Voorop lopen met een volledig geïntegreerd hydrometeorologisch netwerk

Beter voorbereid zijn en reageren op zwaar weer met een complete end-to-end oplossing

Sinds de komst van weertoepassingen voor radar na de Tweede Wereldoorlog zijn ingenieurs en operators in het verleden geconfronteerd met een aantal grote uitdagingen.

Van de nauwkeurigheid van gegevensverwerking tot het onderhoud en de levensduur van radarinvesteringen, de behoefte aan verbeterde clutteronderdrukking, geautomatiseerde kalibratie, onderhoud en bewaking op afstand is duidelijk.

Een volledig geïntegreerd meteorologisch netwerk (onderstaand voorbeeld) komt op verschillende manieren tegemoet aan deze uitdagingen. Een typische complete oplossing van Baron omvat gegevensinvoer vanuit een groot aantal bronnen, die netwerkbrede distributie van radarbeelden en analyse mogelijk maakt, voorspellingsmodellen genereert voor een groot aantal toepassingen, van radar afgeleide verwerking met toegevoegde waarde uitvoert, enz. Elk van deze oplossingen kan worden geleverd als een standalone systeem of worden geïntegreerd in het bestaande netwerk van de klant met behulp van een uniek niveau van integratiemogelijkheden.

Overstromingstoepassingen

Hydrologische gebeurtenissen zoals de Europese overstromingen van 2016 kosten miljarden euro's aan schade en leiden vaak tot het verlies van mensenlevens. In Roemenië hebben Baron en zijn partners een landelijk netwerk gebouwd voor het voorspellen en monitoren van destructieve wateren - van gegevensverwerving en modellering tot integratie en herdistributie - aangevuld met de detectie- en integratiemogelijkheden die zijn geïmplementeerd tijdens de eerdere bouw van het geïntegreerde meteorologische netwerk van het land. Voorspellingsmodellen, weerradars, rivierpeilingen en andere inputs worden gebruikt om deze informatie te genereren. Deze systemen zijn collectief met elkaar verbonden om de omstandigheden te volgen, overstromingsadvies te geven en vroegtijdig te waarschuwen voor Roemeense hydrologische en meteorologische autoriteiten, op nationale en sub-bekken schaal.

Met het NEXRAD-programma in de Verenigde Staten hebben gegevenswetenschappers van Baron een reeks single-site en samengestelde radargegevensproducten ontwikkeld voor een nauwkeurigere monitoring van neerslaghoeveelheden en -accumulaties. De meest recent ontwikkelde dataset biedt meteorologen nauwkeurige, van radar afgeleide regenaccumulaties voor de afgelopen 1, 3, 6, 12 en 24 uur (figuur 2). Deze producten, die elke 4 minuten worden geüpdatet en worden geleverd met een resolutie van 1 km, hebben een uitgebreide neerslagsamenstelling voor het hele netwerk, waarbij gebruik wordt gemaakt van alle beschikbare radargegevens in het netwerk.

Hagel voorspelling

Uit een beoordeling door het Europees Milieuagentschap in 2017 bleek dat modelstudies voor Midden-Europa enige overeenstemming laten zien dat de frequentie van hagelbuien in de regio zal toenemen. Datzelfde jaar benadrukten significante hagelbuien in Spanje, Kroatië en Turkije de wijdverspreide schade die deze gebeurtenissen kunnen veroorzaken.

Hageldetectie werd traditioneel uitgevoerd door het monitoren van reflectiepieken binnen een convectieve onweersbui. Dual-polarisatie technologie heeft aanzienlijke verbeteringen mogelijk gemaakt door ruwe momenten, vooral wanneer verwerking met toegevoegde waarde wordt toegepast. In de VS heeft Baron dataproducten met toegevoegde waarde ontwikkeld voor hageldetectie en -tracering, gegenereerd door een storm te bemonsteren met dual-polarisatieradar, in dit geval een NEXRAD-station, op meerdere hoogtes. Het resulterende volumetrische gegevenspakket wordt geëvalueerd om automatisch de niet-uniforme vorm van hagel, de matige Correlatiecoëfficiëntwaarden en de bijna-nul Specifiek Differentiële Fase te identificeren.

Gedetecteerde hagel wordt vervolgens afgebeeld op het beeldschermwerkstation, geïsoleerd van de omringende neerslag. Daarnaast kan verwerking worden toegepast om een 1-uurs composiet te maken van dual-pol hagelgegevens (Figuur 3), waardoor meteorologen het pad van de hagel kunnen volgen, het situationeel bewustzijn wordt verbeterd en de reactie na de storm wordt ondersteund.

Winterweer

Voor winterse weersomstandigheden, zoals de koudegolf van 2018 in Groot-Brittannië en Ierland, hebben organisaties kritieke weerinformatie nodig om levensbedreigende winterse gebeurtenissen nauwkeurig te voorspellen, zodat er schuilkelders kunnen worden geopend, het openbaar vervoer kan worden uitgebreid en men zich bewust wordt van het weer in het algemeen.

Numerieke weersvoorspellingen, zoals het Baron Model, zijn essentieel voor het voorspellen van de beweging en intensiteit van temperaturen, neerslag, bewolking, enzovoort in de winter. In de VS produceert Baron ook een uniek wegweermodel (Afbeelding 4), waardoor organisaties die afhankelijk zijn van wegverkeer, zoals noodhulpdiensten en transportafdelingen, meer informatie krijgen over de waarschijnlijke impact van een gebeurtenis op de wegen. Deze informatie wordt meestal verspreid via een beveiligd webportaal, zodat geautoriseerde gebruikers in de hele organisatie toegang hebben tot de juiste informatie.

Onlangs is in de VS ook een nieuwe reeks landelijke sneeuwaccumulatieproducten op basis van NEXRAD-gegevens beschikbaar gekomen (figuur 5). Met een resolutie van 1 km en updatecycli van 4 minuten geeft het grotere bereik van deze producten op nationale schaal de voorspellers een groter bereik van waaruit ze de gevolgen van het winterweer in hun verantwoordelijkheidsgebied kunnen evalueren.

Schadelijke winden

Een in 2014 gepubliceerd onderzoek door onderzoekers van het European Severe Storms Laboratory bevestigde dat er jaarlijks gemiddeld 278 tornado's en 205 waterhozen voorkomen in Europa. Desondanks beschikken slechts 7 van de 39 Europese weerdiensten over een tornado-waarschuwingsprocedure.

Van de radar afgeleide windschuifdetectie, zoals de technieken die door Baron zijn ontwikkeld, identificeert automatisch roterende winden die tot tornado's kunnen leiden, waarbij de locatie van deze winden wordt weergegeven (figuur 6) via een cirkelvormig pictogram en de meteoroloog direct weet waar een gebied ligt dat verdere handmatige inspectie rechtvaardigt, meestal van snelheids- en dubbele polsproducten. Een ander van de radar afgeleid product, Baron Shear Rate, toont de snelheid waarmee windpatronen veranderen en helpt meteorologen om gebieden te lokaliseren waar tornado's en downbursts kunnen ontstaan.

Een één uur durende composiet genaamd Baron Shear Swath (Figuur 7) stelt voorspellers in staat om de beweging van circulerende winden door de regio met extreme nauwkeurigheid te volgen. Daarnaast wordt dual-pol radarinformatie ook op een geautomatiseerde manier gebruikt om te zoeken naar vermoedelijke tornadopuin - bomen en structuren bijvoorbeeld, die door de roterende winden de lucht in worden geslingerd - en om de positie van eventuele signaturen op de kaart aan te geven.

Visualisatietoepassingen

Voor visualisatie bieden gedistribueerde beeldschermwerkstations personeel in de hele besluitvormingsketen continue toegang tot dezelfde informatie. Met door Baron geleverde installaties wordt de visualisatie van deze en andere gegevensproducten gerealiseerd via het Baron Lynx-displaywerkstation. Enkele of meerdere werkstations kunnen worden ingezet, waardoor meteorologen in het hele netwerk radarinformatie kunnen bekijken en path casting en geavanceerde analyses kunnen uitvoeren met behulp van waardetoevoegende gegevensproducten, volumetrische beelden en RHI-analyse (Figuur 8).

Het Lynx-systeem kan ook worden gebruikt voor interne en publieke weerbriefings (Figuur 9).

Een webgebaseerde browserweergave kan ook worden gebruikt voor geautoriseerde gebruikers die mobiel moeten zijn of die minder meteorologische training hebben, zodat waarnemingen en analyses van het netwerk door de hele besluitvormingsketen kunnen worden verspreid.

Toepassingen voor waarschuwingen en distributie

Wereldwijd staan meteorologische organisaties voor de uitdaging om zoveel mogelijk mensen te bereiken tijdens kritieke weersomstandigheden. Vaak moet dit worden bereikt met zeer beperkte budgetten en middelen. Een sterk geïntegreerd meteonetwerk kan helpen bij deze uitdaging door de operaties te stroomlijnen en het bereiken van het grote publiek te vergemakkelijken, zowel binnen het netwerk als daarbuiten.

Personeel kan ervoor kiezen om hun netwerk te gebruiken om bijvoorbeeld niet alleen een gevaarlijke naderende storm of overstroming te voorspellen en te detecteren, maar dezelfde tools te gebruiken om direct geautomatiseerde of handmatige waarschuwingen te verspreiden onder de getroffen bevolking. Bewoners ontvangen deze meldingen meestal via sms en app-gebaseerde pushmeldingen.

Geautomatiseerde processen scannen continu op gevaarlijke weersomstandigheden zoals gedetecteerd door de radar, zoals regen, bliksem, winterse neerslag, hagelkernen en windschering; de laatste twee waarschuwingstypen maken gebruik van volumetrische radarscans om tabellen met stormkenmerken en tracks te creëren op basis waarvan deze meldingen worden uitgegeven. Zodra een van deze omstandigheden wordt gedetecteerd, worden automatisch waarschuwingen gegenereerd en verspreid onder bewoners die in gevaar verkeren (Afbeelding 10).

Aangepaste pushmeldingen die handmatig zijn ingevoerd door bevoegde functionarissen kunnen ook worden verspreid onder weer-app-gebruikers.

Conclusie

Van weersvoorspelling en -detectie tot analyse met toegevoegde waarde en het tijdig informeren van getroffen bevolkingsgroepen, de voordelen van volledig geïntegreerde hydrometeorologische netwerken stellen organisaties in staat om efficiënter en effectiever te werken.

Het gebruik van radar en andere sensoren om modellen en dataproducten met toegevoegde waarde aan te sturen is een belangrijk onderdeel van het grotere geheel. Maar dat plaatje strekt zich ook uit tot weergave, distributie en alarmering. Bijvoorbeeld, in ontwikkelingssituaties zoals beschreven in de paragrafen hierboven, heeft al het geautoriseerde personeel continu en onmiddellijk toegang tot de informatie die van vitaal belang is voor het behoud van leven en eigendom in de hele organisatie. Wanneer nauwkeurige informatie wijdverspreid is onder een zo groot mogelijk aantal mensen, kunnen beter geïnformeerde beslissingen worden genomen en kunnen meer levens worden gered.