Veelbelovend: dichter meetnet in stad dankzij amateurweerstations

Begrijpen hoe het werkt bij extreme buien is essentieel in het voorkomen regenwateroverlast. Voor de stad hebben we zeer gedetailleerde informatie nodig over de ruimtelijk verdeling van neerslag. Het professioneel meten van neerslag in de stad is lastig. Steeds meer mensen hebben een eigen weerstation in de tuin dat meetdata automatisch deelt op een online platform. Het gebruik maken van deze meetdata is een veelbelovende ontwikkeling.

Hoe meten we regen?

Buitentemperatuur is met een thermometer op één punt op een specifiek tijdstip te bepalen. Het meten van regen is iets ingewikkelder. Je meet altijd de gemiddelde neerslag over een bepaalde oppervlakte en over een tijdsduur. Organisaties zoals het KNMI meten regen met radar en grondregenmeters. De radar meet de neerslag over een pixeloppervlakte van 1 km². Voor een typische (grond)regenmeter is deze oppervlakte veel kleiner: zo’n 2 dm². De pakkans van een extreme neerslaghoeveelheid in een regenmeter is klein, zeker als je kijkt naar de hele korte duren. De KNMI-radar kijkt weliswaar naar een groter gebied, maar berekent daarvan een gemiddelde. De gemeten regenintensiteit op een punt aan de grond kan dus hoger of lager zijn. Bovendien meet de radar de regen op een hoogte, terwijl deze bui door wind of verdamping mogelijk niet precies recht naar beneden valt. Daarom is het gebruikelijk om radarbeelden aan te passen met grondmetingen.

Amateurweerstations

Voor stedelijke toepassingen zouden we idealiter een veel dichter meetnet hebben dan het huidige KNMI-meetnet. Want om een stad te ontwerpen die met extreem weer kan omgaan, is het belangrijk te weten waar regen valt en hoeveel. Kleine details in de inrichting (bijvoorbeeld hoogteverschillen) bepalen of wel of geen regenwateroverlast optreedt. Er is dus zeer gedetailleerde informatie over de ruimtelijke verdeling van neerslag nodig. Maar het is niet eenvoudig om officieel gevalideerde grondregenmeters in stedelijk gebied te plaatsen (open terrein, laag bij de grond, vandalismegevoelig). Nu bezit een snel groeiende groep weerenthousiastelingen een persoonlijk weerstation (PWS) dat metingen automatisch deelt op een online platform. Deze data zijn vaak vrij beschikbaar. Hiermee bestaat er dus al een manier om in real time metingen te verzamelen van grote aantallen regenmeters. De dichtheid is groot in gebieden waar veel mensen wonen, namelijk in steden. Dit biedt een uitgelezen kans om neerslag in hoge resolutie te meten, zonder extra investeringen.
 
Een van die bezitters van een amateur weerstation is Harry van Luijtelaar, werkzaam bij Stichting RIONED, met als speciale interesse extreme neerslag in stedelijk gebied: ‘Sinds vorig jaar staat er een NETATMO-regenmeter in mijn tuin, die via wifi is aangesloten op het internet. De data van die metingen worden online bewaard en zijn te raadplegen via een pc, tablet of smartphone. Via weathermap.netatmo.com kun je niet alleen je eigen data raadplegen, maar ook die van alle andere aangesloten weerstations ergens op de wereld.’ (Zie figuur A.)

Het aantal amateurweerstations zonder regenmeter is nog veel groter. Een losse regenmeter koppelen aan je weerstation kost circa 60 euro. Voor de prijs van een professionelere regenmeter van bijvoorbeeld 2.000 euro kun je ongeveer dertig amateurregenmeters plaatsen. Voor de gemeente is het de vraag wat meer waarde heeft: een ‘goede’ meting op één punt of dertig minder goede metingen verdeeld over een veel groter gebied. De vraag is dus: hoe goed zijn metingen die via crowdsourcing zijn verkregen?

Opstelling en werking regenmeter

De regenmeter van Van Luijtelaar staat in een beschutte achtertuin. ‘De opstelling is niet helemaal ideaal, maar heel redelijk. Een regenmeter moet eigenlijk zo laag mogelijk in de open ruimte staan, uit de buurt van hoge obstakels, zeker niet onder een boom en vooral horizontaal.’
 
NETATMO-regenmeters zijn van het type kantelbak. Via de trechter van de regenmeter vangt het ene bakje de neerslag op tot dit vol is. Dan kantelt het bakje om te ledigen en wordt het andere bakje gevuld. Het is dus belangrijk dat de meter horizontaal staat opgesteld. Het water uit het bakje loopt weg via een rooster in de bodem. De registratie van de neerslag is eigenlijk de telling van het aantal kantelingen van 0,1 mm in de tijd.

Bij heel lage regenintensiteiten of dauwvorming zal het bakje pas kantelen als het helemaal vol is. Het kan voorkomen dat er wat neerslag valt zonder kanteling, het daarna een tijdje droog is en er daarna meer neerslag valt om het bakje te laten kantelen. Dit veroorzaakt dus een kleine onnauwkeurigheid.

Een ander bekend gegeven is dat kantelbakregenmeters minder nauwkeurig werken bij zeer extreme neerslaghoeveelheden. Dan kan tijdens de kantelingen wat water verloren gaan. Voor professionele kantelbakregenmeters zijn vaak correctieformules beschikbaar om de systematische onderschatting van piekintensiteiten te corrigeren. Voor de NETATMO-regenmeter is nog geen formule beschikbaar.

Onderhoud regenmeter

De relatief goedkope regensensor staat in weer en wind buiten en heeft daardoor flink wat te verduren. Van Luijtelaar: ‘In de wintermaanden haal ik de regenmeter naar binnen om de kans op schade door bevriezing te voorkomen. Mijn interesse ligt vooral bij de registratie van de zwaardere buien en die vallen niet vaak in de winter. Het schoonhouden van de regenmeter is wel een aandachtspunt. Uitwendig is dat eenvoudig te constateren en uit te voeren. Daarnaast is het verstandig de meter een of twee keer per jaar open en schoon te maken. Hiermee voorkom je dat aanslag de effectieve inhoud van het kantelbakje verkleint. Viezigheid in je kantelsysteem of het scheefwaaien van de regenmeter kan ook het tippen belemmeren, waardoor je regenmeter minder regen aangeeft dan er daadwerkelijk valt. De meter werkt op twee AAA-batterijen die behoorlijk lang meegaan. Het is niet verstandig om oplaadbare batterijen te gebruiken, omdat die erg snel leeglopen.’

Raadplegen gegevens

De eigen metingen met een NETATMO-weerstation zijn eenvoudig te raadplegen op een pc, tablet of smartphone. Die weergave online met in stappen van een half uur is nog redelijk grof in de tijd. Alle data zijn ook te downloaden naar een Excelbestand, met een tijdresolutie van 5 minuten.

Via de smartphone is het eenvoudig om de (goede) werking van de regenmeter in de gaten te houden. Via IFTTT zijn controlemeldingen van de regenmeter op de telefoon te programmeren, bijvoorbeeld als er meer dan X mm in een uur is gevallen. Met de standaardinstellingen van de smartphoneapp krijg je een melding zodra 0,3 mm in het uur is bereikt.

Sensorkwaliteit

In recent onderzoek van de Wageningen University en het KNMI zijn regenmetingen van deze relatief goedkope stations vergeleken met hoge resolutie regenmetingen van een kwalitatief goede sensor van het KNMI. In geïdealiseerde opstelling kwamen de metingen van de goedkope NETATMO-regenmeters aardig goed overeen met de hoge kwaliteit van de KNMI-regenmeter. Verderop in het proces bleken wel aanzienlijke fouten te ontstaan. Sommige dataplatformen ronden de metingen bijvoorbeeld af en/of schrijven ze om naar grotere tijdstappen. Ook kunnen door haperende internetverbindingen gaten in de datasets ontstaan. Voor de beste resultaten moeten we dus de ruwste data gebruiken. In het geval van NETATMO-data zijn die te krijgen via het NETATMO-platform. Dit levert 5-minutenmetingen op in 0,1 mm precisie.

Radar en kantelbakjes

Interessant is de vergelijking van regenmeters met radarbeelden, vooral op plekken die wat verder van de radarstations liggen en voor de wat zwaardere buien. Dit is gedaan voor een korte felle bui op 21 augustus 2016 met circa 20 mm neerslag in 2 uur. De klimatologische radardata set van het KNMI geeft hier 13,4 mm neerslag aan, circa 30% minder neerslag dan opgevangen in de regenmeter (zie figuur E).

In tegenstelling tot de geïdealiseerde opstelling kunnen factoren van buitenaf metingen van weerstations in het veld beïnvloeden. Door nabijgelegen stations (big data-principe) te gebruiken, is te bepalen welke metingen onwaarschijnlijk zijn. In een station dat al weken droog weer detecteert terwijl zijn buren hevige neerslag hebben gemeten, zit waarschijnlijk een fout. Met dit soort vergelijkingen is een deel van de foutieve metingen direct te herkennen en verwijderen.

En nu?

Met het amateurregenmeternetwerk hebben we een schat aan informatie van het regenveld, die met name in steden kan bijdragen aan betere regenmetingen. Belangrijke volgende stappen zijn om automatisch foutieve metingen te herkennen en uit de dataset te filteren. Het is zelfs mogelijk een oproep te doen aan weerstation-eigenaren om meer te weten te komen over de opstellingen van de stations en daarmee een beter inzicht te krijgen in de metingen. Van Luijtelaar ziet dit idee wel zitten. ‘Een gemeente zou een selecte groep gebruikers kunnen organiseren die in een mooie spreiding liggen over het gebied, van wie ze regelmatig de data opvraagt en verwerkt. En met wie ze periodiek informatie uitwisselt over een goede opstelling van de meter, het regelmatig controleren van de werking (bijvoorbeeld batterijen), het schoonhouden van de meter en het voorkomen van bevriezen.’
 
Met de extra informatie kan de gemeente de in real time binnenkomende data beter interpreteren en waar nodig filteren. Bovendien geeft de informatie een idee of de faciliteiten naar behoren werken en waar bij buien het omslagpunt zit tussen hinder en overlast naar schade. Door amateurweermetingen te combineren met traditionele (meer betrouwbare) regenmetingen, ontstaat een real time beschikbare hoge resolutie-regenkaart. Alleen al in de regio Amsterdam meten ongeveer 100 stations regen, tegenover de ruim 30 automatische KNMI-regenmeters in heel Nederland. Dit is een zeer veelbelovende ontwikkeling.

Meer informatie

Lotte de Vos doet aan de Wageningen University en het KNMI promotieonderzoek naar de potentie van persoonlijke weerstations (PWS) en andere alternatieve databronnen om regen te meten in stedelijk gebied. De resultaten zijn veelbelovend. De PWS-metingen kunnen ook een bijdrage leveren om de neerslagregistraties uit radarbeelden verder te verbeteren. Een wetenschappelijk publicatie over het onderzoek vindt u hier.

Metingen van persoonlijke weerstations kunt u online bekijken, onder andere via www.wunderground.com/wundermap en https://weathermap.netatmo.com/. Op het KNMI-platform https://wow.knmi.nl/ vindt u waarnemingen van een groot netwerk van weerwaarnemers.
 
Dit artikel is geschreven door Lotte de Vos (WUR & KNMI), met dank aan dr.ir Aart Overeem (KNMI) en prof. dr.ir. Remko Uijlenhoet (WUR) voor hun waardevolle aanwijzingen.