II
AARDE, GEVANGEN
IN EEN
COMPUTERMODEL
Hl
ÉL
VOORBEREIDINGEN
OUDE ZAAK
RICHARDSON
- a w
Over enkele jaren
weervoorspelling
voor 14 dagen
mogelijk
Erbij
draaien. De belangrijkste storende in
vloed gaat uit van de zon, die één helft
van de aardbol verwarmt, grote hoe
veelheden water uit zeeën doet ver
dampen en luchtstromingen In stand
houdt, die de wolken transporteren.
De gedachte om de aardatmosfeer na
te bootsen in een mathematisch model
is niet nieuw. Maar de gedachte bleef
theorie totdat de computer zijn intre
de deed. Met name de meteoroloog
Lewis F. Richardson uitte in 1920 al de
Astronautenfoto van de aarde. De
wolkenformaties zijn goed zicht
baar.
Dit is IBM Systeem 360. Deze
computer, een van de grootste van
de wereld, wordt gebruikt door
het Britse meteorologische insti
tuut in Bracknell. De computer
simuleert de atmosfeer van het
noordelijk halfrond.
SINDS DE opkomst van de meteoro
logische berichtgeving omstreeks het
midden van de vorige eeuw is de
zogenoemde synoptische methode het
meest toegepast. Twee onafhankelijk
van elkaar werkende meteorologen te
kenen elk een verschillende weerkaart
en doen verschillende voorspellingen.
Men probeert evenwel deze gegevens
objectief te maken met behulp van
computers. Deze krijgen de gegevens
ingevoerd van een zo groot mogelijk
gebied. De computer schakelt daarmee
een groot stuk subjectiviteit uit door
volgens een bepaald program de meet
waarden van een aantal elementen
over dat gebied door te rekenen. Nadat
de computer zijn berekeningen over
dat gebied heeft voltooid kan de ver
werking in grafische vorm worden
weergegeven door een tekenmachine,
die de weerkaart produceert kort nadat
de waarnemingsgegevens zijn inge
voerd en verwerkt.
Een andere techniek om weervoor
spellingen te doen is de statistische
methode, die eigenlijk altijd het stief
kind van de meteorologie is geweest.
Onlangs is deze methode nieuw leven
ingeblazen door twee geleerden van
het Massachusetts Institute of Techno
logy, dr. T. Prohaska en dr. Donald B.
Devorkin. Zij zeggen dat hun statisti
sche methode in staat is langs reken
kundige weg algemene weertrends per
maand of zelfs per seizoen en per half
jaar aan te geven. De statistische me
thode gaat als volgt te werk. De maan
delijkse weerrapporten sinds 1899 wor
den met computers geanalyseerd.
Daarbij ontdekte men dat de atmosfe
rische druk op willekeurige punten
wetmatige relaties vertoont met tem-
peratuursverlopen van andere geografi-
nen. Het werk wordt per sector ge
coördineerd door een chef, die met zijn
bureauchefs gegevens en resultaten
uitwisselt. In het midden van het sta
dion” staat een pilaar met daarop een
kansel vanwaar men het hele werk
kan overzien. Dit is de plaats van de
centrale chef, bijgestaan door assisten
ten en boodschappers. Zijn belangrijk
ste taak is ervoor te zorgen dat het
rekenwerk in alle sectoren gelijke tred
houdt. Hij is te vergelijken met een
dirigent, maar in plaats van een diri
geerstok hanteert hij twee schijnwer
pers: één met rood, de ander met
groen licht. De rode lichtbundel richt
hij op de sectoren die een voorsprong
hebben in het totale rekenwerk en de
groene op de mensen die achter zijn of
dreigen te geraken.
Op de begane grond rennen vier
boodschappers van sector naar sector
om de resultaten van het rekenwerk te
verzamelen,die na door de centrale
chef bekeken te zijn per buizenpost
naar een aangrenzende centrale reken
kamer wonden geschoten. Daar is een
legertje rekenaars druk bezig met het
uitwerken van rekenresultaten om te
komen tot een totaal overzicht. Is dat
gebeurd dan kan de weersverwachting
worden opgesteld. Intussen gaat het
rekenwerk door, omdat het model in
stand gehouden moet worden. Grote
bakken blanco papier voor de reke
naars worden binnengebracht, terwijl
beschreven papier met karrevrachten
wordt afgevoerd naar de brandstapel.
Inmiddels is de afdeling research bezig
met het uitdokteren van een nieuw
soort meteorologisch model.
Richardson heeft duidelijk de be
hoefte aan computers naar voren ge
bracht. Het gigantische werk van de
rekenaars kan veel sneller en betrouw
baarder worden verricht door snelle
computers.
Tot nu toe is dit beperkt gebleven
tot het noordelijk halfrond dat tot op
wens de atmosfeer na te bootsen en
daar uit het weerbericht te voorspel
len. Hij beklaagde zich echter over de
enorme hoeveelheid rekenwerk die
verricht zou moeten worden en die een
barrière vormde tussen theorie en wer
kelijkheid. In zijn fantasie had Ri
chardson een mogelijkheid uitgewerkt
om de atmosfeer na te bootsen. De
simulatie heeft plaats in een enorm
groot gebouw dat er uitziet als een
overdekt stadion. De wanden zijn in
het rond beschilderd met zeeën en
continenten waarbij het plafond de
Noordpool en de kelder de Zuidpool
voorstelt. Op de galerijen van het „sta
dion” zitten duizenden mensen te reke-
sche punten. Deze wetmatigheid strekt
zich uit over geldigheidsperioden van
één tot twaalf maanden. Speciaal voor
dit doel geschreven computerprogram
ma’s kunnen de statistische analyses
uitvoeren voor elk willekeurig geogra
fisch punt. Hierdoor wordt het moge
lijk voorspellingen te doen over tempe-
ratuursverloop, neerslag en wind. De
statistische methode kan echter geen
rekening houden met allerlei verander
lijkheden, die invloed uitoefenen op
ons weer. Deze zijn niet in het
minst de luchtvervuiling, ontbos
sing, de aanleg van stuwmeren, de
ontsluiting van nieuwe vuil en warmte
producerende industriegebieden en pol
ders, die water veranderden in land.
Bij de natuurkundige of numerieke
methode worden weersveranderingen
en op grote schaal het gedrag van de
atmosfeer in een natuurkundig ver
band gebracht met bijvoorbeeld de in
vloed van de zon, de temperatuur van
het zeewater en de afwijkende kracht
van de draaiing van de aarde. Deze
betrekkingen kunnen in de vorm van
wiskundige vergelijkingen worden om
schreven en door berekeningen worden
voorspeld.
De voorbereidingen die de World
Weather Watch treft om binnen enkele
jaren tot weerberichten op langere ter
mijn te komen zijn ito volle gang en
richten zich hoofdzakelijk op het ge
bied van de Stille Oceaan om meer
inzicht te krijgen van de tropische
weerdynamiek.
Over het ontstaan van het tro
pisch weerbeeld is nog weinig bekend.
Van het al dan niet slagen van het
experiment dat men gaat uitvoeren
hangt af of een generale repetitie op
wereldwijde schaal rond 1975 zal door
gaan. Zuidelijk en noordelijk halfrond
moeten dan wat de weersystemen be
treft als een legpuzzel in elkaar passen,
zodat men voor het eerst een overzicht
zal hebben over de totale aardatmo
sfeer.
Het wiskundige model van de aard
atmosfeer zal aanvankelijk worden
onderhouden in drie grote en snelle,
over de continenten verdeelde compu
tersystemen, die via communicatiesa
tellieten met elkaar in verbinding
staan en onderling gegevens kunnen
uitwisselen. De afstanden spelen daar
bij geen rol van betekenis, zodat de
drie computers in feite één supercom
puter vormen. De metingen die sche-
WEERVOORSPELLINGEN zijn al
zo oud als de mensheid. Chinezen en
Egyptenaren hielden statistieken bij
van hoeveelheden regenval over lange
re perioden en trachtten zo de gunstige
data af te leiden voor het binnenhalen
van de oogsten. Aristoteles zag in dat
het weer geen resultaat was van het
humeur der góden. Inplaats van baker
praatjes kwam hij met zijn „Theorieën
over meteorologica”, die 1500 jaar lang
stand hielden. Het duurde tot de acht
tiende eeuw voor er grote vorderingen
werden gemaakt. Torricelli vond de
barometer uit, Fahrenheit de thermo
meter en De Saussure de hygrometer.
Deze instrumenten vormen de basis
van de wetenschap die het gasmengsel
van voornamelijk stikstof, zuurstof en
kooloxyde, dat onze aarde omhult wil
doorgronden en zijn gedragingen wil
vóórspellen. En dat zou allemaal niet
moeilijk zijn als de aarde niet om zijn
as, de maan niet om de aarde en de
aarde niet nog eens om de zon zou
Zo ziet de tekenaar de satelliet Nimbus-4 boven de Zuidpool. Gegevens wor
den opgevraagd van drijvende boeien en weerballons. Tezamen met de door
de satelliet zelf vergaarde informatie worden de gegevens doorgeseind naar
de grondstations.
De toestand van een heel halfrond,
door de computer weergegeven iji
cijfers.
De meteoroloog bestudeert
foto’s van de weersatelliet.
DE BILT Voor het weerbe
richt bestaat zo veel belangstelling
dat het dagelijks de voorpagina’s
van de kranten haalt. Het is zon
der twijfel het nieuws waarop ook
het meest wordt gekankerd, om
dat, zo meent het publiek, het
„nooit klopt”. „Daar in De Bilt
zeggen ze maar wat”. Het weer is
ook een kolfje naar de hand van
„kwakzalvers”, die een half jaar
tevoren voorspellen of er een
kwakkelwinter komt. En in een
zondagochtend-programma voor de
radio wordt steevast gevraagd naar
de mening van de molenaar in het
noorden, of de visser in het zui
den. Al is het weerbericht dan in
dit opzicht een terrein voor vrij
buiters, die met een natte vinger
in de lucht precies weten te ver
tellen uit welke hoek de wind mor
gen zal waaien, ook uit dit gebied
van onze steeds gecompliceerder
wordende maatschappij zullen zij
straks zjjn verdreven door de op-
rukkende computer. Het weerbe
richt is gesteld in heel voorzich
tige bewoordingen. De terminolo
gie van een meteoroloog komt na
melijk voort uit de onvolledige in
formatie waarmee hij nog moet
werken en welke hjj moet aanvul
len met ervaring en intuïtie. Meer
houvast zal hem de numerieke
weervoorspellingstechniek op lan
gere termijnen brengen, waarbij
men afhankelijk van de volledig
heid van de gegevens, concretere
uitspraken hoopt te kunnen doen.
a
EEN BETROUWBARE weer
voorspelling voor veertien dagen
behoort over enkele jaren tot de
mogelijkheden. Om dit in 1978 te
realiseren heeft de Wereld Meteo
rologische Organisatie van de Ver
enigde Naties twee organisaties
opgericht, te weten de „World
Weather Watch” (WWW) met een
coördinerende taak en het Global
Atmospheric Research Program
(GARP), die dit project technisch
uitvoert. De GARP beschikt over
indrukwekkende middelen: zes
weersatellieten, enkele duizenden
weerballonnen, een netwerk van
automatische weermelders in
oceanen en woestijnen, koop
vaardijschepen, vliegtuigen, radio
sondes en een aantal radarstations.
De stroom van gegevens, die deze
stations opleveren wordt gecentra
liseerd in computersystemen, die
er een mathematisch simulatie
model van de gehele aard
atmosfeer mee in stand houden.
Bovendien verrichten deze com
puters vele miljarden bereke
ningen, die nodig zijn om zinvolle
voorspellingen op korte en langere
termijn mogelijk te maken.
DE HUIDIGE weersverwachtingen
op korte termijn komen voort uit de
kennis, die meteorologen hebben van
de toestand van de atmosfeer op dit
ogenblik. Deze kennis kan nooit volle
dig zijn, omdat tien tot twintig percent
atmosfeer vanaf de grond
gemeten en geobserveerd,
soms niet
van de
wordt gemeten en
■Weervoorspellingen komen
uit omdat ze zijn gebaseerd op onvolle
dige informatie.
De schuine stand van de aardas op
het vlak van de ecliptica maakt het
probleem op langere termijn nog inge
wikkelder, doordat de zon jaarlijks
schijnbaar tussen steenbokskeerkring
en kreeftskeerkring op en neer wan
delt. Er wordt voortdurend energie uit
gewisseld tussen de verschillende
luchtlagen, waardoor de gevolgen
kunnen variëren van moleculaire ver
schijnselen tot cyclonen en orkanen
toe. Juist door het gebrek aan meetge
gevens van deze verschijnselen is het
zo moeilijk orkanen te voorspellen.
Voorspellingen over de kracht van een
orkaan en de richting waarin deze zich
begeeft liggen binnen een tijdsduur van
24 uur. Vandaar dat in de Verenigde
Staten, die vaak door orkanen worden
geteisterd, jaarlijks gemiddeld 1200
slachtoffers zijn te betreuren. De ma
teriële schade bedraagt daarbij 35 mil
jard gulden.
zekere hoogte als één weersysteem kan
worden beschouwd en dat maar weinig
wordt beïnvloed door het zuidelijk half
rond. De evenaar ligt als het ware als
een barrière tussen beide systemen.
Het noordelijk halfrond wordt nage
bootst in een computermodel waarin
randvoorwaarden zijn opgenomen.
Dit halfrond heeft een opper
vlakte van 500 miljoen vierkante kilo
meter. De meetgegevens komen binnen
van 4000 zogenoemde roosterpunten.
Voor een 72-uurs voorspelling volgens
de numerieke methode zijn vele hon
derdduizenden berekeningen en verge
lijkingen nodig. En deze berekeningen
moeten in een zo korte tijd worden
ui'tgevoerd om nog recht op de bena
ming voorspelling te hebben.
FRANS KEIJSPER
- .J
«f-- X* 4-,
X XX.
pen, satellieten, observatoria over de
hele wereld verrichten moeten zo snel
mogelijk worden doorgeseind naar de
stations die de gegevens verzamelen.
De satellieten sparen hun gegevens en
foto’s op in hun geheugens en seinen
hun berichten in code naar de grond
stations, zodra ze boven de horizon
verschijnen en binnen het ontvangstbe-
reik komen van de schotelantennes. De
plaatselijke weerstations kunnen de
wereldgegevens met hun eigen compu
ters verwerken tot lokale weersver
wachtingen op langere termijn. Met
deze mondiale uitwisseling van gege
vens zou er dan eindelijk eens een
stukje efficiënte wereldwijde samen
werking tot stand zijn gekomen. Want
sneeuw is sneeuw en is nog niet onder
hevig aan een politieke kleur, of hij nu
valt in Moskou, Amsterdam of Was
hington. En de wereld kan dan zelf
zien aankomen wanneer zij van de
regen in de drup komt.
de
- f
