Study of the operational potential and limits of current high-resolution numerical weather prediction for the Pukkelpop storm

De voorspelbaarheid van de Pukkelpopstorm

De ramp tijdens het Pukkelpopfestival van 2011 ligt al een tijdje achter ons, maar de hevigheid en de gevolgen van die storm waren dermate groot, dat er nog steeds onderzoek wordt gevoerd naar de meteorologische condities van die gebeurtenis. In deze scriptie werd onderzocht in hoeverre het mogelijk is de Pukkelpopstorm te voorspellen met de huidige weermodellen. Modellen kunnen het onweer goed simuleren, maar het lokale karakter van de storm vormt nog een uitdaging voor de weermodellen.

Op 18 augustus 2011 trokken verscheidene onweersbuien over ons land. Het noodweer maakte vijf slachtoffers en ruim 140 gewonden, en veroorzaakte een enorme materiële schade. Gezien de grote impact is het belangrijk om de huidige wetenschappelijke inzichten zo goed mogelijk aan te wenden en onderbouwde waarschuwingen aan de bevolking mee te delen. Die waarschuwingen komen tot stand aan de hand van numerieke weermodellen.

Een weermodel simuleert het gedrag van de atmosfeer en berekent de toestand van de atmosfeer, nl. het weer, stap voor stap voor de komende dagen. De ene weersituatie is al wat moeilijker te voorspellen dan de andere. Zo is het voor een state-of-the-art weermodel zeer moeilijk om het precieze moment en de juiste plaats van een onweer correct te voorspellen: in een onweerswolk spelen zich namelijk allerlei processen af, die vaak te klein zijn om door het model in al hun details gesimuleerd te kunnen worden. Een weermodel heeft een bepaalde resolutie of oplossend vermogen, wat te vergelijken is met de resolutie van een foto: hoe groter de resolutie, hoe meer details zichtbaar worden. Door de resolutie van het model te vergroten, kan het model die kleinschalige processen in het onweer beter simuleren, maar dat vergt significant meer rekenkracht.

In deze scriptie werd, in samenwerking met het KMI, de voorspelbaarheid van het onweer van 18 augustus 2011 (de zgn. Pukkelpopstorm) onderzocht aan de hand van het weermodel ALARO. Uit voorgaand onderzoek van het KMI bleek dat de schade op het Pukkelpopfestival veroorzaakt werd door een sterke valwind of downburst met een diameter van minder dan 100 meter. Een van de doelstellingen was bijgevolg om na te gaan of het model in staat is indicaties voor zo'n downburst te voorspellen.

Downburst
In en rond de onweerswolk is er veel turbulentie. Hierdoor kan het gebeuren dat droge lucht rondom het onweer in de wolk wordt gezogen. De droge lucht doet een deel van de neerslag in de wolk verdampen, waardoor de lucht afkoelt. Net zoals warme lucht opstijgt (zo werkt een luchtballon), zal de koude lucht in de wolk dalen. Die dalende lucht of valwind zorgt voor afkoeling aan de grond, en is tevens verantwoordelijk voor sterke windstoten tijdens een onweer. In extreme gevallen kan gedurende een korte tijd en over een klein gebied een zeer sterke valwind ontstaan. Dat noemt men een downburst. De windsnelheden tijdens een downburst kunnen zeer groot zijn, tot 130 km/u in het geval van Pukkelpop, zo bleek uit eerder onderzoek van het KMI.

Omdat de valwind verantwoordelijk is voor de sterke windstoten aan de grond, is het erg belangrijk dat het weermodel die correct voorspelt. Helaas is dat zeer moeilijk omdat de valwind te kleinschalig is om door het model correct te worden gesimuleerd. Bovendien zijn er maar weinig metingen van de valwind beschikbaar, zodat het moeilijk is om het model te verifiëren.

In dit onderzoek werd daarom gekeken naar de temperatuurdalingen en drukfluctuaties aan de grond ten gevolge van de valwind, waarvoor wel observaties beschikbaar zijn. Door deze observaties te vergelijken met de voorspellingen, kan het weermodel geoptimaliseerd worden om de valwind beter te voorspellen, en een betere schatting te maken van de windstoten tijdens het onweer.

Conclusie
Omwille van hun kleinschaligheid, is het vandaag de dag echter niet mogelijk om downbursts te voorspellen aan de hand van een weermodel. Anderzijds is het wel mogelijk om de onweersbuien, waarin de downbursts zich kunnen voordoen, correct te voorspellen. Hogere resolutie en meer rekenkracht kunnen de voorspelbaarheid van dergelijke kleinschalige fenomenen vergroten. Verder onderzoek zal dat moeten aantonen en de modellen zullen moeten aangepast worden om ook op een hogere resolutie te werken.

Fig. 1: Windstoten (m/s, in kleur) zoals voorspeld door het in dit onderzoek geoptimaliseerde ALARO model van het KMI. De contouren tonen de gebieden waar neerslag valt (in mm/u) en de pijlen tonen de windrichting. Boven de provincies Limburg en Luik is een onweersbui zichtbaar met felle windstoten.