Kees Floor, Zenit maart 2012

Het windkaartje in de nieuwe Bosatlas van het klimaat ziet er heel anders uit dan de vergelijkbare kaartjes uit de vorige edities van de klimaatatlas van het KNMI. Bij veel andere kaartjes van jaargemiddelde meteorologische grootheden zie je op het eerste gezicht nauwelijks verschillen. Waardoor worden die grote veranderingen tussen de windkaartjes veroorzaakt?

Vorig jaar verscheen voor de derde maal een met medewerking van het KNMI uitgeven klimaatatlas: De Bosatlas van het klimaat (lit. 1). De atlas bevat onder andere Nederlandkaarten met gemiddelden en extreme waarden van temperatuur, neerslag, wind en talrijke andere weergrootheden. De middeling werd zoals te doen gebruikelijk uitgevoerd over een periode van 30 jaar, naar aanbevelingen van de Wereld Meteorologische Organisatie uit 1958. Het tijdvak waarin de gebruikte weerwaarnemingen werden verricht, strekt zich uit van 1981 tot en met 2010; het boekwerk lag dus, geheel volgens de eisen van het huidige tijdsgewricht, reeds een half jaar na de binnenkomst van de laatste weergegevens in de winkel. De vorige atlas (lit. 2), waaraan de eindredacteur van de huidige versie ook al zijn medewerking verleende, toonde de gemiddelden over 1971-2000 en verscheen in 2002. Die productietijd steekt nog altijd zeer gunstig af tegen de tijd die nodig was om te komen tot de eerste uitgave over 1931-1960; de op dat tijdvak gebaseerde Klimaatatlas van Nederland verscheen namelijk twaalf jaar na dato in 1972 (lit. 3).

1981-2010 1971-2000 1931-1960	1971-2000	1981-2010
De klimaatatlassen van het KNMI.	1. Kaarten van de gemiddelde jaarlijks gemeten windsnelheid over de perioden 1971-2000 (a, klik op de figuur voor een vergroting) en 1981-2010 (b). (Bron: KNMI, lit. 2 respectievelijk lit. 1).

Kleurrijke banen
Wie de verschillende klimaatatlassen doorbladert, komt grote aantallen kaartjes tegen met grofweg een patroon als weergegeven in figuur 1a. De afbeeldingen met over dertig jaar gemiddelde, in kaartvorm weergegeven weerwaarnemingen tonen veelal brede gekleurde banden of grote vlekken. In het windvoorbeeld van figuur 1a volgen die banden min of meer de kustlijn; boven zee waait het nu eenmaal harder dan verder landinwaarts. Kaartjes van de gemiddeld invallende jaarlijkse hoeveelheid zonnestraling of van de zonneschijnduur tonen een vergelijkbaar beeld. In andere gevallen lopen die banden van noorwest naar zuidoost, zoals bij de gemiddelde jaartemperatuur, of min of meer west-oost, zoals bij de luchtdruk. De kaartjes met gemiddelde neerslaghoeveelheden vormen een uitzondering: de verdeling daarvan is namelijk grilliger en het aantal waarneemstations relatief groot, zodat het visuele beeld rommeliger is.
De gladgestreken patronen zoals die in de opeenvolgende uitgaven voorkomen voor eenzelfde weerelement, ontlopen elkaar op het eerste gezicht niet zo veel. Wel zijn er verschuivingen, bijvoorbeeld naar hogere temperaturen en grotere neerslaghoeveelheden, die in de Bosatlas veel nadruk krijgen en rond het verschijnen ervan veel media-aandacht genereerden. De verschillen tussen de opeenvolgend gepubliceerde windklimaatkaartjes vind ik echter veel opvallender; vergelijk hiertoe figuur 1a uit 2002 (periode 1971-2000) met de recentere figuur 1b (1981-2010). Bedenk daarbij dat de perioden van dertig jaar een overlap vertonen van twintig jaar. Wat is er in die laatste tien jaar met de wind in Nederland gebeurd?

Windmetingen
Om de verschillen tussen de windklimatologiekaartjes van 1971-2000 enerzijds en 1981-2010 anderzijds te kunnen begrijpen, moeten we meer weten over het gedrag van de wind; ook de manier waarop de wind gemeten wordt, is van belang. Om met het laatste te beginnen: het blijkt nodig daarover afspraken te maken, anders is een windmeting op de ene locatie niet vergelijkbaar met de windmeting van een ander waarnemingsstation. Dat komt doordat het aardoppervlak luchtbewegingen afremt, zodat het bij de grond minder hard waait dan op grotere hoogte. Hoger geplaatste windmeters, bijvoorbeeld van bouwkranen, zend- en meetmasten of boorplatforms, geven daardoor op eenzelfde moment hoger aan dan windmeters op dezelfde locatie, maar op de sinds 1950 in gebruik zijnde standaardhoogte van 10 meter.
Naast de waarnemingshoogte zijn ook de eigenschappen van het terrein in de omgeving van de windmeter van belang, vooral stroomopwaarts. Boven een egaal oppervlak, bijvoorbeeld boven zee, is de wrijving die de lucht ondervindt, relatief bescheiden en overal min of meer gelijk. Boven land is de wrijving echter veel groter; bovendien varieert ze daar sterk, afhankelijk van de ruwheid van het landschap en daarmee van bebouwing, begroeiing, topografie en landgebruik. Voor de meteorologische berichtgeving is afgesproken de windwaarnemingen boven land te verrichten boven open terrein. Ook de windverwachtingen gelden voor een hoogte van 10 meter boven open terrein.

Soorten terrein
De locatie waarvoor we de windsnelheid willen weten, zal vrijwel nooit liggen in een gebied dat voldoet aan de kenmerken die gelden voor open terrein (vergelijk figuur 2b): open terrein is in Nederland namelijk vrij zeldzaam, zoals we later bij bijvoorbeeld figuur 3a zullen zien. Ook staat er meestal geen windmeter in de buurt. Daarom moeten de windsnelheden die de windmeters op de dichtstbijzijnde waarnemingsstations van het KNMI meten, als het ware vertaald worden naar de windsnelheid die geldt voor de gewenste locatie, rekening houdend met de daar optredende terreinkenmerken. Meestal moet die door het KNMI gemeten windsnelheid eerst nog gecorrigeerd worden voor eventuele onvolkomenheden in de opstelling; dat is het geval als de officiële windmeter op een plek staat die niet voor de volle honderd procent voldoet aan de eisen die de meteorologische diensten wereldwijd daarvoor gezamenlijk hebben opgesteld.
Om de gewenste vertaling te kunnen maken is informatie nodig over de ruwheid van het landschap, zowel rond het windwaarneemstation als bij de locatie waar we de windsnelheid willen weten. Hoe ruwer het terrein, des te groter is de wrijving van de wind met het aardoppervlak en des te meer zal de bewegende lucht worden afgeremd. Daardoor waait het ook het hardst langs de kust, terwijl de laagste windsnelheden zich voordoen in stedelijk gebied en uitgestrekte bossen.
Het vertaalproces verloopt als volgt. Eerst worden de gemeten windsnelheden van de KNMI-stations omgerekend naar een windsnelheid die zou optreden boven open terrein. De ruwheid van het terrein rond de windmeter, die men voor die omrekening nodig heeft, kan bepaald worden uit de vlagerigheid van de gemeten wind, als het meetstation tenminste gedurende een voldoende lange periode 'in de lucht' is geweest . Met die nieuw verkregen waarden voor de gecorrigeerde wind, de zogenoemde potentiële windsnelheid, wordt de wind boven Nederland in kaart gebracht. Tenslotte rekent men de voor de gewenste locatie bepaalde potentiële wind weer terug naar de wind die er gemeten zou worden als er een betrouwbare windmeting zou plaatsvinden; bij die terugrekening speelt een schatting van de ruwheid van het landschap ter plaatse een belangrijke rol. Op deze manier is de windsnelheid op elk punt in Nederland met voldoende nauwkeurigheid te bepalen uit de potentiële wind en de landschapskenmerken.

2a: zee.	2b: open.	2c: ruwweg open.
2d: vrij ruw.	2e: ruw.	2f: zeer ruw.
2g: gesloten.	2. Voorbeelden van verschillende terreintypen met oplopende terreinruwheid. a: zee (Noordzee bij Egmond aan Zee, Noord-Holland). b. open (gebied achter de Hondsbosse Zeewering tussen Camperduin en Petten, Noord-Holland). c. ruwweg open (weidegebied van Waterland, Noord-Holland). d. vrij ruw (bouwland bij Pieterzijl, Groningen). e. ruw (Cadier en Keer, Zuid-Limburg). f. zeer ruw (Korte Duinen, Soest, Utrecht) en g. gesloten (boswachterij Austerlitz, Utrecht). (foto's: Kees Floor).

Oppervlakteruwheidskaart
In de jaren tachtig van de vorige eeuw werd een begin gemaakt met het in kaart brengen van de ruwheid van het landschap in Nederland en van de potentiële wind (lit. 4). Er werden classificaties opgesteld voor de terreinruwheid, waarvan een variant in dit artikel wordt gebruikt. De foto's van figuur 2 geven een beeld van hoe landschappen bij toenemende ruwheid eruit kunnen zien. Het ene uiterste (figuur 2a) wordt gevormd door de zee, waarboven de wind minimaal wordt afgeremd; het andere uiterste (figuur 2g) toont een beeld van het gesloten landschap van het omvangrijke bosgebied van de Utrechtse Heuvelrug. Nog ruwer zijn in de bebouwde omgeving de stadskernen met afwisselend hoog- en laagbouw, waaronder relatief veel hoge flats en/of kantoorgebouwen (niet afgebeeld).
Op basis van zo'n classificatie van de ruwheid van landschappen werd destijds een kaart van Nederland geconstrueerd waaruit per blok van 5 bij 5 kilometer de ruwheid van een gebied kan worden afgelezen (figuur 3a). Voor het maken van die ruwheidskaart werden topografische kaarten van Nederland gebruikt, schaal 1: 100.000, met de daarop aangegeven informatie over landschapstype en landgebruik.
Met het beschikbaar komen van de oppervlakteruwheidskaart en van een kaart van de jaargemiddelde potentiële windsnelheid (klik hier voor een afbeelding) kwam de weg vrij voor het construeren van een gebruikersvriendelijke windkaart als figuur 1b, waarbij elke geïnteresseerde direct de jaargemiddelde wind op de voor hem of haar gewenste locatie zou kunnen aflezen. Figuur 1a uit 2002 laat zien dat die kans niet direct werd benut. De atlas van dat jaar bevat, net als zijn voorganger uit 1972 nog de klassieke 'banden-en-vlekkenkaart' met de gemiddelde jaarlijkse gemeten windsnelheid. Met de komst van De Bosatlas van het Klimaat in 2011 beschikken we nu dus wél over een gedetailleerde, met landschapskenmerken rekening houdende windkaart.

3. a. Informatie over de oppervlakteruwheid in kaart gebracht voor blokken van 5 bij 5 kilometer op basis van informatie uit topografische kaarten van Nederland, gebaseerd op verkenningen uit de jaren 70 van de vorige eeuw. Er worden zes ruwheidsklassen onderscheiden. (Naar: KNMI; lit. 4) (klik op de figuur voor een vergroting). b. Informatie over landgebruik is inmiddels beschikbaar in een resolutie van 25 meter en een onderverdeling in 39 klassen. De afbeelding is gebaseerd op satellietwaarnemingen uit 2007 en 2008. (klik op de figuur voor een (klik op de figuur voor een vergroting).).(Bron: LGN6; Wageningen UR/Alterra).		4. Schouwen-Duiveland, de Oosterschelde en Roggenplaat op een satellietbeeld uit 2006. Dergelijke satellietbeelden worden gebruikt voor het maken van gegevensbestanden over het landgebruik in Nederland. Instrument: Thematic Mapper (TM). Satelliet: Landsat-5. (Bron: USGS/ESA). (klik op de figuur voor een vergroting)

Jaargemiddeldewindkaart 1981-2010
Bij de ontwikkeling van de nieuwe windkaart zijn de resultaten van recenter windonderzoek meegenomen; dat onderzoek is uitgevoerd op het KNMI en op Wageningen UR (lit. 5). Verder is de ruwheidsinformatie geactualiseerd; het ruwheidspatroon verandert namelijk in de loop der jaren door verder gaande verstedelijking en andere wijzigingen in het landgebruik. De ruwheidsinformatie is inmiddels veel gedetailleerder dan destijds; ze is tegenwoordig namelijk beschikbaar in een resolutie van 25 meter. Dat is mede te danken aan de gegevens van aardobservatiesatellieten als de Landsat's (vgl. lit 6). Figuur 4 geeft een voorbeeld van het detail dat de Landsat-beelden kunnen laten zien; het satellietbeeld toont Schouwen-Duiveland en de Oosterschelde met de Roggenplaat in 2006.
Bij de constructie van de kaart van figuur 1b werden ruwheidsgegevens gebruikt uit eerdere jaren, namelijk 1995-1997, min of meer in het midden van de periode van dertig jaar waarvoor de klimatologie geldt. De kaart met jaargemiddelde windsnelheid 1981-2010 is uiteindelijk opgebouwd uit blokjes van 2,5 bij 2,5 kilometer. De windsnelheden volgens de kaart werden voor de blokjes waar zich ook een officieel waarneemstation bevindt, vergeleken met de waarnemingen. Voor stations in open terrein bedroegen de verschillen hooguit 5%; in ruwer terrein konden ze oplopen tot 10%. Een dergelijke nauwkeurigheid is voor een windkaart zoals opgenomen in de nieuwe klimaatatlas zeker acceptabel en in ieder geval een aanzienlijke verbetering ten opzichte van de kaarten uit de eerdere uitgaven.

Conclusie
Het patroon van kaarten met de windsnelheid op 10 meter hoogte in de nieuwe Bosatlas van het Klimaat wijkt af van wat we uit eerdere uitgaven van klimaatatlassen van Nederland gewend waren. De gemeten windsnelheid op een bepaalde locatie wordt niet alleen bepaald door de grootschalige weersituatie, maar ook door de ruwheid van het landschap in de omgeving. De recente blokjeskaart doet recht aan de rol van die ruwheid en maakt daardoor een betere schatting mogelijk van de wind op een willekeurige plaats in Nederland.

Literatuur:
1. Sluijter, R. (eindredactie), De Bosatlas van het Klimaat, Groningen/De Bilt 2011. [Klimaatkaarten ook op www.klimaatatlas.nl].
2. Heijboer, D. en Nellestijn, J. (samenstellers), Klimaatatlas van Nederland, Rijswijk 2002.
3. KNMI, Klimaatatlas van Nederland, 's-Gravenhage 1972.
4. Wieringa J. en Rijkoort, P.J., Windklimaat van Nederland, 's-Gravenhage 1983.
5. Stepek, A. en Wijnant, I.L., Interpolating wind speed normals from the sparse Dutch network to a high resolution grid using local roughness from land use maps, KNMI Technical report; TR-321, 2011.
6. Floor, K., Landsat spot landoppervlak, Zenit, november 2008.