Satellietmetingen van neerslag kunnen een belangrijke rol spelen in wereldwijde voorspellingen en het in kaart brengen van neerslagveranderingen door klimaatopwarming. Maar de huidige satellietmetingen zijn niet erg nauwkeurig, toonde Linda Bogerd (30) aan tijdens haar promotieonderzoek aan de Universiteit Wageningen en het KNMI. „Neerslag wordt vaak gemist of juist overschat”, constateert ze.
„Ik vind wolken al mijn hele leven fascinerend”, vertelt Bogerd. Een artikel over hoe weinig er bekend is over wolken wakkerde die interesse ruim zeven jaar geleden extra aan. „Toen besloot ik, via een schakelprogramma, van industriële ecologie over te stappen naar de master klimaatfysica aan de Universiteit Utrecht.” Dat leidde tot een promotieonderzoek over neerslag.
„Voor een goede neerslagvoorspelling moet je weten wat er nu valt en wat eraan komt”, vertelt Bogerd. Die informatie is de input, of startwaarde, voor de algoritmen achter weervoorspellingen. „Hoe beter je weet wat er nu valt, hoe beter je input en dus hoe beter je voorspelling.”
In Nederland hebben we goede grondmetingen die nauwkeurig aangeven hoeveel millimeter regen er valt. Die grondmetingen bestaan uit radars en regenmeters. Regenmeters zijn bekers die regen opvangen, waarbij de inhoud automatisch of handmatig wordt uitgelezen. Radars zenden radiogolven uit die weerkaatsen op regendruppels en meten hoeveel er terugkomt. Bogerd: „Dat geeft informatie over de neerslag, maar de radar meet niet direct hoeveel millimeter regen er in de lucht aanwezig is. Simpel gezegd: hoe sterker het gereflecteerde signaal, hoe harder het waarschijnlijk regent.”
In Nederland zijn satellieten dus niet nodig voor neerslagmetingen, maar in het overgrote deel van de wereld is dat anders. „Een groot deel van de wereld is bedekt met oceanen, wat grondmetingen lastig maakt”, zegt Bogerd. En in sommige gebieden is de infrastructuur voor het onderhoud van regenmeters en het doorgeven van metingen niet aanwezig. En er kan van alles misgaan: ze kunnen kapot gaan en je bent afhankelijk van vrijwilligers.
Neerslagschattingen
Daarom worden er ook satellietmetingen gebruikt, al zijn die minder nauwkeurig, vertelt Bogerd. „Net als bij de grondradar moet je daarbij uit indirecte metingen afleiden hoeveel millimeter er valt. Daarom noemen we het neerslagschattingen.”
Er zijn verschillende satellietmetingen. Je hebt zogeheten geostationaire satellieten die met de aarde meedraaien en altijd boven dezelfde plek hangen. Die leveren bijvoorbeeld de wolkenplaatjes die je op het nieuws ziet. Het nadeel is dat ze niet door wolken heen kunnen kijken. Je moet dus op basis van wolken inschatten hoeveel neerslag eruit valt. Dit levert niet altijd even nauwkeurige schattingen op en leidt tot onder- en overschattingen.
„In mijn onderzoek gebruik ik daarom zogeheten low earth orbit-satellieten van de Global Precipitation Measurement-missie (GPM) van de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA, die in een lagere baan om de aarde draaien”, vervolgt Bogerd. „Die zijn nauwkeuriger dankzij radiometers die wel door wolken kunnen kijken.” Ze meten de microgolfstraling die van nature wordt uitgezonden en geabsorbeerd door onder meer het aardoppervlak, oceanen, wolken en neerslag.
Er zijn ook radarmetingen vanuit de ruimte. Die zijn minder nauwkeurig dan een stilstaande grondradar, maar beter dan radiometers. Toch hebben radiometers de voorkeur, omdat ze goedkoper zijn en een groter gebied beslaan. „Ik heb gekeken hoe we de neerslagschattingen van bestaande radiometers kunnen verbeteren, zonder meer of duurdere meetapparatuur in te zetten”, vertelt Bogerd.
„Mijn onderzoek is gefocust op Nederland, omdat ik die satellietmetingen kon vergelijken met nauwkeurige grondmetingen”, vertelt Bogerd. „Maar ik heb ook gekeken naar Ghana, Nigeria en Sri Lanka.”
Ook radiometers zitten er regelmatig naast, zag Bogerd. „Ze hebben vooral moeite met miezer en sneeuw boven land omdat het signaal daarvan vrij zwak is”, vertelt Bogerd. Ook regen die dicht bij de grond ontstaat, bijvoorbeeld in de bergen, blijken satellieten vaak over het hoofd te zien. „Meestal ontstaat er in hoge wolken eerst ijs dat onderweg naar beneden smelt tot regendruppels. Radiometers gebruiken het ijs-signaal om regen te herkennen. Maar bij regen die dicht bij de grond ontstaat, bijvoorbeeld door het ‘omhoogduwen’ van lucht over bergen, is er niet altijd ijs aanwezig in de lucht. Die wordt daardoor gemist.”
Overschattingen kunnen ontstaan als grote, donzige sneeuwvlokjes een beetje smelten waardoor ze een dun waterjasje krijgen. Zelfs radars denken dan dat het grote, heftige regendruppels zijn. Dat gebeurt in Nederland regelmatig, omdat we hier veel neerslag hebben die koud begint en onderweg smelt.
Sneeuwmetingen
Bogerd toont met haar onderzoek aan dat de soort neerslag belangrijk is. „Als je beter begrijpt welke soorten er zijn en wat voor signalen die opleveren, dan kunnen je daar in je neerslagalgoritmes rekening mee houden waardoor de neerslagschattingen beter worden”, vertelt ze. Deze bevindingen hebben ervoor gezorgd dat er bij de GPM-missie meer aandacht is voor lichte neerslag. Die schattingen zijn nu beter.
Bogerd blijft na haar promotie werken aan neerslagonderzoek. Een paar dagen na dit gesprek vertrekt ze naar de Verenigde Staten om een paar jaar bij NASA sneeuwmetingen met satellieten te onderzoeken. „Ik ga werken aan van alles met sneeuw”, zegt ze enthousiast. „Het is nog lastiger te meten dan regen, dus er is nog veel te onderzoeken.”
