Weersvoorspelling — Een kunst en een wetenschap

DOOR EEN ONTWAAKT!-MEDEWERKER IN GROOT-BRITTANNIË

OP 15 OKTOBER 1987 BELDE EEN VROUW EEN TV-STATION IN GROOT-BRITTANNIË MET HET BERICHT DAT ZE HAD GEHOORD DAT HET ZOU GAAN STORMEN. DE WEERMAN STELDE ZIJN PUBLIEK GERUST: „MAAKT U ZICH GEEN ZORGEN. HET GAAT NIET STORMEN.” MAAR DIE NACHT WERD ZUID-ENGELAND GETROFFEN DOOR EEN ZEER ZWARE STORM DIE VIJFTIEN MILJOEN BOMEN VELDE, NEGENTIEN MENSENLEVENS EISTE EN MEER DAN EEN MILJARD POND AAN SCHADE VEROORZAAKTE.

ELKE ochtend zetten miljoenen van ons hun radio of televisie aan voor de weersverwachting. Duidt de bewolkte lucht op regen? Zal de zon blijven schijnen? Zal de stijgende temperatuur sneeuw en ijs doen smelten? Nadat we de weersverwachting gehoord hebben, beslissen we wat voor kleren we aandoen en of we een paraplu meenemen.

Van tijd tot tijd zit de weersverwachting er echter opvallend naast. Ja, hoewel de nauwkeurigheid van de verwachtingen de afgelopen jaren spectaculair is verbeterd, is het voorspellen van het weer een fascinerende mengeling van kunst en wetenschap die allesbehalve onfeilbaar is. Wat is er bij het voorspellen van het weer betrokken en hoe betrouwbaar zijn weersverwachtingen? Laten we in antwoord daarop eerst eens zien hoe het voorspellen van het weer zich ontwikkeld heeft.

Het weer meten

In bijbelse tijden waren weersverwachtingen hoofdzakelijk gebaseerd op waarnemingen met het blote oog (Mattheüs 16:2, 3). Tegenwoordig hebben meteorologen een heel assortiment geavanceerde instrumenten tot hun beschikking, waarvan de voornaamste de luchtdruk, de temperatuur, de vochtigheid en de wind meten.

In 1643 vond de Italiaanse natuurkundige Evangelista Torricelli de barometer uit — een simpel instrument dat de luchtdruk meet. Al gauw werd opgemerkt dat de luchtdruk stijgt of daalt wanneer het weer verandert, en dat een daling vaak een storm aankondigt. De hygrometer, die de atmosferische vochtigheid meet, werd in 1664 ontwikkeld. En in 1714 ontwikkelde de Duitse natuurkundige Daniel Fahrenheit de kwikthermometer. Nu kon de temperatuur nauwkeurig worden gemeten.

Rond 1765 kwam de Franse wetenschapper Antoine Laurent Lavoisier met het voorstel de luchtdruk, de vochtigheidsgraad en de windsnelheid en -richting dagelijks te meten. „Met al deze informatie”, verklaarde hij, „is het bijna altijd mogelijk het weer een of twee dagen van tevoren redelijk nauwkeurig te voorspellen.” Helaas bleek dat helemaal niet zo eenvoudig te zijn.

Het weer traceren

In 1854 zonken een Frans oorlogsschip en 38 koopvaardijschepen in een zware storm voor de haven van Balaklava (de Krim). De Franse autoriteiten vroegen Urbain Jean Joseph Le Verrier, directeur van de Parijse sterrenwacht, een onderzoek in te stellen. Door meteorologische gegevens na te gaan, ontdekte hij dat de storm twee dagen voor de ramp was ontstaan en  van het noordwesten naar het zuidoosten over Europa was getrokken. Als er een systeem had bestaan om de bewegingen van stormen te traceren, dan hadden de schepen gewaarschuwd kunnen worden. In Frankrijk werd dan ook een nationale stormwaarschuwingsdienst opgericht. De hedendaagse meteorologie was geboren.

Wetenschappers hadden echter behoefte aan een snelle manier om weergegevens uit andere plaatsen te ontvangen. En de net uitgevonden elektrische telegraaf van Samuel Morse kwam daarbij heel goed van pas. Die maakte het voor de Parijse sterrenwacht mogelijk in 1863 de eerste moderne weerkaarten te publiceren. Tegen 1872 deed ook het British Meteorological Office dat.

Toen de meteorologen meer gegevens verzamelden, gingen ze beseffen hoe enorm gecompliceerd het weer is. Er werden dan ook nieuwe grafische hulpmiddelen bedacht zodat de weerkaarten aanvullende informatie konden geven. Isobaren bijvoorbeeld zijn lijnen die punten met dezelfde luchtdruk verbinden. Isothermen verbinden plaatsen met dezelfde temperatuur. Op weerkaarten worden ook symbolen gebruikt om de windrichting en -kracht aan te geven, en lijnen om de scheiding tussen warme en koude luchtmassa’s aan te duiden.

Er is ook geavanceerde apparatuur ontworpen. Tegenwoordig worden door honderden weerstations over de hele wereld ballonnen opgelaten met radiosondes — instrumenten die atmosferische omstandigheden meten en de informatie vervolgens terugseinen. Er wordt ook gebruik gemaakt van radar. Radiogolven die door regendruppels en ijsdeeltjes in wolken worden teruggekaatst, stellen meteorologen in staat de bewegingen van buien te volgen.

Een grote sprong voorwaarts in nauwkeurige weerobservatie kwam in 1960 met de lancering van de TIROS I, ’s werelds eerste weersatelliet, die uitgerust was met een tv-camera. Nu draaien er van pool tot pool weersatellieten rond de aarde, terwijl geostationaire satellieten een vaste positie boven het aardoppervlak hebben en voortdurend het deel van de aardbol observeren dat binnen hun ’gezichtsveld’ ligt. Beide soorten geven beelden van het weer door, dat ze van boven af bekijken.

Het weer voorspellen

Het is vrij eenvoudig om precies te weten wat voor weer het op dit moment is, maar het is iets heel anders te voorspellen hoe het over een uur, een dag of een week zal zijn. Kort na de Eerste Wereldoorlog vermoedde de Britse meteoroloog Lewis Richardson dat hij, aangezien de atmosfeer aan natuurkundige wetten onderhevig is, wiskunde kon gebruiken om het weer te voorspellen. Maar de formules waren zo gecompliceerd en het verwerken van de  enorme hoeveelheden gegevens was zo’n tijdrovend proces dat de fronten al voorbij waren voordat de voorspellers hun berekeningen af hadden. Bovendien gebruikte Richardson weergegevens die met tussenpozen van zes uur verzameld waren. „Willen voorspellingen ook maar enigszins succesvol zijn, dan moeten metingen verricht worden met tussenpozen van hooguit dertig minuten”, zegt de Franse meteoroloog René Chaboud.

Met de komst van computers werd het echter mogelijk de ingewikkelde berekeningen snel uit te voeren. Weerkundigen gebruikten Richardsons berekeningen voor de ontwikkeling van een gecompliceerd numeriek model — een reeks wiskundige vergelijkingen die alle bekende natuurkundige wetten omvatten die het weer bepalen.

Om deze vergelijkingen te kunnen gebruiken, verdelen de meteorologen het aardoppervlak in vakken, zodat er een roostermodel ontstaat. In het model dat het British Meteorological Office tegenwoordig gebruikt, liggen de roosterpunten ongeveer tachtig kilometer uit elkaar. In de atmosfeer boven elk vak worden op twintig verschillende hoogten waarnemingen gedaan van de atmosferische wind, luchtdruk, temperatuur en vochtigheid. De computer analyseert de gegevens van de waarnemingsstations over de hele wereld — meer dan 3500 — en komt met een prognose van wat voor weer het gedurende het komende kwartier in de wereld zal zijn. Als dit eenmaal gebeurd is, wordt er snel een prognose voor de volgende vijftien minuten opgesteld. Door dit proces vele malen te herhalen, kan een computer in slechts een kwartier een zesdaagse prognose voor de hele wereld maken.

Voor meer details en nauwkeurigheid in plaatselijke verwachtingen gebruikt het British Meteorological Office het Limited Area Model, dat de Noord-Atlantische en Europese sectoren beslaat. Hierbij liggen de roosterpunten vijftig kilometer uit elkaar. Er is ook een model dat alleen de Britse Eilanden en de omliggende zeeën beslaat. Het heeft in totaal 262.384 roosterpunten die vijftien kilometer uit elkaar liggen en 31 verticale niveaus!

De rol van de weerman

Het weer voorspellen is echter niet alleen gebaseerd op wetenschap. The World Book Encyclopedia zegt het als volgt: „De door computers gebruikte formules beschrijven slechts bij benadering het gedrag van de atmosfeer.” Bovendien houdt zelfs een nauwkeurige voorspelling voor een groot gebied soms geen rekening met het effect van de plaatselijke terreingesteldheid op het weer. Er is dus ook een bepaalde mate van vaardigheid vereist. Hier komt de weersvoorspeller in beeld. Hij gebruikt zijn ervaring en beoordelingsvermogen om te bepalen welke waarde aan de ontvangen gegevens gehecht moet worden. Zodoende kan hij tot een nauwkeuriger voorspelling komen.

Wanneer bijvoorbeeld koele lucht van de Noordzee over het vasteland van Europa stroomt, ontstaat vaak een dunne wolkenlaag. Of die wolkenlaag de volgende dag regen op het continent brengt of gewoon door de warmte van de zon verdwijnt, hangt af van een temperatuurverschil van slechts een paar tienden van een graad. De gegevens waarover de weerman beschikt, samen met zijn kennis van soortgelijke situaties in het verleden, stellen hem in staat voor een goed weerbericht te zorgen. Deze mengeling van kunst en wetenschap is van cruciaal belang om nauwkeurige weersverwachtingen op te stellen.

Hoe betrouwbaar?

Het British Meteorological Office zegt dat momenteel 86 procent van hun 24-uursverwachtingen nauwkeurig is. De vijfdaagse verwachtingen van het Europese Centrum voor Middellange Verwachtingen halen een nauwkeurigheid van tachtig procent — beter dan de betrouwbaarheid van tweedaagse verwachtingen in het begin van de jaren ’70. Indrukwekkend, maar nog lang niet foutloos. Waarom zijn de voorspellingen niet betrouwbaarder?

Om de eenvoudige reden dat weersystemen enorm gecompliceerd zijn. En het is niet mogelijk alle metingen te doen die nodig zijn voor een foutloze voorspelling. Grote delen van de oceaan hebben geen weerboeien om gegevens  via satellieten naar grondstations te seinen. De roosterpunten in weermodellen komen bijna nooit exact overeen met de plaats van weerstations. Bovendien begrijpen wetenschappers nog steeds niet welke krachten ons weer allemaal beïnvloeden.

Maar er worden constant vorderingen gemaakt in het voorspellen van het weer. Tot voor kort bijvoorbeeld was het voorspellen van het weer voornamelijk afhankelijk van observatie van de atmosfeer. Maar omdat 71 procent van het aardoppervlak door zeeën bedekt is, richten onderzoekers nu hun aandacht op de manier waarop energie wordt opgeslagen en van de zee naar de lucht wordt overgebracht. Via een systeem van boeien verschaft het Global Ocean Observing System informatie over lichte stijgingen van de watertemperatuur in één gebied die ingrijpende gevolgen voor het weer ver weg kunnen hebben. *

Aan de patriarch Job werd gevraagd: „Wie kan de wolkenlagen begrijpen, de knetterende slagen vanuit [Gods] hut?” (Job 36:29) Tegenwoordig weet de mens nog steeds betrekkelijk weinig over de manier waarop ons weer tot stand komt. Toch is de hedendaagse weersvoorspelling nauwkeurig genoeg om serieus genomen te worden. Met andere woorden: de volgende keer dat een weerman u vertelt dat er kans is op regen kunt u maar beter een paraplu meenemen!

[Voetnoot]

[Illustraties op blz. 13]

Le Verrier

Torricelli

Lavoisier in zijn laboratorium

Een oude glazen thermometer

[Verantwoording]

Pictures of Leverrier, Lavoisier, and Torricelli: Brown Brothers

Thermometer: © G. Tomsich, Science Source/Photo Researchers

[Illustraties op blz. 15]

Weersvoorspellers gebruiken onder andere satellieten, weerballonnen en computers

[Verantwoording]

Pages 2 and 15: Satellite: NOAA/Department of Commerce; hurricane: NASA photo

Commander John Bortniak, NOAA Corps