Paul de Valk
METEOSAT levert ieder half uur een beeld van Europa, de Atlantische oceaan en Afrika. D.m.v. de zogenaamde loops verkrijgt de meteoroloog een synoptisch beeld van de dynamiek van wolken en daarmee van de weersystemen in de omgeving van Nederland. Het kwalitatieve gebruik van weersatellietbeelden door de meteorologen is compleet verankerd in hun werkwijze bij het analyseren van het weer en het maken van weersverwachtingen. Voor het verkrijgen van kwantitatieve wolkeninformatie (wolkenfractie, -hoogte, dikte, type, etc.) zijn de meteorologen nog steeds aangewezen op de "punt" waarnemingen gedaan vanaf de grond. Bij het bestuderen van de rol van wolken in het klimaatonderzoek zijn satellietbeelden evenzeer een onmisbare databron.
Dit onderzoek heeft behoefte aan kwantitatieve wolkengegevens over grote gebieden. In dit kader is het KNMI in de beginjaren '90 gestart met het ontwikkelen van een computer programma om wolken in METEOSAT beelden te detecteren en te karakteriseren. Dit algoritme heeft de naam MetClock gekregen (dat staat voor METeosat CLOud detection and Characterisation Knmi). Vervolgens is in 1997 met succes gewerkt aan het operationaliseren van het MetClock programma met als doel om het toepasbaar te maken buiten het klimaatonderzoek alleen. Een logische vervolg stap is nu om het MetClock algoritme operationeel te implementeren in toepassingen binnen het KNMI. In het begin van 1998 is een demonstratie versie van het MetClock programma opgeleverd. Het programma levert kwantitatieve wolkenbeelden op volle METEOSAT-resolutie van heel Europa en de een groot deel van de noordelijke Atlantische Oceaan. Het programma bestaat uit twee delen: een wolkendetectie deel en een wolkenkarakterisatie deel. Het wolkendetectie deel levert een wolkenmasker op aangevende welke pixels bewolking bevatten en welke niet. Dit deel is in principe op ieder moment van de dag toepasbaar, hoewel uit uitvoerige validatie gebleken is dat de beschikbaarheid van het zichtbare kanaal (bij voldoende daglicht) het detectieresultaat aanzienlijk verbeterd. Bij optimale licht hoeveelheid (midden op de dag in de zomer) wordt slechts 5% van de pixels fout geclassificeerd (als bewolkt of als onbewolkt). Bij het ontbreken van licht kan de fout oplopen tot 30%. Het wolkenkarakterisatiedeel levert de volgende informatie op:
Naast de invoer van infrarood en zichtbaar licht METEOSAT beelden in het MetClock algoritme is de invoer van HIRLAM analyse en forecast velden van de temperatuur van het land- en zee oppervlak bepalend voor het succes van het MetClock algoritme. HIRLAM is het numerieke weermodel van het KNMI. Voortgaand onderzoek rich zich nu op een drietal applicaties:
Klimaatonderzoek van het KNMI heeft een prominente plaats verworven in het internationale klimaatonderzoek. Het KNMI neemt deel in een aantal omvangrijke internationale onderzoeksprojecten (TEBEX, BALTEX, CLARA), waarin de rol van wolken in het klimaatsysteem onderzocht wordt. In het kader van deze projecten wordt in 1998 een tweetal meetcampagnes uitgevoerd. Bij de analyse van de meetgegevens is een belangrijke rol voor het gebruik van kwantitatieve METEOSAT wolkenbeelden voorzien. Ook in de komende jaren zal het KNMI deelnemen in klimaatonderzoekprojecten waarin het gebruik van MetClock voorzien is. MetCast
Op het KNMI wordt gewerkt aan de ontwikkeling van een korte termijn wolkenvoorspellingsmodel, waarin gekwantificeerde METEOSAT wolkenbeelden gebruikt worden voor initialisatie van het model. Het wolkenmodel zal de meteorologen informatie verschaffen over waar en wanneer bewolking verwacht kan worden in Europa op een termijn van 12 uur vooruit. Het gebruik van de METEOSAT wolkenbeelden voor initialisatie van MetCast is zeer succesvol gebleken. Het voorspellend vermogen van het model neemt aanzienlijk toe bij gebruik van de beelden. Het MetCast systeem draait momenteel semi-operationeel en maakt gebruik van een oude versie van het MetClock algoritme (van voor het MetClock demonstratieproject). Volgens planning zal het Metcast model in de tweede helft van 1998 opgenomen worden in de Automatische Productielijn (APL) van het KNMI en daarmee operationeel beschikbaar zijn voor de meteorologen. Uiteraard bestaat de wens om gebruik te maken van de meest optimale versie van het MetClock algoritme. Automatisering van visuele wolkenwaarnemingen De wolkenwaarnemingen in het meteorologische meetnet worden nog grotendeels door waarnemers met het menselijk oog gedaan. Omdat dit een grote kostenpost voor de meteorologische gemeenschap met zich meebrengt wordt er gewerkt aan het automatiseren van deze waarnemingen. Steeds modernere "ground based" remote sensing technieken (infrarood, lidar, video. etc.) zijn beschikbaar voor het automatisch waarnemen van wolkenparameters. Ook het KNMI is druk bezig het meteorologische waarneemnetwerk in Nederland te automatiseren. Vooronderzoek heeft reeds uitgewezen dat inzet van de genoemde "ground based" technieken alln niet de vereiste kwaliteit van de wolkenwaarnemingen zal opleveren. Combinatie met kwantitatieve satelliet waarnemingen van wolken levert volgens onderzoek wel de gewenste kwaliteit. Het MetClock algoritme heeft de potentie om de benodigde meerwaarde aan de grondwaarnemingen toe te voegen. Volgens de huidige planning zullen de eerste waarneemstations begin 1999 worden geautomatiseerd en zal begonnen worden met de integratie van de MetClock-produkten in de waarnemingen.
De doelstelling is om een robuust verwerkingssysteem te implementeren op het KNMI dat onder alle omstandigheden wolkenprodukten aanlevert toegesneden op de behoefte van bovengenoemde applicaties en voorzien van kwaliteitslabels. De robuustheid van het systeem zal gegarandeerd worden door het opbouwen van een gedegen beheer- en bewakingorganisatie rond het systeem. De kwaliteit van de produkten zal bewaakt worden door middel van het bouwen van een verificatiesysteem.