Bliksemdetectie met het KNMI KLU netwerk
Bliksemdetectie met het KNMI KLU netwerk
Sinds 1976 worden instrumenten gebruikt om aantal en plaats van bliksemontladingen boven Nederland vast te leggen. In 1995 is het KNMI-KLu (KLu=Koninklijke Luchtmacht) systeem in gebruik genomen, berustend op interferometrie (SAFIR). Ingegaan zal worden op de eigenschappen van dit systeem wat betreft volledigheid van de detectie, nauwkeurigheid van de plaatsbepaling en de kwaliteit van de metingen van bliksemparameters.Ook zullen resultaten getoond worden betreffende de geografische verdeling van inslagen en de jaar-op-jaar variabiliteit van de inslagfrequentie.
Inleiding
Al eeuwen lang is het gebruikelijk dat weerwaarnemers het horen van donder noteren. Zo is over de hele wereld het jaarlijks aantal onweersdagen bekend. Van meer belang is eigenlijk het aantal ingeslagen bliksems. Zelfs in een dichtbevolkt land als Nederland wordt echter maar een kleine fractie van alle bliksems vermeld in rapporten van verzekeringsmaatschappijen e.d.. Mede daarom gebruikte het KNMI tussen 1976 en 1987 een netwerk van bliksemtellers. Dat zijn radio-ontvangers die storingen boven een bepaalde drempel registreren. Met enige moeite kon daarmee de regionale inslagdichtheid geschat worden (Wessels, 1977).
Figuur 1: Het SAFIR-netwerk in 1997 en 1998. De km-verdeling langs de assen geeft de zogenaamde Amersfoort-coördinaten. De stationsnamen zijn in de figuur afgekort: De Kooy, Valkenburg, Deelen, Oelegem, Mourcourt en La Gileppe. De grijsschaal toont de berekende nauwkeurigheid van de plaatsbepaling
Rond 1980 werden twee soorten systemen ontwikkeld, waarmee de plaats van inslagen bepaald kon worden. De eerste soort gebruikt antennes waarmee de richting van bliksemstoringen wordt gemeten. Met twee van zulke antennes kan door middel van kruispeiling de plaats van de bliksem gevonden worden. Bij de tweede soort wordt de positie van bliksems bepaald uit de verschillen in looptijd van de radiostoring naar een drietal antennes. Inmiddels zijn er systemen in de handel die beide methodes combineren. Bij dergelijke netwerken staan de antennes op ruim 100 km van elkaar, zodat een vrij groot gebied bewaakt kan worden.
In 1987 werd een netwerk volgens de looptijdmethode in gebruik genomen door de NV.KEMA (Janssen, 1989). Voor de bliksemregistratie en het bliksemonderzoek in Nederland was dit een belangrijke stap voorwaarts. De tot nu toe genoemde netwerken hebben als bezwaar dat ze weinig gevoelig zijn voor horizontale ontladingen. Die kunnen echter toch gevaar opleveren en bovendien kunnen ze een waarschuwing bieden voor even later optredende inslagen. Daarom gebruikt het KNMI - in samenwerking met Luchtmacht en Marine - sinds 1995 een netwerk dat alle typen ontladingen registreert. Dit systeem berust op interferometrie en is bekend onder de handelsnaam SAFIR (Surveillance et Alerte Foudre par Interférométrie Radioélectrique). Het Nederlandse netwerk is vanaf 1997 gekoppeld aan een vergelijkbaar netwerk van het Koninklijk Meteorologisch Instituut van België (KMI/IRM). De gebruikswaarde voor onze zuidelijke provincies is daarmee aanmerkelijk verbeterd.
Systeembeschrijving
De locatie van de stations is aangegeven in Fig.1. Op elk station staat een mast van 17.5 m hoog, die is uitgerust met 3 sensoren: Een GPS antenne voor het vastleggen van de tijd en de onderlinge synchronisatie van de stations met een nauwkeurigheid van 0.001 msec.
Twee plaatsbepalingsantennes, elk bestaande uit twee verticale sprieten met een tussenruimte van een kwart golflengte. Het ontvangstgebied is rond 110 MHz. De richting van de ontlading wordt bepaald uit het faseverschil tussen de signalen op beide sprieten afkomstig van dezelfde bliksem. Dit werkt niet zo nauwkeurig voor richtingen loodrecht op het vlak door de sprieten. Daarom zorgt een tweede stel sprieten, loodrecht op de eerste, dat de nauwkeurigheid voor alle windstreken voldoende is.
Een lange-golf-antenne (<4 MHz) ten behoeve van signaal-analyse. Uit het verloop van de golfvorm kunnen bliksemparameters geschat worden en kan - met een speciaal algoritme - worden bepaald of de bliksem horizontaal dan wel verticaal was. Ook wordt vastgesteld of het een negatieve (negatieve lading van wolk naar aarde) dan wel een positieve bliksem was.
Figuur 2: Vergelijking van stroomsterkte en polariteit van een aantal ontladingen, gemeten door twee verschillende detectiesystemen. Ontladingen boven de 150 kA zijn weggelaten.
In een centrale processor te De Bilt worden alle meetgegevens verzameld. Indien twee stations gelijktijdig een signaal meten, hebben we grote zekerheid dat het om dezelfde bliksem gaat. Uit het snijpunt van twee richtingen kan dan de plaats van de bliksem bepaald worden, behalve als de bliksem nabij de verbindingslijn van de beide stations optrad. De plaatsbepaling gebeurt met een hoge tijdsresolutie, zodat achtereenvolgens verschillende punten van een lang bliksemkanaal worden vastgelegd. Met de plaatsbepaling is ook de afstand van de ontlading bekend en kan uit de gemeten signaalamplitude de stroomsterkte van de bliksem worden geschat. De uitvoer van de centrale processor wordt op vele manieren gebruikt. Bij het KNMI en bij de KLu bevinden zich beeldschermen voor de presentatie van de ontladingen op een kaartachtergrond. Ook kunnen contouren van de inslagdichtheid worden getoond, desgewenst voor het komende uur geëxtrapoleerd. Regionale informatie over bliksems wordt toegevoegd aan radar-neerslagbeelden, zodat alle aangesloten PC-gebruikers actuele beelden kunnen zien, die tonen waar de buien zitten en welke buien met onweer gepaard gaan. Tenslotte worden alle meetgegevens opgeslagen, zodat bijvoorbeeld verzekeraars achteraf gedetailleerde informatie kunnen krijgen over het optreden van onweer.
Figuur 3: Inslagdichtheid voor 1998, bepaald met SAFIR. Er is een correctie voor het verloop van de gevoeligheid met de afstand toegepast. Ontladingen in het uiterste zuidoosten blijven buiten het bereik van het systeem. Meer dan de helft van de inslagen boven ons land trad op tijdens het zware onweer van 6 juni 1998.
Nauwkeurigheid
Het KNMI heeft de resultaten van het systeem uitvoerig geëvalueerd (Wessels, 1998). Zo'n evaluatie is wel een momentopname. Bij bliksemdetectie gaat het om een betrekkelijk nieuwe ontwikkeling en er wordt door de diverse leveranciers nog steeds gewerkt aan de apparatuur en de rekenmethodes. In de toekomst zijn dus scherpere specificaties te verwachten.De resultaten van SAFIR zijn niet alleen vergeleken met resultaten van waarnemers, maar - over het jaar 1995 - ook met de uitvoer van het KEMA-systeem.
Figuur 4: Linker schaal: Gemiddeld aantal onweersdagen voor De Bilt, Vlissingen en de vliegvelden bij Den Helder, Groningen en Maastricht. Rechter schaal: sterren = gemiddelden voor de bliksemtellers bij die 5 stations, open cirkels = gemiddelde over Nederland voor het KEMA netwerk, gevulde cirkels = id. voor SAFIR.
Plaatsbepaling
De nauwkeurigheid van de plaatsbepaling hangt vooral af van de hoekmeting vanaf de stations. Een realistische schatting voor systematische en toevallige fouten is ± 0.5 grd. Dit leidt dan tot de in Fig.1 aangegeven plaatsonnauwkeurigheid. Nabij de grenzen zijn dus fouten tot 4 km te verwachten. Dat is echter niet alles: een bliksemkanaal is zelden precies verticaal, zodat de bron van de sterkste radiostraling zich niet precies boven het inslagpunt hoeft te bevinden. Bovendien is het denkbaar dat de voortplanting van de radiogolven niet precies langs rechte lijnen verloopt. De onnauwkeurigheid wordt dus iets groter dan uit Fig.1 blijkt. Voor het midden van het land werd gevonden dat 80 % van de ontladingen een fout van minder dan 2.6 km heeft. Bij het KEMA-systeem was dit 2.3 km. Vergelijken met het KEMA-systeem toonde bovendien een kleine systematische fout aan in de uitrichting van een der antennes. Inmiddels is die fout gecorrigeerd.
Detectie
Van belang is uiteraard dat het systeem geen ontladingen mist. Door defecten of wegvallende verbindingen in een deel van het systeem kan informatie verloren gaan. Gemiddeld blijkt dit een aantal uren per jaar het geval te zijn. Beide systemen hebben voldoende capaciteit om ook bij intensief onweer de signaalverwerking te kunnen bijhouden. De gebruiker kan diverse criteria instellen die invloed hebben op de acceptatie van peilingsresultaten of het onderscheid tussen verticale en horizontale ontladingen. Signalen beneden een instelbare drempel worden bijvoorbeeld verworpen. Wil men 100 % detecteren dan is de kans groot dat storingen voor valse alarms zorgen, die het systeem voor de meeste toepassingen onbruikbaar maken. Valse alarms komen bij SAFIR nauwelijks voor, in elk geval veel minder dan bij het KEMA systeem. Omdat SAFIR ook horizontale ontladingen meet is het aantal getelde bliksems in het midden van het land bijna 2 keer groter dan bij het KEMA-systeem. Daar wordt vermoedelijk 100 % detectie dicht benaderd. Door vergelijken van beide systemen blijkt evenwel dat de detectie van SAFIR bij toenemende afstand sterk afneemt. Bij de 4 km drempel van Fig.1 blijkt de detectie tot ca 50 % gedaald. De reden is dat voor de plaatsbepaling radiogolven in de VHF band gebruikt worden, die zich nauwelijks voorbij de horizon voortplanten. Bij 50 % detectie is het systeem overigens nog best bruikbaar voor het volgen van buien. Uit Fig.1 blijkt dat de kwaliteit van de waarnemingen in de noordoostelijke provincies minder goed is dan in de rest van Nederland. Daarom is besloten het netwerk uit te breiden met een antenne in de omgeving van Hoogeveen.
Bliksemparameters
Beide detectienetwerken meten de maximale bliksemstroom met behulp van het lange-golfsignaal. In 1975 kon een groot aantal inslagen worden geïdentificeerd, die met beide systemen werden gemeten. De schattingen van de amplitudes, zelfs van het teken, liepen vaak uiteen (Fig.2). De meerderheid van de bliksems werd wel steeds als negatief geklassificeerd en de amplitude-statistiek lijkt realistisch (Tabel 1). Beide systemen rapporteren vaak deelbliksems met tegengesteld teken binnen eenzelfde inslag. Dit zou kunnen wijzen op horizontale bliksems die ten onrechte als inslag worden gemeld. Ook kunnen veldstoringen door andere ongeveer gelijktijdige ontladingen de gezochte veldverandering maskeren.
Dit resultaat roept ook twijfels op over de bepaling van andere bliksemparameters (stijgsnelheid, energie, lading) die routinematig door SAFIR worden gearchiveerd met behulp van het tijdsverloop van de veldsterkte. Behalve de amplitude blijkt ook de terugkeertijd naar de ongestoorde veldsterkte moeilijk te meten. Helaas speelt die een beslissende rol bij het onderscheid tussen verticale en horizontale ontladingen. De betrouwbaarheid van dit laatste onderscheid is dus twijfelachtig.
Vergelijking met de in de Nederlandse Norm NEN-1014 gepubliceerde parameters (NNI, 1992) toont een redelijke overeenstemming voor de stijgsnelheid en de stroom, althans voor de negatieve inslagen. De waarden voor de energie en de lading lijken zowat 10 keer te klein. Dit wijst op een veel kortere terugkeertijd voor het radiosignaal in vergelijking met stroommetingen in getroffen objecten.
Resultaten
Geografische verschillen in inslagdichtheid
De inslagdichtheid wordt uitgedrukt in aantallen blikseminslagen per km² per jaar. Uit de statistiek van de onweersdagen is wel bekend dat het boven de Noordzee en de Waddeneilanden minder dan 20 dagen per jaar onweert en boven ons deel van het continent zo'n 25 dagen. In onze buurlanden vinden we het meeste onweer boven heuvelachtig terrein, maar een dergelijke invloed is in Nederland van weinig betekenis.
Een onweersmaximum (30 dagen) wordt gevonden in een brede strook tussen Antwerpen en Hilversum. Dit laatste wijst er op dat warm zomerweer vaak wordt verstoord door koude-invallen vanaf de oceaan. Pas op zo'n 80 km van de kust bereiken dergelijke buien hun grootste activiteit.
De resultaten voor SAFIR over 1998 worden getoond in Fig.3. De resolutie is 5 km, in overeenstemming met de plaatsnauwkeurigheid van het systeem. De verdeling over een enkel jaar wordt sterk bepaald door de baan van een beperkt aantal buien: de helft van het landelijke jaartotaal slaat in op 1 à 5 dagen. Zelfs in een gemiddelde over 10 jaar kan het effect van een uitzonderlijke bui nog zichtbaar blijven. Voor conclusies over voorkeursbanen van onweer (op een schaal van 20 km of zo) is waarschijnlijk registratie over zo'n 30 jaar nodig. Wel bevestigt Fig.3 het algemene beeld dat we al van de onweersdagtellingen kennen. Hoewel er grote interesse is in mogelijke verschillen op kleinere schaal, moeten conclusies daarover worden uitgesteld. Ook met meer materiaal kunnen met SAFIR geen conclusies getrokken worden op een kleinere schaal dan ca. 5 km.
Jaarlijkse inslagfrequentie
Zoals in de inleiding vermeld kenden we vóór 1976 slechts het aantal onweersdagen als maat om het blikseminslaggevaar te karakteriseren. De laatste jaren vermindert het aantal continue bemande stations en wordt het voor waarnemers steeds moeilijker onweer te horen (omgevingslawaai, afgesloten werkruimtes). Door vergelijking over 1997/1998 blijkt het aantal uren/dagen met SAFIR-rapporten binnen 14 km een goede maat om de reeks van gehoorde donder voort te zetten.
De onweersactiviteit blijkt van jaar tot jaar sterk te verschillen. Tussen 1961 en 1990 varieerde het gemiddelde aantal onweersdagen over Nederland tussen 16 en 32. Fig.4 toont zowel het verloop van het aantal onweersdagen als de resultaten met diverse netwerken. Voor deze laatsten is de schaal voor de inslagdichtheid zo goed mogelijk aan het aantal onweersdagen aangepast.
De eerste schatting van de inslagdichtheid voor Nederland werd verkregen met bliksemtellers over de jaren 1974-1976: 1.3-2.7 inslagen per km² per jaar. Met het KEMA-netwerk werd een langjarig gemiddelde waarde van 1.5 per km² per jaar geschat. De laatste 4 jaren met SAFIR bevestigen dit; de meetresultaten waren wel wat lager, maar ook het aantal onweersdagen was in die jaren laag
Andere meteorologische aspecten
Een bliksemdetectiesysteem biedt heel gedetailleerde informatie over het verloop van onweersactiviteit gedurende de levensloop van een bui. Bij zware trekkende buien is duidelijk te zien dat de meeste inslagen nabij de voorzijde optreden. Ook is er een voorkeur voor positieve ontladingen afhankelijk van de positie ten opzichte van de bui. Het is bovendien mogelijk allerlei seizoensinvloeden te kwantificeren, zoals de lagere bliksemfrequentie en het relatief grote aantal inslagen bij winterse onweersbuien. Van die inslagen blijkt een opvallend hoog percentage positief. Interessant is nog dat 5 % van de horizontale ontladingen langer blijkt dan 11 km.
Conclusies
Het nieuwe bliksemdetectiesysteem is een uitstekend hulpmiddel bij kort-termijnverwachtingen van onweer. Het systeem leent zich goed voor het verzamelen van statistische gegevens over onweer, zoals geografische verdeling, inslagdichtheid, teken en stroomsterkte. De resultaten voor individuele bliksems wat betreft plaatsbepaling en het onderscheid tussen inslag en wolkontlading moeten met enige reserve worden gebruikt.
Bron: KNMI
Sinds 1976 worden instrumenten gebruikt om aantal en plaats van bliksemontladingen boven Nederland vast te leggen. In 1995 is het KNMI-KLu (KLu=Koninklijke Luchtmacht) systeem in gebruik genomen, berustend op interferometrie (SAFIR). Ingegaan zal worden op de eigenschappen van dit systeem wat betreft volledigheid van de detectie, nauwkeurigheid van de plaatsbepaling en de kwaliteit van de metingen van bliksemparameters.Ook zullen resultaten getoond worden betreffende de geografische verdeling van inslagen en de jaar-op-jaar variabiliteit van de inslagfrequentie.
Inleiding
Al eeuwen lang is het gebruikelijk dat weerwaarnemers het horen van donder noteren. Zo is over de hele wereld het jaarlijks aantal onweersdagen bekend. Van meer belang is eigenlijk het aantal ingeslagen bliksems. Zelfs in een dichtbevolkt land als Nederland wordt echter maar een kleine fractie van alle bliksems vermeld in rapporten van verzekeringsmaatschappijen e.d.. Mede daarom gebruikte het KNMI tussen 1976 en 1987 een netwerk van bliksemtellers. Dat zijn radio-ontvangers die storingen boven een bepaalde drempel registreren. Met enige moeite kon daarmee de regionale inslagdichtheid geschat worden (Wessels, 1977).
Figuur 1: Het SAFIR-netwerk in 1997 en 1998. De km-verdeling langs de assen geeft de zogenaamde Amersfoort-coördinaten. De stationsnamen zijn in de figuur afgekort: De Kooy, Valkenburg, Deelen, Oelegem, Mourcourt en La Gileppe. De grijsschaal toont de berekende nauwkeurigheid van de plaatsbepaling
Rond 1980 werden twee soorten systemen ontwikkeld, waarmee de plaats van inslagen bepaald kon worden. De eerste soort gebruikt antennes waarmee de richting van bliksemstoringen wordt gemeten. Met twee van zulke antennes kan door middel van kruispeiling de plaats van de bliksem gevonden worden. Bij de tweede soort wordt de positie van bliksems bepaald uit de verschillen in looptijd van de radiostoring naar een drietal antennes. Inmiddels zijn er systemen in de handel die beide methodes combineren. Bij dergelijke netwerken staan de antennes op ruim 100 km van elkaar, zodat een vrij groot gebied bewaakt kan worden.
In 1987 werd een netwerk volgens de looptijdmethode in gebruik genomen door de NV.KEMA (Janssen, 1989). Voor de bliksemregistratie en het bliksemonderzoek in Nederland was dit een belangrijke stap voorwaarts. De tot nu toe genoemde netwerken hebben als bezwaar dat ze weinig gevoelig zijn voor horizontale ontladingen. Die kunnen echter toch gevaar opleveren en bovendien kunnen ze een waarschuwing bieden voor even later optredende inslagen. Daarom gebruikt het KNMI - in samenwerking met Luchtmacht en Marine - sinds 1995 een netwerk dat alle typen ontladingen registreert. Dit systeem berust op interferometrie en is bekend onder de handelsnaam SAFIR (Surveillance et Alerte Foudre par Interférométrie Radioélectrique). Het Nederlandse netwerk is vanaf 1997 gekoppeld aan een vergelijkbaar netwerk van het Koninklijk Meteorologisch Instituut van België (KMI/IRM). De gebruikswaarde voor onze zuidelijke provincies is daarmee aanmerkelijk verbeterd.
Systeembeschrijving
De locatie van de stations is aangegeven in Fig.1. Op elk station staat een mast van 17.5 m hoog, die is uitgerust met 3 sensoren: Een GPS antenne voor het vastleggen van de tijd en de onderlinge synchronisatie van de stations met een nauwkeurigheid van 0.001 msec.
Twee plaatsbepalingsantennes, elk bestaande uit twee verticale sprieten met een tussenruimte van een kwart golflengte. Het ontvangstgebied is rond 110 MHz. De richting van de ontlading wordt bepaald uit het faseverschil tussen de signalen op beide sprieten afkomstig van dezelfde bliksem. Dit werkt niet zo nauwkeurig voor richtingen loodrecht op het vlak door de sprieten. Daarom zorgt een tweede stel sprieten, loodrecht op de eerste, dat de nauwkeurigheid voor alle windstreken voldoende is.
Een lange-golf-antenne (<4 MHz) ten behoeve van signaal-analyse. Uit het verloop van de golfvorm kunnen bliksemparameters geschat worden en kan - met een speciaal algoritme - worden bepaald of de bliksem horizontaal dan wel verticaal was. Ook wordt vastgesteld of het een negatieve (negatieve lading van wolk naar aarde) dan wel een positieve bliksem was.
Figuur 2: Vergelijking van stroomsterkte en polariteit van een aantal ontladingen, gemeten door twee verschillende detectiesystemen. Ontladingen boven de 150 kA zijn weggelaten.
In een centrale processor te De Bilt worden alle meetgegevens verzameld. Indien twee stations gelijktijdig een signaal meten, hebben we grote zekerheid dat het om dezelfde bliksem gaat. Uit het snijpunt van twee richtingen kan dan de plaats van de bliksem bepaald worden, behalve als de bliksem nabij de verbindingslijn van de beide stations optrad. De plaatsbepaling gebeurt met een hoge tijdsresolutie, zodat achtereenvolgens verschillende punten van een lang bliksemkanaal worden vastgelegd. Met de plaatsbepaling is ook de afstand van de ontlading bekend en kan uit de gemeten signaalamplitude de stroomsterkte van de bliksem worden geschat. De uitvoer van de centrale processor wordt op vele manieren gebruikt. Bij het KNMI en bij de KLu bevinden zich beeldschermen voor de presentatie van de ontladingen op een kaartachtergrond. Ook kunnen contouren van de inslagdichtheid worden getoond, desgewenst voor het komende uur geëxtrapoleerd. Regionale informatie over bliksems wordt toegevoegd aan radar-neerslagbeelden, zodat alle aangesloten PC-gebruikers actuele beelden kunnen zien, die tonen waar de buien zitten en welke buien met onweer gepaard gaan. Tenslotte worden alle meetgegevens opgeslagen, zodat bijvoorbeeld verzekeraars achteraf gedetailleerde informatie kunnen krijgen over het optreden van onweer.
Figuur 3: Inslagdichtheid voor 1998, bepaald met SAFIR. Er is een correctie voor het verloop van de gevoeligheid met de afstand toegepast. Ontladingen in het uiterste zuidoosten blijven buiten het bereik van het systeem. Meer dan de helft van de inslagen boven ons land trad op tijdens het zware onweer van 6 juni 1998.
Nauwkeurigheid
Het KNMI heeft de resultaten van het systeem uitvoerig geëvalueerd (Wessels, 1998). Zo'n evaluatie is wel een momentopname. Bij bliksemdetectie gaat het om een betrekkelijk nieuwe ontwikkeling en er wordt door de diverse leveranciers nog steeds gewerkt aan de apparatuur en de rekenmethodes. In de toekomst zijn dus scherpere specificaties te verwachten.De resultaten van SAFIR zijn niet alleen vergeleken met resultaten van waarnemers, maar - over het jaar 1995 - ook met de uitvoer van het KEMA-systeem.
Figuur 4: Linker schaal: Gemiddeld aantal onweersdagen voor De Bilt, Vlissingen en de vliegvelden bij Den Helder, Groningen en Maastricht. Rechter schaal: sterren = gemiddelden voor de bliksemtellers bij die 5 stations, open cirkels = gemiddelde over Nederland voor het KEMA netwerk, gevulde cirkels = id. voor SAFIR.
Plaatsbepaling
De nauwkeurigheid van de plaatsbepaling hangt vooral af van de hoekmeting vanaf de stations. Een realistische schatting voor systematische en toevallige fouten is ± 0.5 grd. Dit leidt dan tot de in Fig.1 aangegeven plaatsonnauwkeurigheid. Nabij de grenzen zijn dus fouten tot 4 km te verwachten. Dat is echter niet alles: een bliksemkanaal is zelden precies verticaal, zodat de bron van de sterkste radiostraling zich niet precies boven het inslagpunt hoeft te bevinden. Bovendien is het denkbaar dat de voortplanting van de radiogolven niet precies langs rechte lijnen verloopt. De onnauwkeurigheid wordt dus iets groter dan uit Fig.1 blijkt. Voor het midden van het land werd gevonden dat 80 % van de ontladingen een fout van minder dan 2.6 km heeft. Bij het KEMA-systeem was dit 2.3 km. Vergelijken met het KEMA-systeem toonde bovendien een kleine systematische fout aan in de uitrichting van een der antennes. Inmiddels is die fout gecorrigeerd.
Detectie
Van belang is uiteraard dat het systeem geen ontladingen mist. Door defecten of wegvallende verbindingen in een deel van het systeem kan informatie verloren gaan. Gemiddeld blijkt dit een aantal uren per jaar het geval te zijn. Beide systemen hebben voldoende capaciteit om ook bij intensief onweer de signaalverwerking te kunnen bijhouden. De gebruiker kan diverse criteria instellen die invloed hebben op de acceptatie van peilingsresultaten of het onderscheid tussen verticale en horizontale ontladingen. Signalen beneden een instelbare drempel worden bijvoorbeeld verworpen. Wil men 100 % detecteren dan is de kans groot dat storingen voor valse alarms zorgen, die het systeem voor de meeste toepassingen onbruikbaar maken. Valse alarms komen bij SAFIR nauwelijks voor, in elk geval veel minder dan bij het KEMA systeem. Omdat SAFIR ook horizontale ontladingen meet is het aantal getelde bliksems in het midden van het land bijna 2 keer groter dan bij het KEMA-systeem. Daar wordt vermoedelijk 100 % detectie dicht benaderd. Door vergelijken van beide systemen blijkt evenwel dat de detectie van SAFIR bij toenemende afstand sterk afneemt. Bij de 4 km drempel van Fig.1 blijkt de detectie tot ca 50 % gedaald. De reden is dat voor de plaatsbepaling radiogolven in de VHF band gebruikt worden, die zich nauwelijks voorbij de horizon voortplanten. Bij 50 % detectie is het systeem overigens nog best bruikbaar voor het volgen van buien. Uit Fig.1 blijkt dat de kwaliteit van de waarnemingen in de noordoostelijke provincies minder goed is dan in de rest van Nederland. Daarom is besloten het netwerk uit te breiden met een antenne in de omgeving van Hoogeveen.
Bliksemparameters
Beide detectienetwerken meten de maximale bliksemstroom met behulp van het lange-golfsignaal. In 1975 kon een groot aantal inslagen worden geïdentificeerd, die met beide systemen werden gemeten. De schattingen van de amplitudes, zelfs van het teken, liepen vaak uiteen (Fig.2). De meerderheid van de bliksems werd wel steeds als negatief geklassificeerd en de amplitude-statistiek lijkt realistisch (Tabel 1). Beide systemen rapporteren vaak deelbliksems met tegengesteld teken binnen eenzelfde inslag. Dit zou kunnen wijzen op horizontale bliksems die ten onrechte als inslag worden gemeld. Ook kunnen veldstoringen door andere ongeveer gelijktijdige ontladingen de gezochte veldverandering maskeren.
Dit resultaat roept ook twijfels op over de bepaling van andere bliksemparameters (stijgsnelheid, energie, lading) die routinematig door SAFIR worden gearchiveerd met behulp van het tijdsverloop van de veldsterkte. Behalve de amplitude blijkt ook de terugkeertijd naar de ongestoorde veldsterkte moeilijk te meten. Helaas speelt die een beslissende rol bij het onderscheid tussen verticale en horizontale ontladingen. De betrouwbaarheid van dit laatste onderscheid is dus twijfelachtig.
Vergelijking met de in de Nederlandse Norm NEN-1014 gepubliceerde parameters (NNI, 1992) toont een redelijke overeenstemming voor de stijgsnelheid en de stroom, althans voor de negatieve inslagen. De waarden voor de energie en de lading lijken zowat 10 keer te klein. Dit wijst op een veel kortere terugkeertijd voor het radiosignaal in vergelijking met stroommetingen in getroffen objecten.
Resultaten
Geografische verschillen in inslagdichtheid
De inslagdichtheid wordt uitgedrukt in aantallen blikseminslagen per km² per jaar. Uit de statistiek van de onweersdagen is wel bekend dat het boven de Noordzee en de Waddeneilanden minder dan 20 dagen per jaar onweert en boven ons deel van het continent zo'n 25 dagen. In onze buurlanden vinden we het meeste onweer boven heuvelachtig terrein, maar een dergelijke invloed is in Nederland van weinig betekenis.
Een onweersmaximum (30 dagen) wordt gevonden in een brede strook tussen Antwerpen en Hilversum. Dit laatste wijst er op dat warm zomerweer vaak wordt verstoord door koude-invallen vanaf de oceaan. Pas op zo'n 80 km van de kust bereiken dergelijke buien hun grootste activiteit.
De resultaten voor SAFIR over 1998 worden getoond in Fig.3. De resolutie is 5 km, in overeenstemming met de plaatsnauwkeurigheid van het systeem. De verdeling over een enkel jaar wordt sterk bepaald door de baan van een beperkt aantal buien: de helft van het landelijke jaartotaal slaat in op 1 à 5 dagen. Zelfs in een gemiddelde over 10 jaar kan het effect van een uitzonderlijke bui nog zichtbaar blijven. Voor conclusies over voorkeursbanen van onweer (op een schaal van 20 km of zo) is waarschijnlijk registratie over zo'n 30 jaar nodig. Wel bevestigt Fig.3 het algemene beeld dat we al van de onweersdagtellingen kennen. Hoewel er grote interesse is in mogelijke verschillen op kleinere schaal, moeten conclusies daarover worden uitgesteld. Ook met meer materiaal kunnen met SAFIR geen conclusies getrokken worden op een kleinere schaal dan ca. 5 km.
Jaarlijkse inslagfrequentie
Zoals in de inleiding vermeld kenden we vóór 1976 slechts het aantal onweersdagen als maat om het blikseminslaggevaar te karakteriseren. De laatste jaren vermindert het aantal continue bemande stations en wordt het voor waarnemers steeds moeilijker onweer te horen (omgevingslawaai, afgesloten werkruimtes). Door vergelijking over 1997/1998 blijkt het aantal uren/dagen met SAFIR-rapporten binnen 14 km een goede maat om de reeks van gehoorde donder voort te zetten.
De onweersactiviteit blijkt van jaar tot jaar sterk te verschillen. Tussen 1961 en 1990 varieerde het gemiddelde aantal onweersdagen over Nederland tussen 16 en 32. Fig.4 toont zowel het verloop van het aantal onweersdagen als de resultaten met diverse netwerken. Voor deze laatsten is de schaal voor de inslagdichtheid zo goed mogelijk aan het aantal onweersdagen aangepast.
De eerste schatting van de inslagdichtheid voor Nederland werd verkregen met bliksemtellers over de jaren 1974-1976: 1.3-2.7 inslagen per km² per jaar. Met het KEMA-netwerk werd een langjarig gemiddelde waarde van 1.5 per km² per jaar geschat. De laatste 4 jaren met SAFIR bevestigen dit; de meetresultaten waren wel wat lager, maar ook het aantal onweersdagen was in die jaren laag
Andere meteorologische aspecten
Een bliksemdetectiesysteem biedt heel gedetailleerde informatie over het verloop van onweersactiviteit gedurende de levensloop van een bui. Bij zware trekkende buien is duidelijk te zien dat de meeste inslagen nabij de voorzijde optreden. Ook is er een voorkeur voor positieve ontladingen afhankelijk van de positie ten opzichte van de bui. Het is bovendien mogelijk allerlei seizoensinvloeden te kwantificeren, zoals de lagere bliksemfrequentie en het relatief grote aantal inslagen bij winterse onweersbuien. Van die inslagen blijkt een opvallend hoog percentage positief. Interessant is nog dat 5 % van de horizontale ontladingen langer blijkt dan 11 km.
Conclusies
Het nieuwe bliksemdetectiesysteem is een uitstekend hulpmiddel bij kort-termijnverwachtingen van onweer. Het systeem leent zich goed voor het verzamelen van statistische gegevens over onweer, zoals geografische verdeling, inslagdichtheid, teken en stroomsterkte. De resultaten voor individuele bliksems wat betreft plaatsbepaling en het onderscheid tussen inslag en wolkontlading moeten met enige reserve worden gebruikt.
Bron: KNMI
Bekijk het van de zonnige kant, de meeste regen valt naast je.
