Voordelen van fijnmazige weermodellen

Wanneer onweerskansen zich aandienen op de weerkaarten kijken meteorologen en weerliefhebbers met argusogen naar de fijnmazige weermodellen. Vaak geven deze modellen meer details over de hevigheid, timing en locaties van onweersbuien, dit in vergelijking met andere modellen. Maar waarom zijn fijnmazige weermodellen net beter met het inschatten van zulke onweerscases?

Deelnemen aan discussie? Ben je geïnteresseerd om deel te nemen als liefhebber van het weer en klimaat aan het weerforum?Onderaan dit artikel krijg je bliksemsnel & gratis toegang tot alle reacties. Je kan ook je eigen weerfoto’s opladen.

Deel jouw eigen passie? Ben je geïnteresseerd om als vrijwilliger weergerelateerde artikels te schrijven? Contacteer ons dan via jobs@noodweer.be

Wat zijn fijnmazige weermodellen?

Hoge-resolutie weermodellen

De zogeheten ‘fijnmazige’ weermodellen verwijzen naar weermodellen met een hoge resolutie. Letterlijk vertaald refereert dit naar weermodellen met ‘fijne mazen’. Om te begrijpen wat dat betekent, illustreren we even in detail hoe een weermodel in elkaar zit en wat de resolutie van een weermodel precies is.

  • Wil jij zelf ook het weer kunnen voorspellen? Naast weermodellen is een goede basiskennis belangrijk. Dit zal je helpen! (aff.)

Weermodellen zijn computermodellen die met behulp van zeer veel en complexe fysische vergelijkingen het weer simuleren voor een bepaald gebied. Hiervoor wordt het gebied in kwestie opgedeeld in verschillende vakjes (zogenaamde gridboxen) en voor elk van die vakjes worden deze vergelijkingen opgelost voor verschillende meteorologische variabelen.

Hoe dit precies in z’n werk gaat wordt in detail uitgelegd in dit artikel. Hoe kleiner deze vakjes zijn, hoe meer detail er in de voorspelling kan worden gestopt. Weermodellen met kleinere vakjes noemen we ‘fijnmazige weermodellen’, of ook hoge-resolutie weermodellen. De term ‘fijnmazig’ verwijst dan naar het feit dat ‘het grid’ (rooster) met vakjes bestaat uit fijne mazen of kleine vakjes.

fijnmazige weermodellen
Een illustratie van het concept ‘resolutie’. De vakjesgrootte van het rechtse model is 3x kleiner, wat betekent dat het model een 3x zo hoge resolutie (9 km) heeft vergeleken met het linkse model (27 km).

Resolutie kleiner dan 4 km

Binnen de meteorologie en klimatologie wordt er een onderscheid gemaakt tussen verschillende types weermodellen. Er bestaan globale weermodellen, regionale weermodellen en fijnmazige weermodellen.

Globale weermodellen

Globale weermodellen berekenen het weer voor zeer grote gebieden zoals Europa of Amerika of zelfs voor heel de wereld. Voorbeelden daarvan zijn het Amerikaanse weermodel GFS en het Europese weermodel ECMWF.

Globale weermodellen hebben typisch resoluties tussen 50 en 100 km (of zelfs grover), hoewel deze de laatste jaren zeer sterk zijn geëvolueerd. GFS en ECMWF worden vandaag de dag immers gerund op resoluties tussen 13 en 36 kilometer. Recentelijk is het zelfs mogelijk geworden om simulaties te doen met ECMWF op 9 km resolutie!

Deze spectaculaire evoluties worden mogelijk gemaakt doordat de rekenkracht van de computermodellen alsmaar toeneemt.

Een voorbeeld van uitvoer van het globale GFS model.

Regionale modellen

Regionale weermodellen zijn modellen die het weer berekenen voor een kleiner regionaal gebied, zoals bijvoorbeeld West-Europa. Dit type van weermodellen heeft veelal resoluties kleiner dan 50 kilometer.

Doordat deze modellen een kleiner gebied beslaan, zijn ze in staat meer details weer te geven in hun weersverwachting, met vaak meer accurate voorspellingen op regionale schaal. Voorbeelden van zo’n regionale modellen zijn HiRLAM en ICON, met resoluties tussen 7 en 10 km.

Illustratie van modeluitvoer van het regionale ICON model.

Fijnmazige modellen

Fijnmazige weermodellen hebben resoluties rond of kleiner dan 4 kilometer. Door hun hoge resolutie kunnen ze veel gedetailleerdere weerinfo verschaffen op regionale en lokale schaal, vergeleken met regionale of globale modellen.

Een nadeel is echter dat ze meer rekenkracht vergen en daardoor slechts voor een korte periode kunnen simuleren. Globale modellen kunnen tot meer dan 10 dagen vooruit kijken, regionale weermodellen tot zo’n 5 dagen, terwijl hoge-resolutie modellen slechts 24 tot 48 uur in de toekomst kunnen simuleren.

Enkele bekende voorbeelden van fijnmazige modellen die meteorologen vaak gebruiken over West-Europa zijn HARMONIE, COSMO, WRF, ALARO en AROME.

Fijnmazige weermodellen kunnen veel meer kleinschalig detail voorzien .

Wat zijn de voordelen van fijnmazige weermodellen?

Fijnmazige weermodellen hebben tal van voordelen ten opzichte van modellen met grovere resolutie. Vooral voor onweerscases zijn ze zeer interessant.

Voordelen voor onweerscases

Expliciete grootschalige convectie

Onweders ontstaan door onstabiliteit en convectie. Deze processen spelen zich af op een relatief kleine schaal (meters tot kilometers). Kleinschalige convectie (opstijgende warme luchtbellen) speelt zich af op zeer fijne schaal (enkele meters), terwijl updrafts en downdrafts (turbulente stromingen in onweerswolken) zich typisch afspelen op een schaal van enkele honderden meters tot kilometers.

Door hun hoge resolutie zijn fijnmazige weermodellen in staat om grootschalige convectie en turbulente stromingen in onweersbuien expliciet te simuleren. Regionale en globale weermodellen daarentegen hebben een te grove resolutie om deze processen in rekening te brengen (de vakjesgrootte van het model is te groot om een enkele updraft of downdraft te simuleren).

Fijnmazige weermodellen geven een veel gedetailleerder patroon van de te verwachten onweersbuien.

Parameterisatie van convectie

Grofmazige weermodellen maken daarom gebruik van zogenaamde ‘convectie parametrisatie’. Parametrisatie verwijst naar de methode waarbij te kleinschalige processen niet expliciet worden gesimuleerd door het model, maar waarbij de effecten van dit proces worden voorgeschreven op basis van andere parameters. Concreet: weermodellen simuleren daarbij dus grootschalige convectie niet reëel, maar het resultaat van convectie zal wel worden gesimuleerd door bijvoorbeeld de atmosfeer ‘virtueel’ onstabiel te maken op basis van de profielen van temperatuur en vochtigheid.

Op deze manier sluipen er echter wel veel fouten en onzekerheden in de voorspelling. Dat is de reden waarom we bij onweersbuien die ontstaan door convectie vooral kijken naar de hoge-resolutie weermodellen, omdat deze convectie expliciet simuleren en de voorspelling dus uiteindelijk accurater is.

Door hun hoge resolutie kunnen fijnmazige weermodellen bovendien ook veel meer lokale details in rekening brengen, zoals bijvoorbeeld de topografie en ruimtelijke patronen. Door al deze effecten zal een hoge-resolutie weermodel dus in staat zijn zowel de initiatie, locatie als de timing van onweersbuien beter te kunnen inschatten.

Voorbeeld van het effect van de resolutie van weermodellen. Regionale en globale weermodellen hebben een grove resolutie en gebruiken convectieve parameterisatie. Hoge-resolutie weermodellen hebben een hoge resolutie die toelaat om parametrisaties uit te zetten en grootschalige convectie reëel te simuleren (Arakawa & Jung (2012)).

Toch zijn we vandaag de dag nog steeds niet in staat om de exacte timing en locatie van buien te bepalen. Daarvoor is de resolutie van de weermodellen nog steeds niet fijn genoeg.

Kleinschalige convectie (thermiekbellen en het ontstaan van cumuli) is nog steeds te kleinschalig om voorgesteld te worden in de hoge-resolutie modellen. Dat proces moet nog steeds geparametriseerd worden.

Doordat we dit nog niet goed genoeg kunnen simuleren, is het nog steeds moeilijk om de exacte locatie van onweersbuien op voorhand in te schatten…

Wat met grootschalig onweer?

Kunnen we de grofmazige weermodellen dan helemaal niet vertrouwen als het op onweer aankomt? Nee, dat is zeker niet het geval. Wanneer onweersbuien niet getriggerd worden door convectie, maar bijvoorbeeld door fronten of andere grootschalige dynamische drijfveren, zijn ook grofmazige modellen in staat om deze accuraat te simuleren. De schaal waarop onweer dan getriggerd wordt (meso-schaal tot synoptische schaal) is dan niet meer zo klein, waardoor hogere resolutie niet vereist is.

  • Wist je dat een stormglas een weersverandering kan detecteren? De kristallen veranderen van structuur! Echt cool! (aff.)

Zijn er nog andere voordelen?

Fijnmazige weermodellen kunnen, omwille van hun hogere resolutie en een hogere graad van detail, ook in andere cases voordelen opleveren. Denk bijvoorbeeld maar aan meer accurate temperatuurverwachtingen, een betere inschatting van stormintensiteiten, indicaties tot het voorkomen van sneeuw/smeltende sneeuw of ijsregen,…

Maar een goed doorwinterd weerliefhebber/meteoroloog weet als geen ander dat geen enkel model perfect is, en we dus best zoveel mogelijk verschillende weermodellen bekijken voor de meest genuanceerde en accurate voorspellingen!