbaar. Wel vliegen ze op wat lagere hoogte en vertonen daardoor meer detail.

Zowel geostationaire als polaire satellieten maken twee soorten opnames: zichtbaar-lichtfoto’s en infrarood foto’s. Eerstgenoemde zijn geschikt om laaghangende bewolking te detecteren. Ze hebben als nadeel (vooral in de winter) dat ze maar een beperkt deel van de dag beschikbaar zijn. Infrarood foto’s daarentegen zijn 24 uur per dag beschikbaar. Zij geven de temperatuur van de verschillende wolkenlagen weer.

Sneeuwval wordt in Nederland vaak veroorzaakt door koude lucht die over de Noordzee wordt getransporteerd. Tijdens de route over het relatief warme zeewater worden sneeuwbuien gevormd. Satellietbeelden geven, in combinatie met radarbeelden, veel informatie over de (sneeuw)buien en sneeuwclusters die op weg zijn naar ons land.

Ballonoplatingen

Ballonoplatingen zijn grafische presentaties van waarnemingen van een weerballon. Dergelijke ballonoplatingen worden uitgevoerd, omdat waarnemingen van weerstations zich beperken tot grondniveau. Juist de verticale opbouw van de atmosfeer levert veel informatie, bijvoorbeeld over de te verwachten intensiteit van neerslag of de kans op sneeuw. Van belang zijn daarbij de temperaturen en de relatieve luchtvochtigheid op verschillende hoogtes. De wind, die eveneens door de opstijgende ballonnen wordt gemeten, is essentieel om te bepalen wat de bewegingsrichting van de bewolking en de daarmee samenhangende neerslag op verschillende hoogtes zal zijn. Vooral bij het voorspellen van ijzel kunnen ballonoplatingen een belangrijke rol spelen. De ballonoplatingen vinden één keer per 24 uur plaats op diverse plaatsen in de wereld. In Nederland gebeurt dit in De Bilt.

Model Output Statistics (MOS)

De kwaliteit van de modellen is de afgelopen decennia sterk verbeterd. Een nadeel blijft de beperkte resolutie van de modellen. Doordat de roosterpunten een afstand van vele kilometers omvatten, worden lokale effecten door de modellen niet goed meegenomen. Nederland heeft een sterk wisselend landschap met bijvoorbeeld veel overgangen tussen land en water. De scherpe temperatuurverschillen die hier kunnen optreden worden door een computermodel ‘uitgesmeerd’ over een veel grotere afstand. Vanwege deze beperking van de modellen, is er voor het opstellen van een weersverwachting nog altijd een belangrijke rol weggelegd voor de meteoroloog, maar ook van waarnemingen.

Door een lange reeks van waarnemingen van diverse stations te vergelijken met de voor die dag berekende modelweersituatie, is het mogelijk een verband te leggen tussen de ‘model uitvoer of output’ en de daadwerkelijk opgetreden waarden. Op deze manier wordt voor elk weerelement (temperatuur, wind, neerslag enzovoort) berekend hoe uit de verschillende modelparameters een zo nauwkeurig mogelijke verwachting kan worden samengesteld. Deze methodiek staat bekend als Model Output Statistics (MOS).

Naast MOS-berekeningen worden ook steeds vaker zeer fijnmazige weermodellen gebruikt. Met een resolutie van soms 1 bij 1 kilometer zijn deze modellen al heel goed in staat om lokale verschillen tussen water en landoppervlak te beschrijven. Daarnaast neemt ook AI een steeds belangrijke rol in. Door de snelle rekenkracht kan AI de model output sterk doen verbeteren.

Thermal mapping

De informatie uit het gladheidsmeldsysteem en de meteorologische data vormen samen de basis voor de gladheidsverwachting. Voor het opstellen van deze verwachting is kennis nodig van weer, maar ook van het gedrag van verhardingen en de lokale situatie. Het opstellen van de gladheidsverwachting is werk voor gespecialiseerde meteorologen.

Voor de gladheidsverwachting en –bewaking wordt veelal uitgegaan van het meest kritische punt (of punten) in een beheergebied. Het kritische punt is de locatie in het wegennet waar naar verwachting als eerste gladheid optreedt. Dit punt is onder meer afhankelijk van het soort ondergrond, ligging (hoogteligging, schaduw, enzovoort). Door te kiezen voor het meest kritische punt als vertrekpunt voor de gladheidsbewaking, wordt een veiligheidsmarge ingebouwd ten opzichte van de overige delen van het beheergebied.

Het kritische punt kan worden bepaald op basis van kennis van de wegbeheerder en/of door middel van metingen (thermal mapping). Bij thermal mapping wordt vanuit een met infraroodapparatuur uitgeruste personenauto, de temperatuur van het wegoppervlak gemeten. Dit gebeurt onder normale rijsnelheid en op korte intervallen (0,5 s). De metingen worden bij voorkeur uitgevoerd aan het einde van een heldere winternacht. De resultaten worden met kleuren weergegeven op een thermische kaart.

Gladheidsverwachting

Voordat er overgegaan wordt op een preventieve of curatieve strooiactie, is het van groot belang voor een gladheidsbestrijder om zich te verdiepen in een weersverwachting voor de gladheidsbestrijding. Deze verwachting is specifiek gemaakt door ervaren meteorologen met heel veel ervaring in de wereld van winterweer en gladheid. Zij weten als geen ander wat de invloed van opklaringen, een afnemende wind of een plaatselijke sneeuwbui is voor de gladheidsbestrijders in ons land. Ook zijn ze goed bekend met lokale effecten in bijvoorbeeld het zuiden van Limburg, de Veluwe, maar ook in gebieden met veel afwisseling tussen water en land zoals Zeeland, Flevoland of de kop van Overijssel.

De reguliere weersverwachting, opgesteld met hulp van computermodellen, vormt de basis van een nauwkeurige gladheidsverwachting. Met behulp van een wegdekmodel worden verwachtingen gemaakt voor de wegdektemperuur en de vochttoestand van de weg. Zo kan een wegdek gedurende de avond of nacht opdrogen waardoor er geen vocht meer aanwezig is om te bevriezen, of de weg wordt juist vochtig door (winterse) neerslag of condensatie waardoor gladheid dreigt.

Aan het einde van de middag worden vaak al de plannen gemaakt voor de aankomende avond of nacht. Bij een preventieve strooiactie is het natuurlijk prettig als de nachtelijke uren vermeden kunnen worden. Er zijn echter momenten dat dat vanwege de weersomstandigheden niet haalbaar is. Als er bijvoorbeeld in de avond nog regen valt, heeft het op dat moment geen zin om alvast te gaan strooien voor eventuele bevriezingsgladheid aan het einde van de nacht. Het zout zou immers grotendeels van de weg spoelen voordat de wegdektemperatuur kritisch wordt. Een gladheidsmeteoroloog zal in zo'n situatie details kunnen geven over het tijdstip waarop de regen stopt en de temperaturen richting nul dalen. Zo kan in overleg met de dienstdoende meteoroloog het juiste tijdstip gekozen worden voor een preventieve strooiactie.

Een andere belangrijke taak die gladheidsmeteorologen vervullen tijdens het winterseizoen is het bewaken van het gladheidsmeldsysteem. Na het uitvoeren van een (preventieve) strooiactie zullen ze de weersgesteldheid nauwkeurig volgen in combinatie met de geleidingswaarden die gemeten worden op het meetpunt. Als blijkt dat er sprake is van verdunning, dan neemt de meteoroloog pro-actief contact op met de coördinator gladheid. Beide bespreken dan de situatie en kijken of het nodig is om een nieuwe strooiactie uit te zetten.

De figuur hierna laat een presentatie van de gladheidsverwachting zien. Als coördinator gladheid is het mogelijk om op basis van kleurcodes direct te zien op welke locatie en op welk tijdstip gevaar dreigt. Met behulp van zo'n gladheidsverwachting is het dus mogelijk om, eventueel in samenspraak met de dienstdoende meteoroloog, een gedegen strooibesluit te maken.

Klimaatverandering

In de wereld om ons heen zien we dat het klimaat aan het veranderen is. In Nederland wordt het duidelijk warmer, zowel in de zomer als in de winter. Hittegolven en warmterecords zijn in onze zomer alles behalve zeldzaam en het aantal koude dagen en kouderecords is vaak op één hand te tellen. Ook in de wereld van de gladheidsbestrijding zien we veranderingen optreden.

Het aantal nachten met vorst in De Bilt is de afgelopen 10 jaar duidelijk teruggelopen. Hadden we in de periode 1981-2010 nog gemiddeld 58 nachten met vorst, in de periode 1991-2020 kwam het in een winterseizoen gemiddeld tot nog maar 53 nachten met vorst. Uiteraard is dit een gemiddelde want in de winter van 2010 lag het aantal vorstnachten veel hoger dan in de zeer milde winters van 2007, 2014 en 2020.

Ondanks dat het aantal nachten met vorst afneemt, zien we dat nu nog niet direct terug in het aantal strooiacties. Uiteraard zijn de Nederlandse winters zeer wisselend waardoor het aantal uitgevoerde actie van jaar tot jaar sterk kan verschillen, maar wat we de afgelopen jaren vooral zien is dat we vaak met kwakkelweer te maken hebben. Flinke vorst met temperaturen tussen -5 en -10 graden zien we steeds minder vaak optreden. Dit soort koude nachten verlopen tegenwoordig met -2 tot -4 graden duidelijk minder koud. Was er voorheen bij -5 tot -10 graden vaak sprake van droge wegen, nu zien we dat condensatie of zelfs nog een lokale (winterse) bui veel vaker voorkomen waardoor er veel meer werk is voor de gladheidsbestrijders.

In de toekomst verwachten we steeds minder vorst in de nachten en daarmee zal uiteindelijk ook het aantal strooiacties geleidelijk afnemen. Ook het aantal dagen met sneeuwval (zie figuur hierna) neemt in Nederland geleidelijk af, waardoor de borstels en schuivers ook minder vaak aan de strooiwagens gemonteerd hoeven worden. Een winter zonder ook maar één strooiactie zal voorlopig nog niet aan de orde zijn, ook niet in een steeds wat warmer wordend klimaat.