Impact Inventory. Een inventarisatie van kritieke weerparameters die de operatie op luchthaven Schiphol beïnvloeden

Transcriptie

1 Impact Inventory Een inventarisatie van kritieke weerparameters die de operatie op luchthaven Schiphol beïnvloeden (Foto van Onderdeel van het programma Kennis voor Klimaat Auteurs: Albert Jacobs, Nico Maat, Jitze van der Meulen, Hans Roozekrans Met medewerking van: Luchthaven Schiphol (AAS), Luchtverkeersleiding Nederland (LVNL) en de KLM. Datum: januari 2011

2 Inhoudsopgave Inhoudsopgave.2 1. Inleiding Gebruikersbehoeften Procesketen Waarneemtechnieken en systemen Overzicht van profiel meettechnieken: Detailbeschrijvingen van meetsystemen LIDAR SODAR RADAR Stralingsmetingen ModeS PWS (systemen ter vaststelling van het actuele weer) Lopend onderzoek inzake waarnemingen HARMONIE modelverwachtingen Kansverwachtingen en modelensembles Conclusies m.b.t. vervolg onderzoek en verdere ontwikkelingen Bijlage A: Verslagen van gesprekken met de drie Schiphol stakeholders 34 Bijlage B: Overzicht meetinstrumenten Pagina 2 Datum: januari 2011

3 Impact Inventory 1. Inleiding De impact van weer op de luchtvaart is groot, niet alleen m.b.t. veiligheid maar zeker ook m.b.t. economische effecten. Ca. 20% van de luchtvaartongevallen (bron: FAA) en ca. 80 % van vertragingen in het luchtruim zijn weer gerelateerd (bron: CFMU EUROCONTROL). Dit laatste geldt met name voor vertragingen op de luchthavens als gevolg van ongunstige winden zichtcondities (zie figuur 1). Figuur 1: Het aantal weer gerelateerde vertragingen in het Europese luchtruim in 2007 (Bron: EUROCONTROL) Schiphol is een complexe luchthaven vanwege z n ligging dicht bij de kust en is daardoor onder invloed van een grillig klimaat. Om de invloed van het weer op de vliegcapaciteit zo klein mogelijk te houden heeft Schiphol de beschikking over een 6-tal banen (runways) met verschillende windroosoriëntaties (zie figuur 2). De keuze van baancombinaties die gevlogen worden, wordt voor een groot deel bepaald door het heersende en te verwachten weer, met name de windrichting. Daarnaast speelt het zoveel mogelijk voorkomen van geluidshinder voor de omwonenden van Schiphol een rol bij die keuze. De vlieg- en platformoperaties op luchthaven Schiphol zijn zeer gevoelig voor kritieke weersomstandigheden, en plotselinge veranderingen daarin, zoals mist en laaghangende bewolking, hevige neerslag, sterke wind en windstoten, zwaar onweer met veel elektrische ontladingen en gevaarlijke neerslagsoorten zoals hagel, sneeuw en ijzel. Daarnaast is er een nieuw meteo gerelateerd fenomeen dat de Schiphol operaties parten speelt en dat is de aanwezigheid van vulkanisch as in de atmosfeer. Deze weerscondities leiden allen tot tijdelijke capaciteitsbeperkingen ( flow restrictions ) en hebben daarmee een negatieve invloed op de beschikbare operationele capaciteit van de luchthaven. Om de veiligheid in het vliegverkeer te vergroten en om verstoringen en vertragingen in de dagelijkse operatie, die het gevolg zijn van kritieke weersomstandigheden, tot een minimum te kunnen beperken, is nauwkeurige, betrouwbare en eenduidige informatie over de ernst en de duur van kritieke weersituaties nodig. Door veranderingen in ons klimaat verwachten we bovendien ook wijzigingen in de variabiliteit van het weer op de luchthaven en in de frequentie en intensiteit waarmee kritieke weersomstandigheden op Schiphol optreden. Precieze gegevens hierover zijn echter niet beschikbaar. Onze huidige generatie weer- en klimaatmodellen laten weliswaar zien dat extreme weerscondities, zoals hevige zomerse buien met veel wind, intenser worden, maar de ruimtelijke differentiatie van deze modellen is te beperkt om deze veranderingen met voldoende nauwkeurigheid te kunnen beschrijven voor Schiphol, en de veranderingen in de extremen zijn erg onzeker. Deze tekortkomingen zijn toe te schrijven aan de grove resolutie Pagina 3 Datum: januari 2011

4 van onze modellen, een gebrekkige fysische beschrijving van de interactie tussen het land en de atmosfeer in de modellen en de beperkte voorspelbaarheid van lokale (extreme) weerfenomenen. Figuur 2: het stelsel van landingsbanen op luchthaven Schiphol Het doel van het project Impact is om met behulp van het hoge resolutie atmosfeermodel HARMONIE, de invloed van klimaatverandering op de kritieke weerscondities voor Schiphol, en daarmee op de Schiphol operaties, beter te kunnen kwantificeren en te leren begrijpen. Deze kennis zal vervolgens worden gebruikt om de huidige generatie weer- en klimaatmodellen voor Schiphol aan te passen, zodat ze kunnen worden gebruikt om: 1. Een betere korte termijn weersverwachting voor Schiphol te maken. 2. Onze klimaatscenario s ruimtelijk te verfijnen, i.e. downscalen naar een ruimtelijke schaal die relevant is voor Schiphol. Een onderdeel van het project Impact is de Impact Inventory. Het doel daarvan is om de weerparameters in kaart te brengen die de operatie op Schiphol het meest beïnvloeden, hun volgorde van relevantie, de bijbehorende drempelwaarden voor de diverse gebruikers op de luchthaven, en hoe we deze weerparameters het beste kunnen waarnemen en verwachten. In dit rapport wordt beschreven wat de huidige en toekomstige behoeften zijn van de belangrijkste gebruikers op luchthaven Schiphol aan weersinformatie (zie hoofdstuk 2). In hoofdstuk 3 wordt beschreven hoe de procesketen eruit ziet die ten grondslag ligt aan de uiteindelijke weersverwachting. Hoofdstuk 4 gaat in op waarneemtechnieken en systemen die worden gebruikt voor het waarnemen van kritieke weerparameters voor Schiphol. De volgende twee hoofdstukken geven aan hoe we deze weerparameters het beste kunnen verwachten, hoofdstuk 5 voor wat betreft de HARMONIE modelverwachtingen, en hoofdstuk 6 voor wat betreft de kansverwachtingen en (korte termijn) modelensembles. In het laatste hoofdstuk 7, wordt tenslotte een overzicht gegeven van het onderzoek en de ontwikkelingen die nodig worden geacht, alsmede de daarvan te verwachten baten, om de huidige weersverwachting voor Schiphol verder te verbeteren. Pagina 4 Datum: januari 2011

5 2. Gebruikersbehoeften Om de impact van weer op de luchtvaartoperaties rondom Schiphol te inventariseren zijn er drie gesprekken gevoerd met de drie belangrijkste gebruikers van meteo dienstverlening op Schiphol: LVNL (Luchtverkeersleiding), Schiphol-AAS (Airside operations) en KLM (Dispatch). Gedetailleerde verslagen van deze gesprekken zijn te vinden in bijlage A. De belangrijkste bevindingen uit de gesprekken zijn hierna gerangschikt per weerparameter, die het meest kritisch zijn voor de Schiphol operaties: wind, low visibility / lage bewolking, neerslag, onweer en extreme temperaturen. Wind Belang: LVNL: Hoog Wind bepaalt voor een zeer groot deel de keuze van banen voor landen en opstijgen door de verkeersleiders. AAS: Middelhoog Indirect belang bij wind vanwege baankeuzeproces bij LVNL dat invloed heeft op de capaciteit van het vliegverkeer op Schiphol. Bij planning van baanonderhoud door AAS is een goede windverwachting (met name richting) op termijn van 1-24 uur wel van direct belang voor AAS. Verwachtingen van extreme wind (storm of bij onweer) zijn belangrijk voor AAS i.v.m. het mogelijk herpositioneren van vliegtuigen aan de gates (neus in de wind) en ook voor de grondoperaties rondom de vliegtuigen. KLM: Hoog Wind is een belangrijke parameter voor de KLM vliegoperaties, zowel en-route (vliegtijden, brandstofverbruik, turbulentie) als landing / take-off operaties (veiligheid). Kritische drempelwaarden: LVNL: Tail wind (> 7 kts) en cross wind (> 20 kts) maakt een baan onbruikbaar voor vliegen. De aangegeven limieten gelden inclusief de gusts, waarbij gusts tot 10 kts niet worden meegenomen. Bij een te sterke wind uit de hoek wordt de Kaagbaan in de richting 240 en de Buitenveldertbaan in de richting 270 (zie figuur 2) in combinatie met elkaar gebruikt. In dit geval kunnen geen drie banen worden gebruikt en dat heeft een sterke beperkende impact op de capaciteit van Schiphol. Echt kritisch wordt het als er een sterke wind staat uit noordwestelijke richting, dan is alleen baan 27 beschikbaar. Daarnaast is bij wind sterker dan 25 kts vanuit de hoek 300 of 120 zelfs helemaal geen baan beschikbaar. AAS: Idem als LVNL bij capaciteit c.q. onderhoud beslisproces. Voor ingrijpen in grondoperaties i.v.m. extreme wind wordt geen harde drempelwaarde gehanteerd. KLM: Er wordt niet met eenduidige drempelwaardes gewerkt. Deze zijn afhankelijk van vliegtuig en piloot en worden over het algemeen ruimer genomen dan de LVNL drempelwaarden voor wind. Figuur 3: Te sterke crosswind kan veel problemen geven bij het landen en opstijgen van vliegtuigen. Pagina 5 Datum: januari 2011

6 Type wind: LVNL: Windsnelheid en -richting op 10m hoogte zijn leidend in beslisproces. Maar ook hoogtewinden worden meegenomen. Informatie over windshear is van belang voor LVNL maar wordt niet gemeten. De LVNL krijgt nu windshear informatie van piloten. Deze informatie wordt door verkeersleiders doorgegeven aan de meteoroloog en aan andere binnenkomende piloten. Rapportage van sterke windshear onder de 1000 ft kan vanwege de veiligheid leiden tot baanverandering (dit komt heel sporadisch voor). AAS: Windsnelheid en -richting op 10m hoogte zijn leidend in beslis- en planproces. KLM: KLM heeft behoefte aan meting van windshear en wake vortex op en rondom Schiphol. Kwaliteit: LVNL: De kwaliteit van de wind informatie is belangrijk voor de LVNL. Ervaring heeft geleerd dat kennis van het luchthavenproces bij de meteoroloog een belangrijke positieve invloed heeft op de kwaliteit van de windverwachting. AAS: De kwaliteit van de KNMI windverwachting is over het algemeen goed/voldoende. KLM: Heeft baat bij meer en betere windmetingen op en rondom Schiphol. Low visibility / lage bewolking: Belang: LVNL: Hoog. Slecht zicht en lage bewolking heeft grote invloed op de capaciteit. Bij Beperkt Zicht Operaties (BZO condities) kan er maar beperkt gevlogen worden ( de kraan wordt naarmate het zicht slechter wordt steeds meer dichtgedraaid door de verkeersleider ) AAS: Middelhoog Slecht zicht heeft invloed op capaciteit maar de LVNL heeft de leiding in het beslisproces. AAS heeft zelf zichtverwachtingen nodig voor planning van werkzaamheden aan de banen, planning van de afhandeling van vliegtuigen aan de gates en voor planning van capaciteit. De termijn vooruit is 1 tot 4 uur. KLM: Hoog. Voor de planning van de vloot zijn nauwkeurige slecht-zichtverwachtingen zeer belangrijk. Uitwijken van vliegtuigen vanwege slecht zicht op Schiphol dient zoveel mogelijk vermeden te worden (kost KLM veel geld). De drempelwaarden voor slecht zicht en lage bewolking zoals die thans op Schiphol gehanteerd worden: Visibility classification Visibility [VIS / RVR] Ceiling Visibility classification Capacity restrictions due to visibility (movements/hour) Good > 5 km [VIS] and > 1000 ft Good 68 arrivals or 74 departures, max 104/108 movements No flow restrictions Marginal LVP phase A km [VIS] m [RVR] or or ft ft Marginal LVP phase A 68 arrivals or 74 departures, max 104/108 movements Use of independent parallel runways required No flow restrictions 56 arrivals or 52 departures, max 80 movements In general no flow restrictions LVP phase B m [RVR] or < 200 ft LVP phase B 44 arrivals or 52 departures, max 74 movements Flow restrictions in force LVP phase C m [RVR] LVP phase C 30 arrivals and 17 departures, max 47 movements Flow restrictions in force LVP phase D < 200 m [RVR] LVP phase D 16 arrivals and 20 departures, max 36 movements Flow restrictions in force Zicht classificatie met bijbehorende grenswaarden voor zicht en ceiling. Slecht zicht condities met bijbehorende capaciteitsbeperkingen. BZO = Beperkt Zicht Operaties (in de tabel Low Visibility Procedures (LVP) genoemd) RVR = Runway Visual Range VIS = Visibility for aeronautical purposes Ceiling = Wolkenbasishoogte van de laagste wolkenlaag die voor minimal 5/8 bedekt is Pagina 6 Datum: januari 2011

7 Verwachtingstermijn: LVNL: 1 tot 3 uur vooruit AAS: 1 tot 4 uur vooruit KLM: 1 tot 3 uur vooruit (bij intercontinentale vluchten langer vooruit) Neerslag: Belang: LVNL: Middelhoog Extreme regenintensiteit kan leiden tot vliegbeperking doordat water zich ophoopt op de baan. Idem m.b.t. sneeuw, hagel en ijzel i.v.m. gladheid. AAS: Hoog AAS is verantwoordelijk voor de toestand van het baanoppervlak en het open houden van banen. Bij regen met een intensiteit van 8 mm/uur en langer dan 15 minuten ontstaan er zware plassen op de baan. Sneeuw, hagel en ijzel op de baan kan AAS bestrijden (vegen en strooien/spuiten met chemicaliën). Dit kost geld en dient qua mankracht gepland te worden. Adequate meteo ondersteuning is daarbij zeer belangrijk voor AAS. KLM: Hoog Net als voor slecht zicht is een adequate sneeuw/ijzel verwachting zeer belangrijk voor de KLM i.v.m. planning van de vloot (uitwijkingen, vertragingen, etc.). Daarnaast is een betrouwbare hagelverwachting (locatie, intensiteit, steengrootte) zeer belangrijk i.v.m. het voorkomen van schade aan vliegtuigen. Figuur 4: Sneeuw en hagel zijn weerfenomenen die veel schade aan de luchtvaart kunnen toebrengen. Nowcasting / verwachting: LVNL: Actuele neerslaginformatie is met name relevant. AAS: AAS heeft het liefst goede actuele informatie t.a.v. extreme regenval en meldingen een kwartier van tevoren. Beslissingen op basis van regenverwachtingen vinden niet of nauwelijks plaats vanwege de grote onzekerheid/onnauwkeurigheid daarvan. Een goede sneeuw- en ijzelverwachting 1 tot 4 uur vooruit is wel essentieel voor Schiphol i.v.m. het plannen van gladheidbestrijding. KLM: Net als voor slecht zicht is de tijdigheid van waarschuwing voor slechte sneeuw/ijzel omstandigheden heel belangrijk voor de KLM: 1-3 uur vooruit voor de Europese vluchten, 1-10 uur vooruit voor de intercontinentale vluchten. Kwaliteit: LVNL: Tevreden. AAS: Zou graag betere verwachting van winterse neerslag (hoeveelheid, intensiteit, starten eindtijd) zien. Ook een kansverwachting voor neerslag zou gewaardeerd worden. KLM: Idem als AAS met als extra wens een hagel kansverwachting. Pagina 7 Datum: januari 2011

8 Onweer: Belang: LVNL: Laag Aircraft Induced Lightning (AIL) condities spelen geen rol voor de LVNL. Wel spelen buien (Cumulonimbus/CB s) een rol voor de korte termijn planning. De aanwezigheid van CB s in de aan- of afvliegroute kan leiden tot aanpassing van de baankeuze. Figuur 5: Een nauwkeurige CB en bliksem verwachting/nowcasting is essentieel voor vlieg- en platformoperaties op en rondom Schiphol. AAS: Hoog Kans op blikseminslag is wel zeer relevant voor AAS i.v.m. platform afhandeling operaties (fueling, bagage, catering, etc). Zodra er kans op bliksem is worden deze operaties onhold gezet. AIL speelt geen rol voor AAS. KLM: Hoog Informatie over AIL condities heeft hoge prioriteit bij KLM. AIL kan grote schade aan vliegtuigen aanbrengen en leiden tot gevaarlijke situaties. Ook het belang bij adequate CB informatie is groot (heeft impact op de veiligheid van de vliegtuigen en op de beschikbare capaciteit van Schiphol) Nowcasting/verwachting: AAS: Er wordt alleen gebruik gemaakt van actuele informatie, m.a.w. waarnemingen van het aantal ontladingen. Op bliksemverwachtingen worden geen beslissingen genomen. Een goede waarneming/detectie van bliksem is dus van groot belang waarbij ook een nauwkeurige plaatsbepaling van de ontlading van groot belang is. De vereiste nauwkeurigheid is 1x1 km, en die wordt door het KNMI bliksemdetectiesysteem ook inderdaad gegeven. KLM: Zowel actuele informatie als verwachtingen van AIL zijn relevant voor de KLM. Hetzelfde geldt voor de kans op en de locatie van CB s. Deze informatie dient beter toegankelijk gemaakt te worden voor de piloten in de cockpit maar ook voor het OCC. Temperatuur Belang: LVNL: Geen. AAS: Middelhoog. Baanoppervlaktetemperatuur is belangrijk voor mogelijke gladheid (in combinatie met neerslag). Lage luchttemperatuur is van belang bij keuze van wel/niet de-icing. Deze keuze heeft invloed op de planning van platform afhandeling. KLM: Hoog. Lage luchttemperatuur (in combinatie met de aanwezigheid van vocht aan het oppervlak): is van belang bij keuze van wel/niet de-icing. Deze keuze heeft invloed op de planning van platform afhandeling. Pagina 8 Datum: januari 2011

9 Hoge luchttemperatuur is van belang voor een lange termijnplanning van KLM, omdat het lift vermogen bij opstijgen van vliegtuigen dan omlaag gaat. Binnen KvK wordt daarvoor een klimatologie ontwikkeld. Verwachtingstermijn: AAS en KLM: Een verwachting tot 3 uur vooruit is van belang. Voor de planning van deicing operaties is een verwachting tot zo n 3 à 4 dagen vooruit van belang. Figuur 6: IJsvorming op romp en vleugels heeft sterke impact op het vliegvermogen van vliegtuigen. De-icing, besproeien met chemicaliën, helpt ijsvorming te voorkomen kort voor het opstijgen. De-icing kost tijd en moet daarom goed ingepland worden. Een nauwkeurige weersverwachting is daarbij essentieel. De gesprekken hebben naast bovenstaande gebruikersbehoeften ook veel inzicht gegeven in de mate van tevredenheid over de huidige meteo dienstverlening aan de luchtvaart. Over het algemeen is die tevredenheid groot, met name als het gaat om de adviesrol van de Meteorologische Adviseur Schiphol (MAS) bij kritieke weersituaties. Ook het gebruik van de Schiphol Kansverwachting voor wind en zicht wordt steeds meer gewaardeerd, en is de laatste jaren geoptimaliseerd, door de luchtvaartsector. Het verschil in gebruikersbelang vanuit veiligheidsoogpunt (vooral LVNL maar ook AAS) en vanuit economisch oogpunt (KLM en in mindere mate AAS) m.b.t. meteo informatie kwam duidelijk naar voren in de gesprekken. LVNL en AAS gaan aan de veilige kant zitten: liever een vals alarm voor slecht weer dan een misser van slecht weer. De KLM kan zich meer risico veroorloven en daarmee eventuele kosten besparen. 3. Procesketen Bij het maken van operationele weersverwachtingen leunen meteorologen steeds meer op numerieke weermodellen. Het KNMI maakt voor de termijn tot 5 dagen vooruit vooral gebruik van het ECMWF model van het Europese Weercentrum in Reading, UK. Voor de kortere termijn, tot 48 uur vooruit, wordt op dit moment vooral gebruik gemaakt van HIRLAM, een weermodel dat het KNMI samen met een aantal Europese collega weerinstituten heeft ontwikkeld. HIRLAM is een hydrostatisch model dat weerinformatie geeft met een resolutie van 11 km voor het Europese domein. Momenteel wordt in het HIRLAM consortium hard gewerkt aan een volgende generatie weermodel onder de naam HARMONIE. Dit is een niethydrostatisch model dat weerinformatie gaat opleveren met een resolutie van 2.5 km (in figuur 7 is het verschil in resolutie met HIRLAM te zien). Naast de hogere resolutie gaat HARMONIE ook nauwkeurigere en meer weerinformatie opleveren. Achtergrondinformatie over HIRLAM en HARMONIE is te vinden op Numerieke weermodellen, zoals HIRLAM en HARMONIE, zijn onderdeel van een hele procesketen die leidt tot een weersverwachting. Deze keten bestaat uit de schakels: 1. Het inwinnen van waarnemingen. 2. Het assimileren van waarnemingen in het weermodel. 3. Het automatisch produceren van modeluitvoer m.b.v. het weermodel. 4. Diagnostiek op de uitvoer van het weermodel. 5. Fysische en statistische nabewerking van de modeluitvoer. 6. Koppeling van (kans)verwachtingen met beslissingsondersteunende systemen zoals die worden gebruikt op de luchthaven. 7. Meteorologische advisering en zo nodig bijsturing van de verwachting. Pagina 9 Datum: januari 2011

10 Figuur 7: Windveld analyse (voor 5 december 2008; 6 UTC) door HIRLAM op 11 km resolutie (links) en HARMONIE op 2.5 km resolutie (rechts) Het weermodel HARMONIE kan gezien worden als de kern van deze keten. Op het moment dat HARMONIE als weermodel operationeel beschikbaar is voor de meteoroloog, heeft dat als meerwaarde een eerste verbetering van de kwaliteit van de lokale weersverwachting voor Schiphol. Een volledige optimalisatie van de meerwaarde die een model als HARMONIE in potentie heeft, kan echter pas worden bereikt wanneer ook de andere schakels in de procesketen op het model zijn aangesloten en geoptimaliseerd. a. Het gebruik van waarnemingen Voor het verwachten van kritieke weerscondities op luchthaven Schiphol, kan gebruik worden gemaakt van lokale- en remote-sensing waarnemingen, in combinatie met modeluitvoer uit het hoge resolutie weermodel HARMONIE. De waarnemingen kunnen o.a. gebruikt worden voor: i. Het monitoren van kritieke weerscondities op luchthaven Schiphol en in haar omgeving; ii. Het maken van een zeer korte termijn trend type verwachting voor Schiphol (nowcasting); iii. Het initialiseren van de begincondities van het weermodel HARMONIE (dataassimilatie). In hoofdstuk 4 worden de potentiële waarneemtypen besproken die hiervoor, naast de traditionele in-situ waarnemingen op de luchthaven, kunnen worden gebruikt. b. Directe modeluitvoer uit HARMONIE Het project Impact richt zich met name op de derde schakel in de procesketen. In eerste instantie zal de directe modeluitvoer van HARMONIE op basis van een aantal geselecteerde cases worden geëvalueerd voor toepassing op de luchthaven Schiphol. Daarnaast zal de modeluitvoer van HARMONIE worden vergeleken met de uitvoer van het huidige operationele HIRLAM model. Met deze twee stappen willen we aantonen dat het hoge resolutie model HARMONIE de potentie heeft om het weer beter te beschrijven op de kleine ruimte- en tijdschalen die relevant zijn voor Schiphol. Daarbij verwachten we dat met HARMONIE belangrijke verbeteringen worden bereikt t.a.v. de beschrijving van het lokale windveld, de uitwisseling van vocht en warmte met het aardoppervlak (relevant voor het zicht) en de ontwikkeling van convectieve buien in de zomer die vaak gepaard gaan met extreme neerslaghoeveelheden. c. Diagnostiek op de modeluitvoer Diagnostische processing op de modeluitvoer is nodig voor weerparameters die kritisch zijn voor de luchthaven operatie en die niet direct uit de weermodellen komen. Voorbeelden zijn slecht zicht en mist, wolkenbasis (ceiling), onweer en weerlicht, neerslagsoorten zoals hagel Pagina 10 Datum: januari 2011

11 en sneeuw, onderkoelde neerslag, ijsafzetting, windstoten en indicatoren voor extreme stormen zoals hurricanes en tornadoes. d. Fysische en statistische nabewerking van de modeluitvoer Sommige modelparameters uit HARMONIE kunnen verder verbeterd worden door gebruik te maken van lokale informatie. Dit geldt in het bijzonder voor lokale wind, het (baan)zicht en lage bewolking. Voorbeelden van nabewerking van de modeluitvoer zijn: i. Fysische downscaling van windinformatie op baanniveau door gebruik te maken van een eenvoudig 2-lagen model voor de beschrijving van de wind in de atmosferische grenslaag en hoge resolutie gegevens van de terreinruwheid van Schiphol en haar omgeving. ii. Fysische nabewerking van directe modeluitvoer t.b.v. het afleiden van specifieke modelparameters voor mist en lage wolken (de z.g. LVP condities). Hiervoor wordt gebruik gemaakt van een 1D-kolomsmodel in combinatie met lokale waarnemingen van vocht en temperatuur in de atmosferische grenslaag en in de bodem. iii. Statistische nabewerking van de modelgegevens door gebruik te maken van lokale waarnemingen en eventueel beschikbare modelensembles. Op deze manier kunnen kansverwachtingen worden gemaakt (zie figuur 8). Figuur 8: Een voorbeeld van de Schiphol Kansverwachting. Opmerking: Kansverwachtingen zullen voorlopig uit hydrostatische modellen zoals ECMWF en HIRLAM moeten komen. Het afleiden van kansverwachtingen m.b.v. niet-hydrostatische hoge resolutie modellen zoals HARMONIE, is evenals informatie over de voorspelbaarheid van dit soort modellen nog een nieuw terrein. Pagina 11 Datum: januari 2011

12 e. Koppeling van kansverwachtingen met beslissingsondersteunende systemen De procesketen levert meteorologische gegevens in een vorm die aansluit bij de beslissingsondersteunende systemen van AAS, LVNL en de KLM (zie figuur 9). Vaak is dat informatie in de vorm van kansverwachtingen. Voor optimaal gebruik van de gegevens t.b.v. beslissingsondersteuning, is kennis van de operatie aan gebruikerszijde en van hun kosten en verliezen die gepaard gaan met missers en valse alarmen in de weersverwachting essentieel. In samenspraak met de gebruikers wordt deze kennis toegesneden op het luchthavengebruik. Figuur 9: Schematische weergave van koppeling van weerinformatie aan het Capaciteitsprognose model van Schiphol f. De rol van de meteoroloog De meteoroloog is de laatste schakel, het front end, van de procesketen. Hij of zij fungeert als interface tussen de gebruiker van een weersverwachting en de meteorologische gegevens die afkomstig zijn uit bijv. waarnemingen en modellen. Op basis van die gegevens stelt de meteoroloog een korte en lange termijn weersverwachting op, interpreteert en communiceert deze en adviseert diverse doelgroepen over het gebruik daarvan. Indien nodig stuurt de meteoroloog de modelverwachting bij op basis van eigen bevindingen. Dat gebeurt bijv. wanneer er lokaal plotselinge veranderingen in het weer optreden of precieze timing van een weerfenomeen een belangrijke rol speelt in het werkproces van de gebruiker. Om deze rol optimaal in te kunnen vullen heeft de meteoroloog naast vakinhoudelijke kennis ook veel kennis van de werkprocessen aan de kant van de gebruiker. Voor de luchtvaart levert de meteoroloog met name op de zeer korte termijn, i.e. 0 3 uur vooruit, door bijsturing van de modelverwachting een heel belangrijke meerwaarde. Tijdens perioden met kritisch weer wordt er een KNMI meteoroloog (MAS = Meteorologisch Adviseur Schiphol) naast de verkeersleiders van de LVNL gestationeerd. Figuur 10: Een MAS meteoroloog van het KNMI praat een LVNL verkeersleider bij over de laatste en te verwachten ontwikkeling van een kritische weersituatie. Pagina 12 Datum: januari 2011

13 4. Waarneemtechnieken en systemen Toepassingen van waarnemingen Waarnemingen van weerparameters op en rond luchthavens worden direct toegepast in de actuele meteo berichtgeving (METAR, ACTUAL) voor de luchtvaart. Daarnaast worden waarnemingen gebruikt voor het analyseren van de beste begintoestand van weermodellen (zoals HIRLAM en HARMONIE) en voor fysische en statistische nabewerking van de modeldata. Op Schiphol is een uitgebreid meetnet voor het meten van de relevante weerparameters aanwezig (zie figuur 11). Figuur 11: Langs alle runways van Schiphol worden alle relevante weerparameters gemeten. Deze waarnemingen zijn real-time beschikbaar voor de luchtvaart afnemers via deze console. Van belang voor de luchtvaart is dat waarnemingen ook worden toegepast bij het genereren van een verwachting voor de zeer korte termijn (een z.g. trend-type verwachting). Dat wordt nowcasting genoemd en dat proces verloopt vaak via de volgende stappen: i. Een snelle analyse op basis van beschikbare waarnemingen (Rapid Update Cycle) Integratie (assimilatie) van (lokale) waarnemingen uit verschillende waarneembronnen, zoals satelliet, radar, synoptisch, a-synoptisch en lokale in situ waarnemingen. Iedere 30 minuten, of uurlijks, de 3D toestand van de atmosfeer analyseren. ii. Extrapolatie van de geanalyseerde toestand van de atmosfeer d.m.v. Het re-runnen van het model met een korte voorspeltermijn. Het gebruiken van advectie termen uit het model. Het gebruiken van bewegingsvectoren die we uit opeenvolgende 3D beelden halen of eventueel uit 2D projecties daarvan (vb. radar extrapolatie). Parameters waarvoor deze techniek doorgaands wordt toegepast zijn vocht, neerslag, wolken en zicht. iii. Mergen van geëxtrapoleerde analyses en modeloutput van het weermodel Dicht bij de analysetijd krijgt de geëxtrapoleerde analyse een hoog gewicht en het model een laag gewicht. Na verloop van tijd neemt het gewicht van het model toe en van de geëxtrapoleerde analyse af. Verandering van de gewichten hangt af van de weersfenomeen. Nota bene: stap i. in combinatie met ii., en eventueel iii., houdt in dat de analyse van de verwachtingsvariabele gebruikt wordt voor een eenvoudige extrapolatie. Pagina 13 Datum: januari 2011

14 Een voorbeeld van een succesvolle bijdrage van waarnemingen aan nowcasting is die van de assimilatie van windwaarnemingen, geëxtraheerd uit vliegtuig ModeS data (zie verderop) via HIRLAM in de TP Meteoserver. Algemeen over waarnemingen: Gemeten meteorologische variabelen worden in het algemeen verkregen uit of via: Netwerken van grondwaarnemingen door AWSen (Automatische Waarneemstations) - landelijk en internationale synoptische meetnetten. Daarnaast vinden een aantal additionele grondwaarnemingen plaats op de luchthavens naast of nabij de landingsbanen (zie figuur 11 voor het Schiphol meetnet). De belangrijkste variabelen van deze in situ waarnemingen, die worden gerapporteerd zijn: luchtdruk, temperatuur en vocht, wind, neerslag, zicht, bewolking en actueel weer. Netwerken van radiosonde stations, van waar profielen van de temperatuur, vochtigheid en wind geldend voor 00:00 en 12:00 worden gerapporteerd. Data relais systemen, zoals AMDAR, ModeS en GPS, welke als spinoff metingen van meteorologische parameters opleveren. Grond Remote Sensing (RS) systemen, zoals Radar, Sodar, Lidar, windprofilers, etc. Satelliet RS sensoren (imagers, sounders, scatterometers, radio-occultatie, etc.) Onderscheid kan worden gemaakt tussen in situ metingen (aan het aardoppervlak of in de atmosfeer) en remote sensing metingen (vanaf het aardoppervlak of vanuit de ruimte). Ofschoon er verschillen zijn in kwaliteit, beschikbaarheid en ruimtelijke resolutie en representatie kunnen al deze variabelen van toepassing zijn mits uniformiteit, herleidbaarheid en datahomogeniteit naar behoren georganiseerd zijn en ook indien de metadata volledig is en toegankelijk. Met in situ metingen in de atmosfeer en remote sensing metingen is het mogelijk om profielen te genereren. Naast waarneeminformatie van aan de grond is daarmee ook informatie beschikbaar uit de atmosfeer daarboven. Een systeem of netwerk dat in staat is om voor diverse locaties profielen te leveren maakt het mogelijk om een 3D beeld te krijgen van de toestand van de atmosfeer. Overzicht van profiel meettechnieken: Actuele profielen van de atmosfeer en de actuele, lopende trend daarvan geven directe informatie ten aanzien van de toestand van de atmosfeer en de verandering daarvan. Juist de lopende veranderingen hebben een prognostische waarde. Er zijn diverse technieken voorhanden om profielen te meten. De bekendste zijn de sinds jaar en dag gangbare radio sondes (die tweemaal per dag in een netwerk van stations opgelaten worden (zowel boven land als boven zee). Dergelijke profielen leveren informatie over wind, luchttemperatuur en luchtvochtigheid. Een meer recentere techniek om deze profielen te meten is m.b.v. vliegtuig metingen, waarbij de data zeer frequent wordt aangeleverd via AMDAR of ModeS. Ook d.m.v. satellietmetingen komen profielmetingen van vocht en temperatuur beschikbaar. De gebeurt met z.g. sounders (infrarood en microgolf sensoren) die momenteel alleen aanwezig zijn op polaire satellieten zodat slechts een paar keer per dag profielen beschikbaar komen. Vanaf 2018 zal ook de geostationaire Meteosat uitgerust worden met een sounder waardoor ieder half uur een temperatuur-, vocht- en windprofiel beschikbaar komt met een horizontale resolutie van 10 km. Aan de grond kan door middel van in situ metingen van de lucht temperatuur op twee of drie hoogtes een gradiënt worden vastgesteld. Op AWS is dat standaard op 10 cm en 150 cm, op de vier mistposten rondom Schiphol is dat op 50 cm en ca. 10 m. Het verloop van deze gradiënt levert informatie over het gedrag van de uitwisseling van de lucht direct aan de grond en de lucht daarboven (van belang bij zeer weinig wind en nauwelijks menging). Een bekende grond RS techniek is die gebaseerd op de actively remotely sensed detection and ranging zoals LIDAR, SODAR en RADAR. Hiermee wordt met name wolkenbasis en Pagina 14 Datum: januari 2011

15 dikte, wind, aërosol concentraties, extinctie en neerslag bepaald als functie van de plaats (hoogte bij verticale metingen). Detailbeschrijvingen van meetsystemen LIDAR Met Lidar instrumenten kan een lichtvertrooiingsprofiel verkregen worden waaruit o.a. de hoogte van de wolkenbasis wordt bepaald. Voor dit soort instrumenten geldt dat: LIDAR based ceilometers zijn in de eerste plaats ontworpen voor de bepaling van wolkenbases. Dit vindt plaats na analyses van het zgn. backscatter profiel (mate van terugwaartse lichtverstrooiing als functie van de hoogte). De hoogte waarbij een significante toename van de backscatter optreed wordt aangemerkt als wolken basis. Het backscatterprofiel hangt samen met het extinctieprofiel. Extinctie is de enige parameter, die bepalend is voor het zicht (optical range), de maat voor het vaststellen van mist. Gedrag van het extinctieprofiel is dus een goede informatiebron voor het verwachten van het ontstaan en de ontwikkeling van mistlagen. Dus de kenmerken van het veranderingsgedrag geven actuele informatie over het te verwachten ontstaan, verloop en oplossen van mist. De ondergrens van de huidige, operationele ceilometers reikt echter tot m, hetgeen een beperking is omdat het profiel van de mistlaag onder die grens niet goed wordt getoond, terwijl die laag wel van groot belang is voor het vaststellen van de ontwikkeling van die laag. Figuur 12: Het meetprincipe van een ceilometer en een voorbeeld van de output, nl. een continue meting van de wolkenbasishoogte op de locatie van het instrument. In combinatie met een zgn. Nubiscope (een IR scanner) kan zeer hoge resolutie informatie van wolken rondom een vliegveld verkregen worden. Lidars en Nubiscopes zijn relatief goedkoop. Een bijzondere soort LIDARs is een scannende LIDAR. Een voorbeeld hiervan is de zgn. wind cube lidar. Deze kan uitstekend gebruikt worden voor het meten van horizontale en verticale windschering. Wind cube lidars zijn commercieel verkrijgbaar en vergen niet veel opstellingsruimte (instrument is ca. 50x50x50 cm). De kosten van een wind cube lidar zijn ca. 200 K. Het KNMI heeft op Cabauw een wind cube lidar getest tijdens een experiment van één week. De resultaten waren veelbelovend. De meetnauwkeurigheid van deze wind cube lidar m.b.t. horizontale winden is erg hoog. De data zijn daarbij vergeleken met de 200 m mast metingen. Een rapport hierover is beschikbaar. Voor info over wind cube lidars zie ook: Pagina 15 Datum: januari 2011

16 Vergelijkbaar met deze LIDARs zijn er nu ook systemen op de markt voor on-line detectie en monitoring van wake vortices boven de runway. Deze systemen bestaan vaak uit meerdere sensoren (RADAR, LIDAR, SODAR) zodat ze onder alle weersomstandigheden kunnen worden gebruikt. Een vergelijkbaar meetsysteem voor monitoring van de 3D wind nabij de landingsbanen op Schiphol wordt ontwikkeld en getest binnen het KvK project WindVisions. Dit systeem zal bestaan uit een crosswind scintillometer in combinatie met een vertikaal scannende LIDAR of SODAR. SODAR Een SODAR meet geluid, dat is teruggekaatst door turbulente structuren in de atmosfeer. Met een radieel metende SODAR kan uit de Doppler verschuiving een profiel van de horizontale wind worden bepaald. Een SODAR kan in principe ook de dikte van de atmosferische grenslaag meten en het verloop daarvan. Dat is interessant voor mistdetectie en verwachting. Een combinatie van metingen van de dikte van de mistlaag (uit SODAR) en inkomende straling, kan dan worden gebruikt voor het bepalen van het tijdstip waarop de mistlaag oplost. Momenteel wordt onderzoek verricht naar het nut van SODAR metingen t.b.v. de detectie van mist en lage stratus. De voorlopige resultaten van dat onderzoek bevestigen de mogelijkheden van SODAR ten aanzien van het meten van de dikte van een mistlaag, maar ook de beperkingen. Zo is het lastig om zeer dunne mistlagen (z.g. shallow fog) en lagen zonder significante overgangen te kunnen meten. Bij het vaststellen van het nut speelt mee de informatie die verkregen wordt uit overige informatiebronnen, zoals bijv. de inversie uit temperatuurprofielen verkregen via AMDAR, en de beperkte resolutie in de hoogte (25 m) van het huidige operationele SODAR meetinstrument dat op Schiphol staat. RADAR Een radar is een remote sensing systeem dat microgolf straling uitzendt met een frequentie die kan variëren van 2 tot ca. 40 GHz. Naarmate de uitzendfrequentie van de signalen hoger is, is de golflengte kleiner waardoor er steeds kleinere deeltjes in de atmosfeer kunnen worden gedetecteerd, zoals bijv. motregen en wolkendruppels. De meest gangbare radar die wordt gebruikt in de meteorologie is een weerradar. Deze zendt uit met een frequentie van 4 8 GHz en is in principe bedoeld voor de detectie en intensiteitsbepaling van neerslag. Het KNMI heeft twee van dit type radarsystemen. Het bereik van daarvan is 200 km (medium range). De minimale hoogte waarop de radar scant is afhankelijk van de afstand. Voor luchthaven Schiphol is die minimale hoogte 500 m. Het KNMI gebruikt een speciale versie van de weerradar, namelijk een Doppler radar. Hiermee kan naast neerslag ook wind worden afgeleid, zowel windrichting als windsnelheid, mits er neerslag aanwezig is. De Doppler radar van het KNMI kan verder worden gebruikt voor de herleiding van: Neerslagintensiteit met een resolutie van 1x1 km; Windprofielen; Lokale windschering (downbursts) en rotatie tot 1500 m hoogte op 1x1 km resolutie; Windvectoren in het overlap gebied van twee of meer radars; Hagel in de zomer; Reflecties aan grenslaag bij warm weer of aan sterke vocht en temperatuur gradiënten. Een interessante optie van de Doppler radar is de mogelijkheid om verticale bewegingen in de atmosfeer te registreren en daarmee uitspraken te doen over de op de korte termijn te verwachten windstoten in buien. Zie hiervoor KNMI IR , Estimation of the maximum velocity of convective wind gusts (Iwan Holleman). Scannende remote sensing systemen, zoals de weerradar van het KNMI, zijn zeer geschikt voor het waarnemen van horizontale windschering. Door kromming van de aarde, hebben de grote C-band radars van het KNMI echter al redelijke hoogte op de afstand dat de bundel Schiphol bedekt. Daarom is de minimale hoogte van de waarneming van horizontale Pagina 16 Datum: januari 2011

17 windschering boven Schiphol met die radars zo n 500 m. Indien waarnemingen in een kleiner gebied en op lagere hoogtes nodig zijn, dan moeten er lokale sensoren worden ingezet zoals kleine X-band radars of scintillometers. Frequency ( f ) Wavelength ( λ ) Particles 2 4 GHz (S-band) 10 cm 3D-wind (shear): near and far range weather observation; requires a lot of power. 4 8 GHz (C-band) 5 cm precipitation (rain, snow), wind profiles: medium range weather observation GHz (X-band) 3 cm cloud water, light precipitation such as snow, hail, clear air turbulence, low altitude wind shear: very short range weather observation GHz (Ka-band) 1 cm used only for research on small particles such as drizzle, fog and non-precipitating clouds. Cloud radars measure profiles of the intensity of particlebackscattered signals and their Doppler shift which can be used to derive information on particle size and concentration as well as their motion. If the radar has the capability for polarimetric measurements, additional information on particle shape and/or their orientation can be derived as well. Tabel: Een overzicht van radar golflengtes en toepassing voor detectie van atmosferische deeltjes. Het gebruik van een lokale X-band radar op Schiphol voor detectie van gevaarlijk weer fenomenen zoals: horizontale en verticale windschering, neerslagsoorten zoals hagel, sneeuw en (mot)regen, en het nulgraden niveau (freezing level) valt te overwegen. In de VS heeft vrijwel iedere luchthaven een lokale radar. In Europa gebeurt dat nog nauwelijks, alhoewel Duitsland wel plannen heeft in die richting op Frankfurt. Naast neerslagradars zijn er ook wolkenradars, speciaal voor de detectie van de kleinere deeltjes (aerosolen). Om kleinere deeltjes te kunnen waarnemen zal de golflengte van het signaal korter moeten worden en de frequentie dus hoger. Wolkenradars opereren daarom in het GHz gebied. Een 10 GHz radar meet sneeuw/hagel. Een 35 Ghz radar kan mist detecteren. Radars met een hogere frequentie zijn echter beperkt in hun range omdat hoogfrequente signalen al op korte afstand uitdoven (vergelijk licht). Radars zijn over het algemeen duur en vragen veel inzet van mankracht voor beheer en onderhoud, maar hun succes is reeds lang bewezen. Figuur 13: Een 35 Ghz wolkenradar brengt de hele wolk (basis, top en intensiteit) in beeld, itt een ceilometer. Daarnaast is de radar ook gevoelig in de onderste laag waar mist aan de grond voorkomt. Pagina 17 Datum: januari 2011

18 Windprofilers Dit is een interessante radartechniek om 3-D windvelden te meten. De instrumenten kosten enkele tonnen. Afhankelijk van het type windprofiler kan de meetopstelling veel ruimte in beslag nemen. Er zijn een paar windprofilers nodig om een goeie horizontale spreiding van het 3-D veld te krijgen (ca. 6 om heel Nederland af te dekken). In het verleden heeft het KNMI naar het nut van de operationele inzet van windprofilers gekeken. Dat nut bleek aanwezig maar de financiering was op dat moment niet mogelijk. Wel is het KNMI toen toegetreden tot het windprofiling project van EUMETNET dat tot doel had om in Europa een netwerk van windprofilers op te zetten (zoals OPERA dat doet met de neerslagradars). Scintillometer Binnen het KvK project WindVisions wordt gewerkt aan de ontwikkeling van een 3D monitoring systeem voor wind en zicht langs start- en landingsbanen op Schiphol. We verwachten dat dit type zeer lokale waarnemingen met name meerwaarde heeft voor continue monitoring van wind en zicht rond het banenstelsel en voor nowcasting tot enkele minuten vooruit. Uit de waarnemingen kunnen mogelijk trends worden gehaald die bruikbaar zijn om wind en zicht te nowcasten van de ene baan op de andere. Verder kunnen deze waarnemingen gebruikt worden voor validatie van hoge resolutie weermodellen zoals HARMONIE. We verwachten dat dit type lokale waarnemingen geen meerwaarde heeft voor directe assimilatie in een weermodel. Stralingsmetingen Straling is een belangrijke grootheid die een sterke invloed heeft op de ontwikkelingen in de atmosfeer. Voor de luchtvaart uit zich dit vooral in het gedrag van het zicht. Kenmerkend is: Sterke uitstraling 's nachts, waardoor het grondoppervlak sterk afkoelt, in combinatie met een wel aanwezige, maar zeer geringe, menging met de lucht vlak daarboven is de belangrijkste oorzaak van stralingsmist. Bij een geringe horizontale luchtverplaatsing, waarbij lucht met een hoge dauwpunt temperatuur over een door via uitstraling afgekoeld oppervlak verplaatst ontstaat ook een vorm van stralingsmist, ofschoon dit in feite het karakter van advectieve mist heeft. Op Schiphol kenmerkt zich dit door binnen drijvende mist afkomstig van zeer nabij gelegen landerijen in een vrij vochtige omgeving. De uitstraling zelf betreft hier langgolvige (IR) straling. Overdag is sprake van inkomende straling, die traditioneel gemeten wordt middels een zgn. globale stralingsmeter (het gehele spectrum; verwarming van een black body als detector). De mate van deze inkomende straling heeft een direct effect op het verloop van de luchttemperatuur en het verbeteren van het zicht. De aerosolconcentratie en deeltjesgrootte verdeling neemt daarnaast af door verhoging van de temperatuur, waardoor de inkomende straling toeneemt en het effect versterkt. Het is vanzelfsprekend dat kennis van langgolvige uitgaande straling bij nacht in combinatie met kennis van andere relevante meteorologische variabelen (luchttemperatuur, luchtvochtigheid en wind) de relevante bron vormt voor het kunnen inschatten van de ontwikkeling van het lokale zicht. In Nederland wordt standaard alleen de globale inkomende straling gemeten; bij nacht wordt de negatieve component (dus de uitgaande straling) weggefilterd omdat de meting gespecificeerd is om uitsluitend inkomende straling te meten (dagsommen van inkomende globale straling dienen niet beïnvloed te worden door uitgaande straling). Uitgaande (of netto) langgolvige straling wordt uitsluitend gemeten op het station in Cabauw dat deel uitmaakt van het wereldwijde Baseline Surface Radiation Network (BSRN) en voldoet aan de door de WMO gespecificeerde standaard. In het 1D Boudary Layer Model COBEL (COuche Brouillard Eau Liquide, zie speelt langgolvige (en ook kortgolvige) straling een zeer significante rol. Voor een goede initialisatie van het model zijn metingen nodig van zowel de langgolvige als kortgolvige straling. In het kader van het KvK project Impact is nu het plan ontstaan om in de mast van Cabauw stralingsfluxen te gaan meten, kortgolvig en langgolvig. Daarnaast wordt op enkele niveaus gepland om zichtmetingen te gaan doen. Met behulp van deze metingen zal i.c.m. het COBEL model onderzoek Pagina 18 Datum: januari 2011

19 worden gedaan naar het ontstaan, de evolutie en het oplossen van mist op Cabauw. Afhankelijk van de resultaten van het onderzoek zal nader worden bepaald of dit soort metingen i.c.m. met een lokaal mistverwachtingsmodel ook operationeel op Schiphol kunnen worden toegepast. AMDAR Het KNMI beschikt op operationele bases over actuele temperatuur- en windprofielen die representatief zijn voor de luchthaven. Deze profielen worden verkregen uit vliegtuigmetingen (van de civiele luchtvaartmaatschappijen). De waarnemingen die aan deze profielen ten grondslag liggen worden aangeleverd via AMDAR. Binnenkort zullen via AMDAR ook vochtprofielen aangeleverd worden, deze metingen bevinden zich thans in een test fase. Dergelijke vliegtuigmetingen kunnen profielen opleveren met een hoge plaatsresolutie. Vanwege de hoge communicatiekosten wordt deze resolutie echter laag gehouden. Bij voldoende hoge meetdichtheid en meetresolutie zijn de profielen goed geschikt voor meteorologische toepassingen, waaronder het bepalen van inversielagen. AMDAR data bevatten ook icing en turbulentie detectie (zie hieronder). ModeS De kwaliteit van de ModeS windprofielen is van een vergelijkbaar niveau als de AMDAR en de radiosonde windprofielen (zie KNMI WR ). Voorwaarde is wel dat de juiste processingstappen worden doorlopen. De temperatuurprofielen daarentegen zijn van veel mindere kwaliteit vergeleken met AMDAR en radiosonde profielen. In het kader van het KDC project TP-Meteoserver heeft het KNMI onderzoek gedaan naar de mogelijkheid om ModeS informatie, afkomstig van civiele vliegtuigen, te gebruiken voor het extraheren van meteo informatie, nl. wind en temperatuur op en rond vliegvelden. De ModeS informatiebron levert wind- en temperatuurprofielen op van de atmosfeer rondom Schiphol in principe voor ieder vliegtuig dat opstijgt vanaf of landt op Schiphol. In het KNMI onderzoek is aandacht besteed aan de kwaliteit van de ModeS wind- en temperatuur profielen t.o.v. AMDAR en radiosonde profielen. In tweede instantie is ook studie verricht naar de impact van assimilatie van ModeS windprofielen in het weermodel HiRLAM. De assimilatie van ModeS windprofielen in HiRLAM (11 km versie) levert een aanzienlijke impact op voor de termijn 1 tot 3 uur vooruit (daarna verdwijnt de impact snel). De verwachting is dat assimilatie in HARMONIE (2.5 km resolutie) nog meer impact zal opleveren. Dit kan b.v. bruikbare windinformatie gaan opleveren voor de Continuous Descent Approach (CDA) praktijk. Het voordeel van ModeS t.o.v. AMDAR en radiosonde is dat het een relatief goedkope databron is en dat de hoeveelheid observaties veel hoger ligt. Ieder civiel verkeersvliegtuig is uitgerust met een ModeS transponder die voor dit doel gebruikt kan worden. Op dit moment kunnen nog niet alle vliegtuigen gebruikt worden. Het probleem daarbij is dat een interne kalibratie van de heading nog ontbreekt en deze is wel nodig voor een kwalitatief goede windmeting. In het KNMI onderzoek is een kalibratie uitgevoerd per vliegtuig dat landt op Schiphol (door uitgaande van de gemeten windsnelheid de correcte heading te bepalen). Dit betekent dat alleen voor vliegtuigen die regelmatig Schiphol bezoeken de ModeS windretrieval gebruikt kan worden. Dit is dus nog een beperking. Er wordt thans gewerkt aan het opzetten van een vervolgproject, waarbij de focus gericht zal zijn op uitbreiding van de ModeS datacollectie op andere Europese luchthavens en op verdere impactstudies via data-assimilatie in numerieke weermodellen. Ook wordt het ModeS werk door het KNMI ingebracht in het SESAR WP11 bid dat door een EUMETNET consortium thans wordt voorbereid. PWS (systemen ter vaststelling van het actuele weer) Detectie van, en het onderscheid maken tussen de verschillende vormen van neerslag (regen, motregen, sneeuw, hagel en mengvormen daarvan, inclusief onderkoelde Pagina 19 Datum: januari 2011

20 neerslag) wordt verzorgd door zgn. present weather sensors. Hierbij worden onder meer de licht verstrooiing karakteristieken van de verschillende vormen bemonsterd. Ofschoon de bestaande technieken laten zien dat zij een duidelijk nut hebben blijken de huidige commerciële en operationeel ingezette systemen nogal wat beperkingen te hebben, die vooral rondom het vriespunt significant zijn. Een nader onderzoek naar deze technieken en oplossingsstrategie heeft plaatsgevonden als Eumetnet project "Exploratory actions on automatic present weather observations", waarvan het rapport staat op Sci/report/PWS-SCI_final_report.pdf. Dergelijke PWS zijn in feite ontworpen voor in situ metingen en worden alleen ingezet voor metingen vlak boven het aardoppervlak. Dergelijke metingen op bijv. vliegtuigen en torens zijn (nog) niet operationeel ingezet. Lopend onderzoek inzake waarnemingen Een aantal onderzoeken op het gebied van waarneemtechnieken, welke relevant zijn voor de luchtvaart vinden reeds plaats op zowel nationale als internationale schaal. Op nationale schaal: NL (KNMI): Mistdetectie en lage stratus. Onderzoek bedoeld voor het vinden van geschikte applicaties voor het signaleren van mist en lage stratus en eventuele trends daarin. Duitsland (DLR/DWD): Wake Vortex Prediction and Monitoring System Op Europese schaal: SESAR (Single European Sky ATM Research; ook icing en turbulentie, zie SESAR/WP11); website: Flysafe, (EU-FP6); website: the European Union s Clean Sky Joint Technology Initiative Overige internationaal onderzoek: AIRA - Aircraft Icing Research Alliance website: In het kader van COST 727 ("Measuring and forecasting atmospheric icing on structures") is ook aandacht besteed aan Icing at airports and in the air. Geconcludeerd wordt dat het Mesoscale model WRF ("the Weather Research and Forecasting Model") goed geschikt is voor "Numerical Modelling of Ice Accretion". Zie o.a. ("aviation weather") en Binnen het Federal Aviation Administration (FAA) Aviation Weather Research Program (AWRP) wordt ook aandacht besteed aan modellering van icing alsmede de ontwikkeling van een applicatie om uit RADAR backscatter van wolken icing te kunnen herleiden; een belangrijke inzet binnen Europa is FLYSAFE Weather Information Management Systems (WIMS, zie en in Noord Amerika AIRA (Aircraft Icing Research Alliance, zie WakeNet3 Wake Vortex detection and prediction; EU-FP7 project; website: CREDOS Crosswind-Reduced separations for Departure Operations; EU FP6 project NextGen ATM-Weather Integration Plan; US onderzoeksplan voor luchtvaartmeteorologie imbedding in NextGen (de US tegenhanger van SESAR) KNMI plannen voor nieuw onderzoek Het KNMI heeft recentelijk een aantal nieuwe ideeën ontwikkeld voor een verbeterde detectie, en daaropvolgend korte termijn verwachting, van mist. Uitbreiding van de stralingsmetingen op Cabauw en zichtmetingen op verschillende hoogtes langs de 200 m meetmast op Cabauw zijn in dit kader al genoemd. Een nieuw idee waar binnenkort mee gestart wordt Pagina 20 Datum: januari 2011