Stadstemperatuur in beeld met smartphonewaarnemingen

Transcriptie

1 Stadstemperatuur in beeld met smartphonewaarnemingen Aart Overeem, James Robinson, Hidde Leijnse Gert-Jan Steeneveld, Berthold Horn, Remko Uijlenhoet NVBM minisymposium Mobiele Meteorologie vrijdag 11 april 2014, KNMI, De Bilt

2 Inhoud Inleiding Dataselectie Methode: warmtetransportmodel Resultaten: 8 buitenlandse steden Discussie Bonus: resultaten Nederland Conclusies en vooruitblik

3 Inleiding - OpenSignal (Overeem et al., 2013) I OpenSignal: applicatie voor smartphones I Brengt sterkte van draadloze netwerken in kaart I Gratis I Slaat ook accutemperaturen op I Sensor accutemperatuur: schade voorkomen

4 Inleiding - Een eerste signaal voor Londen 10 augustus 2012: OpenSignal meldt: Daggemiddelde accutemperaturen (boven) versus luchttemperatuur op weerstation (onder) vertonen een verband. Principe: luchttemperatuur beïnvloedt accutemperatuur.

5 Dataselectie Twee groepen geselecteerd (60% van de metingen): Lader net in stopcontact en smartphone laadt op Smartphone wordt aan- of uitgezet en accu ontlaadt (meerderheid van metingen) Niet geselecteerd: smartphone net uit stopcontact en ontladend Tenminste 400 metingen voor 80% van de dagen, gemiddeld 844 (per stad) 1,3 miljoen metingen voor 8 steden Twee perioden in 2012: 7 mei - 31 augustus en 1 september - 22 november Referentie: 1 WMO-station op luchthaven (5-27 km van centrum)

6 Dataselectie - 8 buitenlandse steden (Overeem et al., 2013) Wereldkaart (openstreetmap.org) met locaties van accutemperaturen die in 1 jaar zijn verkregen.

7 Methode - Warmtetransportmodel (Overeem et al., 2013) Aanname: smartphone dicht op lichaam van gebruiker gedragen Warmte van smartphone in balans met warmtestroom naar lichaam en omgeving Geleiding tussen twee systemen recht evenredig met temperatuurverschil tussen deze systemen Convectie, straling en externe warmtebronnen verwaarloosd

8 Methode - Warmtetransportmodel (Overeem et al., 2013) Bereken per stad daggemiddelde luchttemperatuur uit daggemiddelde accutemperatuur: T A,dag e,j,d A,dag = m j ( T p,j,d T 0 ) + T 0 (1) Waarde van m j wordt bepaald per seizoen en stad. Waarde van T 0 wordt bepaald over alle steden en seizoenen.

9 Resultaten - Daggemiddelde temperatuur Londen (Overeem et al., 2013) Kaart van Londen (openstreetmap.org) met locaties accutemperaturen (boven). Daggemiddelde accutemperaturen en luchttemperaturen in Londen (onder).

10 Resultaten - Daggemiddelde temperatuur Moskou Daily mean air temperature ( C) Moscow, VAL: ME = 0.04 C MAE = 4.00 C CV = 0.64 ρ 2 = 0.51 Sep Oct Nov Date (Overeem et al., 2013) Smartphone, CAL Smartphone, VAL WMO nr Daggemiddelde accutemperaturen en luchttemperaturen in Moskou.

11 Resultaten - Daggemiddelde temperatuur 8 steden Observed daily mean air temperature ( C) Daily mean air temperature smartphone ( C) Validation Summer: 6 cities Winter: 2 cities ME = 0.15 C MAE = 1.52 C CV = 0.10 ρ 2 = Observed daily mean air temperature ( C) Daily mean air temperature smartphone ( C) Validation Autumn: 6 cities Spring: 2 cities ME = 0.02 C MAE = 1.75 C CV = 0.15 ρ 2 = 0.84 (Overeem et al., 2013) Spreidingsdiagrammen: daggemiddelde luchttemperaturen van alle 8 steden en 2 seizoenen.

12 Discussie Methode werkt vaak d.m.v. middeling over veel accutemperatuurmetingen Deel van metingen binnenshuis Smartphones vaak niet in broekzak Constante waarde van m j per stad en seizoen (realiteit: elke meting heeft eigen optimale waarde) De waarde van m j hangt ook van de stad af: kleding en hoe de smartphone wordt gedragen zal vaak verschillen Representativiteit WMO-station en accutemperatuurmetingen Locatie smartphone: 40% binnen 300 meter nauwkeurig s Nachts is aantal accutemperatuurmetingen laag (ook bij koud weer overdag?) Data OpenSignal: niet realtime

13 Jun Smartphone, CAL Smartphone, VAL WMO nr Battery temperature Rotterdam, VAL: ME = 0.36 C MAE = 1.22 C CV = 0.08 ρ2 = Daily mean air temperature ( C) Resultaten Nederland zomer Rotterdam N day = 385 Jul Aug Sep Date Kaart van Rotterdam (openstreetmap.org) met locaties accutemperaturen (links). Daggemiddelde accutemperaturen en luchttemperaturen in Rotterdam (rechts).

14 Amsterdam City, VAL: ME = 0.39 C MAE = 1.40 C CV = 0.10 ρ2 = Smartphone, CAL Smartphone, VAL GGD Amsterdam City (5 stations) Battery temperature N day = 112 Jun 10 Daily mean air temperature ( C) Resultaten Nederland zomer Amsterdam stad Jul Aug Sep Date Kaart van Amsterdam (openstreetmap.org) met locaties accutemperaturen (links). Daggemiddelde accutemperaturen en luchttemperaturen in Amsterdam (rechts). Met dank aan GGD Amsterdam voor de temperatuurdata.

15 Conclusies en vooruitblik - Wereldwijde dekking 20% van het landoppervlak heeft mobiele telefoniedekking Honderden miljoenen Android smartphones Dus veel potentiële metingen + gratis verzending Applicatie en smartphone niet ontworpen om temperatuur te meten (Data verkregen van opensignalmaps.com)

16 Conclusies en vooruitblik Daggemiddelde luchttemperaturen per stad uit smartphone Crowdsourcing met sensoren smartphones als aanvullende bron van weerinformatie is veelbelovend Veel meer onderzoek nodig voor eventuele toepassing Vervolgonderzoek: Focus op 1 stad met een dicht meteorologisch netwerk (duizenden accutemperatuurmetingen per dag nodig) Pas bestaande algoritme toe op 50 steden (2 jaar data) Wensen: Uitfilteren van metingen binnenshuis Coëfficiënten als functie van seizoen en klimaat Dagelijkse gang, temperatuurkaarten

17 Een nieuwe applicatie: WeatherSignal ( Smartphones: relatieve luchtvochtigheid op 9 april 2014 tot 0910 UTC. KNMI-weerstations: relatieve luchtvochtigheid 63-79% op 9 april 2014, 08:50 UTC. Vochtigheid, temperatuur, druk: sensor soms standaard op smartphone aanwezig; lichtsensor vaak aanwezig.

18 Meer informatie: ( A. Overeem, J.C.R. Robinson, H. Leijnse, G.J. Steeneveld, B.K.P. Horn, R. Uijlenhoet, Crowdsourcing urban air temperatures from smartphone battery temperatures, Geophysical Research Letters, 40, , doi: /grl (open toegang) C.L. Muller, L. Chapman, S. Johnston, C. Kidd, S. Illingworth, G. Foody, A. Overeem, R. Graves, Crowdsourcing for climate and atmospheric sciences: Current status and future potential, International Journal of Climatology, ingediend.