Metingen en instrumentarium

Het verrichten van tienminutenmetingen vormt het hart van ieder weerstation. Alle metingen zijn tegenwoordig digitaal en de oudere analoge instrumenten dienen nu als achtervang bij storingen. Hoe wordt er gemeten? Wat? En wat betekent dat?

De kwaliteit van de metingen wordt niet alleen bepaald door de instrumenten. Ook de locatie heeft een belangrijke invloed op de meetwaarden. Weerstation Holsloot is een typisch plattelandsstation: vrijstaand in een lege omgeving met gras tot op grote afstand. Ten opzichte van stadsstations geeft dat een ander beeld: meer wind, koude nachten, koelere zomerdagen en meer straling.

De stationsclassificatie is VTR, of uitgebreider 3*A-24. Meer informatie over stationsclassificatie is te vinden bij de Vereniging voor Weerkunde en Klimatologie.

Temperatuur- en luchtvochtigheid

Metingen van de temperatuur en de luchtvochtigheid worden verricht op de voorgeschreven standaardhoogte van precies 1,5 meter. Uit de temperatuur (Celsius) en de luchtvochtigheid (procenten) zijn ook afgeleide waardes te berekenen, zoals het dauwpunt en een component van de windchill.

De sensoren hangen in een zogeheten weerhut. Dat is een wit gebouwtje zo groot als een verhuisdoos met een wit, schuin dak richting het zuiden, een zwartgeverfde binnenkant en jaloezieën die voorkomen dat er rechtstreeks zon op de thermosensor kan vallen. De weerhut van Weerstation Holsloot is aan zijn tweede leven bezig. Weerhutten waren vroeger vrij groot vanwege de lengte van analoge alcoholthermometers. De huidige digitale sensors zijn kleiner en passen in een piepklein schotelhutje. Maar omdat de hut er toch was is er besloten om de sensor ‘in zijn nakie’ in de grote hut te hangen. De passieve ventilatie is er beduidend beter dan in een schotelhutje. De analoge thermometer is ook nog aanwezig in de hut, maar nu als backup bij storingen en voor verificatie van meetwaarden als die een recordwaarde aannemen.

Temperatuur in Celsius is een bekende parameter. Beneden nul vriest het, boven dertig is het goed warm en in Nederland bevindt de temperatuur zich hoegenaamd altijd tussen -20 en +40. Luchtvochtigheid kan variëren tussen 100% (mist, motregen) en circa 25% (vorstige kraakheldere winterdagen). Vochtigheidssensoren hebben moeite om naar 100% te gaan, zodat in de praktijk bij 95% kan worden gesproken van verzadigde lucht.

Grasminimum

Het grasminimum is de gangbare naam voor de temperatuur op tien centimeter hoogte, iets wat op het platteland dankzij weerman Jan Visser beter bekend is als ‘klomphoogte’. Deze temperatuur dient gemeten te worden boven kortgeknipt gras met een thermometer die afgeschermd is van direct zonlicht. Een witgeverfd plankje voldoet, maar de bovenste drie schotels van een afgedankte schotelhut zijn nog geschikter. Verder moet de opstelling zo min mogelijk last hebben van andere objecten die uitstraling kunnen beïnvloeden. Zo blijft de stelconplaat (steen) warm en mag de grasminimumtemperatuur niet precies onder de weerhut (binnen de drie poten) worden gemeten omdat die de uitstraling tegenhoudt. Daartoe is de sensor op enige afstand van de weerhut geplaatst.

Het grasminimum is van belang voor de landbouw en voor gladheidsbestrijding. Met grondvorst wordt dan ook vorst op deze meethoogte bedoeld. Het grasminimum, ook in Celsius uitgedrukt, vertoont een directer en woester gedrag dan de temperatuur in de hut. Bij vorst is het kouder, bij hitte heter.

Neerslagmeting

Neerslag wordt gemeten met een tipping bucket regenmeter. Deze werkt met een wipje dat telkens omklapt na 0,2 mm neerslag. Zo’n regenmeter heeft voordelen boven een traditionele Hellmann-regenmeter met een opvangbak (de stalen cilinder op de foto links). Zo raakt een tipping bucket nooit vol, hij bevriest niet en hij kan automatisch digitaal worden afgelezen omdat elke kanteling van het bakje een digitaal pulsje geeft. De meting vindt plaats in een zogeheten Engelse kuil: een rond, cirkelvormig putje dat lijkt op een krater met grind op de bodem. Het doel van deze opstelling is het vermijden van windeffecten die de regen kunnen beïnvloeden, hoewel het bewijs dat deze methode ook echt toegevoegde waarde heeft vrij dun is. De reden om voor een Engelse kuil te kiezen is dat ook het KNMI deze manier gebruikt.

De hoeveelheid kantelingen vertelt ons de totale neerslagsom, uitgedrukt in millimeters. De snelheid waarmee de kantelingen elkaar opvolgen vertellen tevens iets over de intensiteit van de neerslag. Als bijvoorbeeld 15 mm in de loop van twaalf uur valt heb je waarschijnlijk een hele depressie over je hoofd gehad, maar als het in een kwartier omlaag kwam is er gegarandeerd een onweersbui afgegaan.

Neerslag loopt snel in de papieren. 1 mm neerslag is een liter per vierkante meter. Dat lijkt mee te vallen, maar het is duizend ton water per vierkante kilometer. Als die 15 mm in een kwartier viel, krijgt een vierkante kilometer grond onder de wolkbreuk dus 15.000 ton water te verwerken. Het waterschap heeft het er maar druk mee…

Sneeuw, ijzel en hagel worden niet of niet betrouwbaar gemeten met een tipping bucket. Deze kunnen achteraf, na smelt, alsnog worden gemeten met de traditionele 200 cm2 Hellmann-regenmeter die ernaast staat. Die heeft tevens een rol als de backup bij een eventuele storing aan de digitale regenmeting.

Windkracht en windrichting

Wind dient te worden gemeten op tien meter hoogte. De meetmast die op weerstation Holsloot wordt gebruikt is een tweedehands afdanker van de Universiteit Wageningen. In zijn vorig leven werd hij gebruikt bij mobiele veldmeetcampagnes van de Vakgroep MAQ (Meteorologie en Luchtkwaliteit). De vertuide vakwerkmast is ongevoelig voor zwiepen, zodat de windmetingen tot zware storm aan toe betrouwbaar blijven.

Wind wordt gemeten met een gecombineerde windvaan en anemometer. Dat zijn mechanische instrumenten met een draaiende vaan en draaiende cupjes. Meestal werkt dat prima, maar bij ijzel, plaksneeuw of rijp kunnen ze vast blijven zitten. Ook komen ze bij zeer geringe windsnelheden nog niet in beweging. Een nulmeting tijdens winterweer hoeft dus niet altijd op een storing te wijzen. De snelheid van de verplaatsende lucht wordt uitgedrukt in meters per seconde (wetenschappelijk) of in kilometer per uur (meestal in de normale wereld). De grafieken op deze site tonen de windsnelheid in km/h. De windrichting kan worden uitgedrukt in graden (hoekgraden) waarbij nul gelijk staat aan Noord, 90 aan Oost, 180 aan Zuid en 270 aan West. Op die manier kan de windrichting samen met de windsnelheid in een grafiek worden geplot.

Een tweede windmeter op twee meter hoogte is aanwezig voor een veldexperiment (de Win-Win-campagne), maar de metingen van dat instrument kunnen in tussentijd natuurlijk ook gewoon uitgelezen worden door nieuwsgierige gebruikers om te zien hoe hard het op hoofdhoogte waait.

Luchtdruk

Luchtdruk is een vrij oninteressante parameter voor het menselijk lichaam. Van de absolute waarde (in hPa, hectopascal, een maat voor de uitgeoefende druk van de luchtkolom op de grond) voelen we niks zolang we niet gaan vliegen of de bergen in rijden. Maar de gevolgen van de waarde, en vooral de trend daarvan (stijgend of dalend en hoe snel dan wel) bepaalt de windsnelheid en met enige kennis van zaken kan je aan die twee samen ook afleiden of er een depressie aan zit te komen. Bij luchtdruk is de absolute waarde dus eigenlijk bijna waardeloos en heb je per definitie een reeks nodig. Wat deed de druk in de afgelopen dag?

De eenheid hectopascal is lastig uit te leggen, vooral omdat hij een soort evenwichtsstand heeft op een heel vreemde plek: 1014. Is de luchtdruk lager dan dat, dan is er eigenlijk te weinig lucht en spreken we van lagedruk. Bij de omgekeerde situatie spreken we van hogedruk. De snelheid waarmee de druk toe- en afneemt, de absolute hoogte en diepte waarmee, en ook de ruimtelijke variatie t.o.v. andere weerstations in binnen en buitenland zijn allemaal nodig voordat je de luchtdruk echt kan duiden. Luchtdruk is dus echt iets wat je ‘samen’ meet, als weerstation ingebed in een netwerk van honderden collega’s. Toch kan je soms ook heel lokale drukeffecten zien die alleen plaatselijk optreden: de passage van een flinke onweersbui levert genoeg meteorologisch geweld op om de druk te laten schommelen en hobbelen; de zogeheten onweersneuzen. (Meer weten? Lees verder bij de Vereniging voor Weerkunde en Klimatologie.)

Zonneschijn

Zonneschijn wordt gemeten met sensoren die de lichtintensiteit meten. Eigenlijk meten ze dus geen ‘zon’, maar gewoon de totale hoeveelheid zichtbaar licht met een golflengte tussen 400 en 1100 nanometer (of in jargon van meteorologen: de Q short). Straling wordt uitdrukt in watt per vierkante meter. Op Weerstation Holsloot zijn twee stralingsmeters aanwezig.

Stralingsmeters zijn buitengewoon gevoelige instrumenten: bij collega-weerstations zoals de Meteotoren van Scheveningen wordt op een zonnige dag zelfs de passage van de schaduw van de tuikabels van de meetmast opgemerkt. Dat is meteen de reden om in Holsloot met twee stralingsmeters te werken. Eén instrument zit hoog in de meetmast gemonteerd, boven de bovenste tuikabels. Daarmee wordt het effect van schaduwen van de kabels, maar ook van bomen op de horizon verkleind, zodat de meetbare daglengte zo dicht mogelijk bij de theoretische maximumwaarde blijft en de gemeten straling zo ‘netto’ mogelijk is: de totale som van directe straling rechtstreeks van de zon en diffuse straling die door de hemel wordt verstrooid.

De andere stralingsmeter is een identiek instrument, maar dit exemplaar is voorzien van een stralingsschild: een verstelbare strook metaal waarmee de zon wordt afgeschermd zodat de sensor zelf altijd in de schaduw zit. Deze meet daardoor alleen de diffuse straling.

Vanaf halverwege het schemer begint de sensor signaal te geven. Op bewolkte winterdagen waarop je binnen het licht aan moet houden blijft het beperkt tot hooguit 50 watt per vierkante meter, maar op knalzonnige voorzomerdagen met de zon hoog aan de hemel in een staalblauwe lucht kan het op onze breedtegraad oplopen tot net over 850 watt per vierkante meter. (Het kan nog hoger, boven het astronomisch maximum en zelfs boven een kilowatt. Hoe dat kan en hoe dat zit? Zie daarvoor de projectpagina van de System Overload-campagne, welke draait om een veldexperiment om het effect van enorme grote witte reflecterende wolken in kaart te brengen.

Data- en zendapparatuur

De observaties van de instrumenten worden samengebracht in Integrated Sensor Suites (ISS). Deze kastjes beschikken over kleine radiozenders waarmee de meetdata periodiek en draadloos naar de ontvanger kan worden verzonden. Weerstation Holsloot gebruikt twee zulke apparaten (units 108-1 en 108-2). Eentje bedrijft de operationele instrumenten, de ander bedient momenteel alleen permanent de klomphoogtemeting. De open slots in 108-2 die niet standaard worden gebruikt, bieden daardoor wel ruimte voor aansluiting van additionele instrumenten voor semi-permanente campagnes en onderzoek, zoals momenteel aan een extra windmeter voor de genoemde Win-Win campagne en een tweede stralingsmeter voor de System Overload-campagne.

Het dakje boven de ISS-units is gemonteerd ter bescherming tegen ijsval van de meetmast in de winter. De antennes zijn de meest kwetsbare onderdelen en crashende stukken ijs kunnen ze beschadigen of van stand veranderen.

Servicebunkertje

Een meetsite vereist service en onderhoud. Grotere meetvelden en serieuzere amateur-meetsites beschikken doorgaans over een servicebunkertje voor de opslag van praktische spullen. Het kleine gebouwtje met een slot dient als opslag voor een ouwe knipschaar voor onderhoud van het gras, een klimtuig voor als er service nodig is in de meetmast en een aantal praktische spullen zoals knelriemen, tape en een tang – typisch van die zaken waar je enorm van baalt als je het vergeet en dan opnieuw een halve kilometer op en neer moet lopen om het alsnog te halen.

Een onvoorziene maar aangename bijkomstigheid is dat het gebouwtje een uitstekende akoestiek heeft. Zet er een bluetooth-speaker in, deur open en vervolgens heb je tijdens onderhoudswerken elders op de meetsite muziek voorhanden met een geluid alsof er een live optreden in het veld staat.

Meteobridge

We gaan naar de andere zijde van de radioverbinding. Daar staat een zogeheten Meteobridge te luisteren. Dit apparaatje beschikt over een ingebouwde radio-ontvanger en is in feite een kleine datalogger gecombineerd met een server.

Klein moet je letterlijk nemen. Het apparaatje heeft de afmetingen van een blok zeep en het maakt in één klap een hele PC, een console, een weerdata-softwaretool en een repeater overbodig. Met een minimaal stroomverbruik (2,5 watt) wordt de weerdata ter plekke gelogd en periodiek rechtstreeks het internet op gestuurd naar diverse meetnetten waarin Weerstation Holsloot deelneemt. Een ideale oplossing waardoor de opstelling in Holsloot lean and mean kon worden gehouden. (Meer informatie en technische details van dit soort minimalistische opstellingen zijn te vinden bij weerhuisje.nl, zij zijn ook de leverancier van de Meteobridge in Holsloot.)

De kleine antenne die standaard op de Meteobridge zit is niet sterk genoeg om een goede ontvangst mogelijk te maken met een weerstation dat honderden meters buitengaats staat. Er zijn tussenversterkers (zogeheten repeaters) op de markt waarmee het signaal halverwege de afstand kan worden versterkt, maar in het geval van weerstation Holsloot is een andere oplossing toegepast.

  

Door de mini-antenne van de Meteobridge in te ruilen voor een aanzienlijk grotere yagi-antenne buiten aan de gevel wordt niet de zender, maar het luisterend oor vergroot. Een yagi is een richtantenne. Door hem precies op het weerstation te richten krijgt de Meteobridge als het ware een verrekijker: het ontvangen signaal is zo sterk dat het nu voor de Meteobridge lijkt alsof het weerstation op dertig meter staat in plaats van driehonderd. Een yagi-antenne is goedkoper dan een repeater en het is een passieve component. Er zijn geen batterijen nodig, hij hoeft niet halverwege het station gemonteerd te worden en hij kan nauwelijks kapot. Ook niet onbelangrijk, het oog wil ook wat en een yagi ziet er ook wat pittiger uit aan de gevel: geen halve maatregel en ook geen signaalverlies bij slecht weer.