Vergelijkingsonderzoeken radar en regenmeters

Onderzoek ongekalibreerde radargegevens in Boxtel De gemeente Boxtel heeft een onderzoek1 laten doen naar de betrouwbaarheid van de ongekalibreerde radargegevens per 5 minuten die het KNMI beschikbaar stelt. Hiervoor zijn de ongekalibreerde radarmetingen vergeleken met de metingen van twee kantelbakregenmeters van de gemeente Boxtel. Deze vergelijking is voor zeven neerslaggebeurtenissen uitgevoerd (zie figuur A). Uit het onderzoek blijkt dat tussen de gemeten neerslagvolumes van de radar en de grondstations aanzienlijke verschillen bestaan. De gemiddelde afwijking op buibasis was meer dan 30%. Dit onderzoek geeft aan hoe belangrijk het is radarinformatie met gegevens van grondregenmeters te kalibreren. De ongekalibreerde radargegevens van het KNMI geven wel een goede indicatie van of het wel of niet heeft geregend. Maar ze geven geen goede schatting van de hoeveelheid regen die is gevallen. Figuur A Afwijkingen in gemeten buivolumes (ongekalibreerde radargegevens versus kantelbakregenmetergegevens) voor zeven neerslaggebeurtenissen in BoxtelVergroot afbeelding Onderzoeken gekalibreerde radargegevens Deze paragraaf toont alleen onderzoeksresultaten waarbij voor de kalibratie de ruim 300 KNMI-dagstations zijn gebruikt. Figuur B laat het belang van deze kalibratie zien voor een representatieve bui van 9 maart 2006. De gele lijn geeft het neerslagverloop volgens de ongekalibreerde radar weer. De rode lijn geeft het neerslagverloop van het station Langbroekerwetering weer en de groene lijn het verloop volgens de radar die is gekalibreerd met de ruim 300 stations van het KNMI (regenmeter Langbroekerwetering is dus niet gebruikt in het kalibratieproces). Zoals in figuur C te zien is, heeft de ongekalibreerde radar een afwijking van ruim 50% (11 mm versus 23 mm). Na kalibratie is het verschil van de cumulatieve neerslagsom tussen de regenmeter en de radar minder dan 1 mm. Figuur B Effect kalibratie radargegevens met alleen KNMI-handregenmeters2Vergroot afbeelding Vergelijkbare onderzoeken zijn op diverse locaties uitgevoerd, zoals in Limburg, Overijssel, Noord Holland en Brabant. Uit alle onderzoeken blijkt dat de correlatie tussen de radar- en de regenmetermetingen op buibasis hoog is: rond de 0,9. Voor extremere neerslaggebeurtenissen is deze correlatie zelfs hoger3. Vergelijking op 5-minutenbasis in Amersfoort Er zijn diverse vergelijkingen van neerslaggegevens op basis van regenmeters of radar te maken. Bijvoorbeeld een vergelijking op 5-minuten-, uur- of buibasis, zowel cumulatief als per tijdstap. Voor de gemeente Amersfoort is een vergelijking gemaakt van de regenmeter- en radargegevens op 5-minutenbasis4. Figuur C Vergelijking neerslaggegevens op 5-minutenbasis in Amersfoort2Vergroot afbeelding In figuur C ziet u links de vergelijking van gegevens op 5-minutenbasis tussen de regenmeter Oost en de gekalibreerde radar. Rechts ziet u de vergelijking tussen de regenmeters Oost en Zuid, die slechts 2 km van elkaar staan. Zowel tussen radar en regenmeter als tussen de regenmeters onderling bestaan verschillen. Ondanks het feit dat de twee regenmeters rechts maar 2 km van elkaar vandaan staan, zijn de onderlinge verschillen hier groter dan het verschil tussen de gekalibreerde radar en de regenmeter. Maar dit betekent niet dat de radar- of regenmeterinformatie onbetrouwbaar is op 5-minutenbasis. De verschillen komen onder andere door de grote neerslagvariatie op korte afstand. Daarnaast meet de radar iets anders dan de regenmeter, namelijk de gemiddelde neerslag over 1 km2 op een bepaalde hoogte boven de grond. Vergelijking op 5-minutenbasis in Weert Figuur D laat de vergelijking van radar- en regenmetergegevens op 5-minutenbasis zien voor een bui in de gemeente Weert. De figuur laat zien dat de gekalibreerde radar al eerder neerslag meet dan de regenmeter. Mogelijk valt binnen de radarpixel van 1 km2 al ergens neerslag, maar heeft deze bui de regenmeter nog niet bereikt. Als een bui zich langzaam verplaatst, kan het een half uur tot een uur duren voordat de bui de regenmeter bereikt. Bij zeer lokale neerslag kan het zelfs voorkomen dat de bui de regenmeter helemaal niet bereikt. Daarnaast valt op dat de regenmeter tijdens de piek van de bui (tijdstap 15) meer neerslag meet dan de radar. Blijkbaar bevindt op tijdstap 15 de piek van de bui zich precies boven de regenmeter. De gemiddelde neerslag over de radarpixel van 1 km2 zal dan lager zijn. Figuur D Vergelijking radar en regenmeter op 5-minutenbasis in WeertVergroot afbeelding Vergelijking op basis van meetreeks van 1 jaar Ook het Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier heeft onderzoek laten doen3 naar de mogelijkheden om radarneerslagmetingen als vervanging of aanvulling van grondstationsmetingen te gebruiken voor rioleringstoepassingen. Voor de vergelijking is een meetreeks gebruikt van één jaar met veel neerslaggebeurtenissen. Figuur E laat links de locatie van de grondstations zien en rechts de in de vergelijking meegenomen gridcellen van de radarmetingen. Hierbij gaat het om de gridcel waarin het grondmeetstation ligt plus de acht omliggende gridcellen. Figuur E Locaties grondstations (links) en gridcellen radarmetingen (rechts)Vergroot afbeelding Uit de vergelijking kwamen de volgende resultaten naar voren: De neerslagreeks op basis van radargegevens was voor een jaar vrijwel volledig. De reeks op basis van de regenmeters was minder compleet. Van de veertien regenmeters waren de data van twee regenmeters onbruikbaar. Van de overige twaalf regenmeters waren de data gedurende de dooi- en sneeuwperiode van 2,5 maanden niet bruikbaar. In de overige periode waren de data beschikbaar en bruikbaar. De gemeten totale buivolumes van gekalibreerde radar en grondstations komen goed overeen. Het verloop van een neerslaggebeurtenis volgens radar en grondstations komt in het algemeen goed overeen. Op korte tijdschalen (kleiner dan 30 minuten) zijn de overeenkomsten in gemeten intensiteiten beperkt. De radarneerslagmetingen vertonen een tijd- en/of plaatsverschuiving ten opzichte van de grondstations. Windinvloeden kunnen bijvoorbeeld voor deze verschuiving zorgen. Onderzoek uitsluitend gebruik van regenmeters Een veelgestelde vraag is of alleen het gebruik van regenmeters betrouwbare neerslaginformatie voor het bebouwde gebied kan bieden. Hiernaar heeft de gemeente Amersfoort onderzoek laten doen4. De gemeente Amersfoort had op dat moment 5 regenmeters opgesteld. De hoofdvraag was hoeveel regenmeters nodig zijn om voor Amersfoort (60 km2) neerslaginformatie te krijgen met dezelfde kwaliteit als de gekalibreerde neerslagradar voor zomerse buien met ruimtelijke spreiding. Het resultaat ziet u in figuur F. Figuur F Nauwkeurigheid van de geschatte neerslag op een locatie in Amersfoort. Punten zijn (gekalibreerde) registratie radar, registratie regenmeter, lijnen zijn 95% betrouwbaarheids intervallen (gekalibreerde) radar en regenmeter2Vergroot afbeelding Figuur F laat de nauwkeurigheid van de geschatte neerslag op een locatie zien, op basis van de neerslagmetingen van een tot vier andere locaties. De rode, grotere punten geven de afwijking (in mm) tussen de registraties van de regenmeters en die van de gekalibreerde radar weer. De lijnen presenteren de 95%-betrouwbaarheidsintervallen voor regenmetingen en radarmetingen. Op de horizontale as ziet u het aantal gebruikte regenmeters om de hoeveelheid neerslag op de locaties van de overige regenmeters te schatten. Op de verticale as staat de afwijking van de schatting ten opzichte van de werkelijk gemeten waarde op die locatie in mm. Uit figuur F blijkt dat hoe meer meetpunten worden gebruikt om ruimtelijk gespreide neerslag vast te stellen, hoe nauwkeuriger de informatie wordt. Maar de omhullende van 95% betrouwbaarheid komt met vier regenmeters nog niet in de buurt van die van de radarmeting (horizontale lijnen). Hieruit is te concluderen dat Amersfoort veel meer dan vijf regenmeters nodig zou hebben voor een resultaat dat kwalitatief vergelijkbaar is met de gekalibreerde radarmeting. Om een bruikbaar beeld van de ruimtelijke spreiding van neerslag te krijgen, is ongeveer een regenmeter per 1 km2 nodig. Dit is zowel onderhouds- en kostentechnisch als praktisch niet effectief. 1Mantje, W., Korving, J.L. en Geerse, J.M.U. (2009). Toepasbaarheid van regenradar voor stedelijk waterbeheer. Rioleringswetenschap, jaargang 9, nr. 35, Holapress. 2Lobbrecht, A.H. Einfalt, T., Reichard, H.L, Poortinga, I.M (2011). Decision support for urban drainage using radar data of HydroNET-SCOUT. International Symposium Weather Radar and Hydrology, Exeter.. 3Clemens, F.H.L.R. en Mantje, W.J. (2011). Hollands Noorderkwartier. Vergelijking neerslagradar en grondstations. Witteveen+Bos. 4Lobbrecht, A.H., en Knippers, T.S. (2010). Neerslagspreiding in beeld voor stedelijk waterbeheer. Vakblad Riolering, 17, pp. 54-55.