Radar, klimatologische radardatasets en extremeneerslagstatistiek

Een weerradar (ook wel buienradar of neerslagradar genoemd) zendt elektromagnetische golven uit en meet het door neerslag teruggekaatste vermogen. Uit de tijd die verstrijkt tussen het uitzenden en ontvangen van een puls, wordt de afstand van de neerslag tot de radar berekend. Het ontvangen vermogen wordt omgerekend naar een regenintensiteit. Het KNMI beschikt over twee weerradars, een in De Bilt en een in Den Helder. Beperkingen radarbeelden Het KNMI berekent elke vijf minuten voor elke 1 km2 van Nederland een regenintensiteit. Maar deze kan behoorlijk afwijken van de opgetreden regenintensiteit op een punt aan het aardoppervlak. De fouten(bronnen) die hiervoor kunnen zorgen1, ziet u deels in figuur A. Figuur A Fouten(bronnen) die neerslagschatting met weerradar negatief kunnen beïnvloeden (Bron: Markus Peura, Finnish Meteorological Institute, vertaald naar het Nederlands)Vergroot afbeelding Zo meet de radar neerslag indirect en niet aan de grond, maar meestal op enkele honderden tot duizenden meters boven het aardoppervlak. Daarnaast kunnen extreme buien het uitgezonden signaal aanzienlijk dempen, waardoor neerslag wordt onderschat. Om radarneerslagbeelden in het stedelijk waterbeheer te kunnen gebruiken, is correctie van die gegevens essentieel. In veel landen worden de radarbeelden daarom met regenmeterdata gecorrigeerd, ook in Nederland. Frequentie extreme neerslag De huidige neerslagstatistieken geven doorgaans de kans op extreme neerslag op een vaste locatie en soms voor een vast gebied2. De gemiddelde herhalingstijd geeft aan dat een extreem, bijvoorbeeld 40 mm regen of meer op een gegeven plaats in 60 minuten, gemiddeld eens in de zoveel jaar optreedt. Dat is waardevolle informatie die wordt gebruikt voor ontwerpdoeleinden in het waterbeheer. Maar de kans op overschrijding van een gegeven hoeveelheid ergens in een gebied is veel groter dan de overschrijdingskans op een vaste locatie in dat gebied. Dit is in te zien door te beseffen dat een bui vaak over een gebied trekt en daardoor op veel locaties regen geeft. Als we nu het aantal extremen in het hele gebied tellen, dan missen we deze bui niet. Maar als we op een vaste locatie in dat gebied tellen, dan zal de bui die locatie vaak niet hebben bereikt, waardoor de bui wordt gemist. De kans op extreme neerslag op een willekeurige locatie in een gebied, bijvoorbeeld ergens in Nederland, is dus (veel) groter dan de bekende neerslagstatistieken aangeven. De gemiddelde herhalingstijd voor het overschrijden van dezelfde neerslagsom ergens in een gebied wordt daarom (veel) korter. De bestaande neerslagstatistieken zijn hierdoor niet fout, maar geven een antwoord op een andere vraag. Twee klimatologische radardatasets De twee opgebouwde en geanalyseerde klimatologische radardatasets in dit artikel hebben gemiddeld een hogere kwaliteit dan de (near realtime) operationele radar­neerslagproducten van het KNMI. Gevalideerde en complete data van beide KNMI­-regenmeternetwerken (hand­- en automatische regenmeters) zijn gebruikt om de radar­ data te corrigeren om zo goed mogelijke, landsdekkende neerslaginformatie te krijgen. De eerste radardataset bestrijkt de periode 1998­-2012 en geeft 5­-minutenneerslagsom­ men in pixels van ongeveer 6 km2 3. Met deze dataset is de kans op het optreden van extreme (gebieds)neerslag afgeleid4. De tweede radardataset bevat landsdekkende neerslaginformatie over de periode 2009-­2012 voor pixels van ongeveer 1 km2 5. Andere benadering extreme neerslag Doordat de radardatasets landsdekkende neerslaginformatie bieden en daarmee langjarige reeksen zijn opgebouwd, is het aantal extreme neerslaggebeurtenissen in heel Nederland te tellen over een lange periode. Dit biedt ruimte voor een andere benadering van extreme neerslag in de stad: Ten eerste treedt de extreme neerslag gemiddeld vaker op ergens in de stad dan op een vaste locatie in die stad, afhankelijk van de grootte van die stad uiteraard. Het is relevant om daar in het stedelijk waterbeheer rekening mee te houden. 
 Ten tweede bieden de reeksen samen een totaaloverzicht van de opgetreden extreme gebeurtenissen in alle stedelijke gebieden in Nederland over de periode 1998­2012. In het huidige klimaat komen de grootste extremen in één stad niet vaak voor, maar treden ze wel vaker op in het totale stedelijke gebied in Nederland. Ze zouden dus ook in uw stad kunnen voorkomen. Hierop zou u kunnen anticiperen door zo kosten­ efficiënt mogelijke maatregelen te nemen om schade en overlast te beperken. Overschrijden drempelwaarden Dit artikel toont hoe vaak drempelwaarden worden overschreden voor voortschrijdende 15­- en 60­-minutensommen voor elke 5 minuten en 24­-uursommen voor elk klokuur. Dit doen we voor de twee genoemde klimatologische radardatasets. De eerste dataset bestrijkt een periode van vijftien jaar en heeft een databeschikbaarheid van ca. 85%. De tweede dataset heeft een lengte van vier jaar, maar een databeschikbaarheid van vrijwel 100%. Bovendien is de neerslag in deze tweede dataset met meer ruimtelijk detail vastgelegd. De reden dat we in de tijd overlappende 15­- en 60­-minutensommen van elke 5 minuten gebruiken, is dat we zo de grootste extremen vinden. Als we bijvoor­beeld maar één 60­-minutensom per klokuur gebruiken, zullen we vaak een lagere waarde vinden, waardoor we de hoogste extremen niet opmerken. Stedelijke en niet-stedelijke gebieden De analyses voeren we uit voor het gehele landoppervlak van Nederland en voor alle stedelijke gebieden in ons land. Een radarpixel wordt als stedelijk gebied aangemerkt als minstens 10% van het oppervlak is bebouwd6. Dit resulteert in ongeveer 9.600 km2 (27%) stedelijk gebied voor de 6 km2­ radardataset (dataset 1) en ongeveer 7.900 km2 (23%) voor de 1 km2­ radardataset (dataset 2) op een totaal van ongeveer 35.000 km2 landoppervlak. Figuur B geeft de stedelijke en niet­-stedelijke gebieden aan voor beide radardatasets. Figuur B Stedelijk (grijs) en niet-stedelijk (groen) gebied in Nederland voor beide radardatasets. Vergroot afbeelding 1Holleman, 2006. 2Smits et al., 2004; KNMI, 2013. 3Overeem et al., 2009a; Overeem et al., 2009b. 4Overeem et al., 2009c; Overeem et al., 2010, Overeem en Buishand, 2012. 5Overeem et al., 2011. 6Op basis van het Bestand Bodem­ gebruik CBS uit 2008.