Nr. 1-30. årgang Februar 2008 (114)
Medlemsblad for Dansk Meteorologisk Selskab c/o Michael Jørgensen Drosselvej 13, 4171 Glumsø Tlf. 39 15 72 71, mij@dmi.dk Giro 7 352263, SWIFT-BIC: DABADKKK IBAN: DK45 3000 0007 3522 63, CVR: 31129648 Hjemmeside: www.dams.dk Formand: Eigil Kaas Tlf. 46 73 10 43, kaas@gfy.ku.dk Næstformand: Morten Nielsen morten.nielsen@risoe.dk Sekretær/ekspedition: Michael Jørgensen Drosselvej 13, 4171 Glumsø Tlf. 39 15 72 71, mij@dmi.dk Kasserer: Brian Riget Broe Skårupvej 128, 2650 Hvidovre Tlf. 29 72 54 36 brianbro@tiscali.dk Redaktion: John Cappelen, (Ansvarh.) Lyngbyvej 100, 2100 København Ø Tlf. 39 15 75 85, jc@dmi.dk Leif Rasmussen - Bjarne Siewertsen - Anders Gammelgaard - Jesper Eriksen Korrespondance til bladet stiles til redaktionen evt. på email: vejret.redaktionen@gmail.com. Foreningskontingent: A-medlemmer: 220 kr. B-medlemmer: 160 kr., C-medlemmer (studerende): 120 kr., D-medlemmer (institutioner): 225 kr. Optagelse i foreningen sker ved henvendelse til Selskabet, att. kassereren. Korrespondance til Selskabet stiles til sekretæren, mens korrespondance til bladet stiles til redaktionen. Adresseændring meddeles til enten sekretær eller kasserer. Redaktionsstop for næste nr. : 15. april 2008 Dansk Meteorologisk Selskab. Det er tilladt at kopiere og uddrage fra VEJRET med korrekt kildeangivelse. Artikler og indlæg i VEJRET er udtryk for forfatternes mening og kan ikke betragtes som Selskabets mening, med mindre det udtrykkeligt fremgår. Tryk: Glumsø Bogtrykkeri A/S, 57 64 60 85 ISSN 0106-5025 Fra redaktøren Dette nummer af Vejret er så at sige delt i to. Den første halvdel handler om storme og stormteorier op gennem 1800-tallet og det inkluderer bl.a. også historier om regnmagere. Den anden halvdel af bladet handler om naturens eget regnmageri og hvor voldsomt det kan gå for sig i Danmark. Det er et tema om skybruddet, der ramte ved Gråsten i Sønderjylland den 20. august 2007. Der er en øjenvidneskildring og uvejret er derudover behandlet i to artikler ved at benytte meteorologiens moderne værktøjer. Sådanne værktøjer havde man ikke for 130 år siden, den 11. august 1877, da Lønstrup blev ramt af et lignende skybrud. Flere steder bliver den gamle vejrbegivenhed også berørt. Vi har denne gang ikke fået plads til "Efteråret vejr", der så må bringes i næste nummer sammen med "Vinterens vejr". Tabellen med efterårets klimatal kan dog ses på www.dams.dk. God fornøjelse John Cappelen Indhold Den store stormstrid... 1 Et regnskyl af dimensioner: Skybruddet ved Gråsten 20. august 2007... 24 Øjenvidneberetning: Uvejret 20. august 2007... 33 Øjenvidneberetning: Uvejret i Lønstrup 11. august 1877... 36 DaMS søger ny kasserer... 37 Ekstrem regn i Sønderjylland 20-21. august 2007, belyst med radardata... 38 Budget 2008... 48 Regnskab 2007... 49 Forsidebilledet Nares Strædet mellem Nordgrønland og Ellesmere Island forbinder Polarhavet med Baffinbugten. Strædets berygtede nordenvind sender polarisen i en stadig strøm sydover, mens den trækker tænder ud på den sammenfrosne is mod nord. Hockeystaven er blevet et kendt begreb i den standende klimadebat. Her kunne man tale om en ishockeystav. Også den har relation til klimaet. Normalt fryser Strædet til i vinterens løb. Det skete ikke 2007. Vil det ske i år? Billedet er infrarødt, hentet ned af DMI i Kangerlussuaq. NOAA16 den 17. januar 2008, passagestart: 16:42 UTC.
Amerikansk meteorologi i det 19. århundrede: Den store stormstrid Af Erik Rasmussen Storme og stormteorier i 1800- tallet
William C. Redfield
James Pollard Espy Konvektion, skydannelse og stormenes drivende kraft
Centripetale eller radiale vindfelter?
Reaktionen i udlandet Espy som regnmager
Albert Stiger og andre regnmagere
,
Den amerikanske pluvikultur,
Robert Hare
Elias Loomis t
Jordens rotation, en glemt faktor. William Ferrel
De første observationsnet
Det Smithsonianske Institut Noter
,
Et regnskyl af dimensioner: Skybruddet ved Gråsten i Sønderjylland den 20. august 2007 Af Niels Woetmann Nielsen, DMI Indledning
N Nedsynkning Opstigning Trugakse Jet streak udgangsområde. Jet streak indgangsområde Ø Højdekonturer på 300 HPa pile angiver strømretning Vindmaksimum 400 km Vejrsituationen - Trug og jet streak 24-26 26-28 28-30 30-32 32-34 34-36 6-10 10-12 12-14 14-16 16-18 18-20 500hPa wind 300hPa wind S05 2007082012+009 850hPa wind 500hPa wind S05 2007082012+009 56N N 54N N 8E 10E 12E 8E 10E 12E
Varmeadvektion Radiosondemåling fra Slesvig Luftens stabilitet
CAPE Spontan udvikling af tordenbyger Organiseret opstigning af luft er sandsynligvis nødvendig for udvikling af skybruddet
Et multicelle-system
Hvad viser radarmålingerne? 55.0 54.8 G H IV II I A: Holnæs B: Gråsten C: Egernsund D: Broager E: Fiskbæk F: Varnæs G: Aabenraa H: Flensborg III E B C D A 9.00 9.50 10.00 F I: 20.20 UTC II: 20.50 UTC III: 21.20 UTC IV: 22.00 UTC Akkumuleret nedbør
0-0.01 0.01-0.20.2-0.5 0.5-1 1-1.5 1.5-2 2-2.5 2.5-3 3-4 4-6 6-12 12-20 20-36 1-hr total precip. S05 2007082012+010 N Hvor godt blev skybruddet forudsagt af DMI-HIRLAM?
Bygeaktivitet i S05 sætter sine spor θ θ θ Er vi bedre til at forudsige skybrud i dag end i 1877? f2 034/109 hpa Vn [m/s] f1 012/109 250 300 306-310 310-314 314-318 318-322 322-326 326-330 330-334 334-338 338-342 200 S05**082012+009 336 340 332 328 324 28 f2 034/109 hpa Vn [m/s] f1 012/109 250 300 306-310 310-314 314-318 318-322 322-326 326-330 330-334 334-338 338-342 200 T15**082012+009 337 341 333 329 325 27 400 500 18 320 400 500 17 321 321 700 850 1000 55.00N 5.00E 55.06N 7.00E 312 8 316 8 55.09N 9.00E 312 312 320 55.09N 11.00E 316 324 55.06N 13.00E 55.00N 15.00E 700 850 1000 55.00N 5.00E 7 55.07N 6.84E 55.10N 8.68E 313 321 317 55.11N 10.53E 317 55.09N 12.37E θ 55.03N 14.21E
Måling af modelforbedringer i forudsigelse af byge-nedbør Sammenfatning
En øjenvidneberetning: Uvejret den 20. august 2007 Af Anders Brandt, TV2/ Vejret Et langstrakt ekko
En ny celle
Sidste akt Alting ser anderledes ud, far
Uvejret i Lønstrup 11. august 1877
DaMS søger ny kasserer
Ekstrem regn i Sønderjylland 20-21. august 2007 belyst med radardata Af Flemming Vejen, DMI Indledning Fra tid til anden forekommer der ødelæggende oversvømmelser, selv i Danmark. En sådan indtraf i Sønderjylland den 20-21. august. Af og til er regnhændelserne som denne så lokale, at der kun er få eller ingen nedbørmålinger, og det er vanskeligt eller umuligt med traditionelle metoder at vurdere regnens mængde og intensitet. I denne artikel fokuseres der på en alternativ kilde til regninformation, nemlig vejrradardata. Regnen den pågældende aften og nat var ekstrem, og der indløb meldinger om voldsom styrtregn i Sønderborg, Aabenraa og især Gråsten-området. Veje var oversvømmede, og al togtrafik mellem Tinglev og Sønderborg blev aflyst, da en jernbanedæmning blev skyllet bort. Biler sad fast i vandmasser i tunneler, kloakdæksler blev mange steder skudt op, lynnedslag gav strømafbrydelser og nedbrændte en længe på en gård, der var vandskader i mange huse, og flere vejstrækninger var oversvømmede med en halv til en meter vand. Vandet skyllede som floder gennem veje og gader, og et bredt stykke af vejen mellem Adsbøl og Gråsten Figur 1. Øverst tv.: situationsbillede midt i den kraftige regn ved Fiskbæk og oversvømmelse af gårdsplads. Øverst th.: regnen er ophørt, og vandet strømmer hastigt af sted bemærk den stående bølge. Nederst tv.: den sammenstyrtede jernbane nær Adsbøl. Nederst th.: den bortskyllede landevej lige vest for Adsbøl. Foto: Jørgen Christian Clausen, Fiskbæk. Vejret, 114, februar 2008
skyllede endog bort. Heldigvis blev det opdaget i tide, men et andet sted skete der en ulykke pga. et halvandet meter dybt hul i en cykelsti. (eks. i figur 1). Den kraftigste regn var forholdsvis lokal, og generelt var nedbørobservationerne for spredte til at beskrive nedbørfordelingen i hele regionen; kun en enkelt officiel nedbørmåler opfangede lidt ud over det sædvanlige, nemlig 26430 Broager Busholm med 54.5 mm. Denne måler var dog ikke placeret i katastrofens midte. Omfanget af skader gør det oplagt at belyse omfang og styrke af denne regn ved at se nærmere på data fra vejrradar, som netop er god til at registrere nedbørens fordeling: hvor regnbyger f.eks. let kan smutte gennem et konventionelt målernetværk uden at blive set, skal de være meget små, førend radaren overser dem. Der viste sig desuden en unik lejlighed for nærmere analyse af stormens øje, idet private entusiaster drev nedbørmålinger ved det øjensynlig værst ramte område Fiskbæk. Baggrundsstof om vejrradar Først et kig på, hvordan en radar kan fortælle om nedbørforholdene. En vejrradar virker i princippet ved at udsende elektromagnetiske pulser i atmosfæren og derefter måle, hvor stor en del af den udsendte stråling, der bliver reflekteret tilbage til radaren fra nedbørpartikler eller andre objekter. Der kan være tale om radarekkoer fra meteorologiske mål, men også fra andre elementer, der er uvedkommende for måling af nedbør, f.eks. skibe, huse, bakker, fly, støv og insekter. Den returnerede energi P r, som radaren måler, er via den såkaldte radarligning (Battan, 1973) relateret til den energi P t, radaren transmitterer, til de reflekterende elementer (nedbør, insekter, osv.), strålen møder på sin vej, til atmosfærefysiske forhold såsom spredningsegenskaber for nedbørpartikler og svækkelsen i atmosfæren af den transmitterede energi, til afstanden r mellem radar og mål, og sidst men ikke mindst til parametre for radarsystemet: Styrken af det modtagne signal P r betragtes som en middelværdi af målinger på adskillige radarpulser for at reducere følsomheden overfor støj og hurtige fluktuationer. Antennens gain G siger noget om, hvor god radaren er til at koncentrere energien langs radarstrålens hovedakse, hvilket er en vigtig egenskab, mens θ, φ og h beskriver radarvoluminets dimensioner, og λ er radarstrålens bølgelængde. D er diameteren for én hydrometeor, og D i 6 er summen af refleksionerne fra hver nedbørpartikel i et volumen luft svarende til det totale reflekterende areal i volumenet. K er en dielektricitetskonstant, som afhænger af brydningsindeks for den reflekterende hydrometeor. K afhænger af partiklernes tilstand, fordi is og vand ikke reflekterer samme brøkdel af det modtagne signal. Således er K ²=0,93 for vand og 0,197 for is ved bølgelængder på 3-10 cm. Det er derfor vigtigt at vide, om nedbørpartiklerne er frosne eller smeltede, da vand reflekterer ca. 4,7 gange kraftigere end is ved given λ. Udtrykket exp(-2 k L dr) indregner svækkelsen af radarstrålen som funktion af afstanden r, hvor k L er en svækkelseskoefficient. Svækkelsen skyldes atmosfæriske gasser, skyer og nedbør, men i praksis benyttes en mere kompleks korrektionsmetode, der fører et kompliceret regnskab over de enkelte strålingsbidrag for hver eneste bid af radarstrålen for afstande r fra radaren (figur 2). Hagl svækker mest, derefter kommer kraftig regn, så sne fulgt af skydråber, og til sidst atmosfæriske gasser, der kan ignoreres i C-båndet. I radarligningen er alle værdier Figur 2. Principskitse for ændring af radarstrålens energi på dens vej gennem atmosfæren pga. gasser, skyer og regn. Ved passage af et volumen luft ændres radarstrålen både på vej ud og tilbage til radaren som følge af spredning, absorption og refleksion, og energiniveauet P r1 og P r2 ved afstand r 1 og r 2 fra radaren er forskelligt. Vejret, 114
i princippet kendte eller målte undtagen summationen over dråbediameter D. Denne summation pr. enhedsvolumen kaldes radarens reflektivitetsfaktor Z, der er et mål for den reflekterede energi. Radarligningen kan gøres pænere ved at samle alle radarkarakteristika i en konstant C og bibeholde de variable parametre svækkelsen η samt Z, K og r: 2 C K ηz Pr = 2 r Dermed kan Z udtrykkes ved: Z = 1 2 1 2 ( C K η r ) P r Z kan udledes ved at korrigere det målte signal P r med afstanden fra radaren, radarkarakteristika, signaldæmpningen mellem mål og radar og partiklernes tilstandsform. Af praktiske grunde angives Z på logaritmisk skala. Forskellen i energi mellem to niveauer P 1 og P 0 angives ved decibel (db) som p(db)=10log 10 (P 1 /P 0 ). For Z defineres energiforskellen i forhold til en referenceværdi, der er den Z værdi, der ville blive målt, hvis der i et volumen på 1 m 3 kun er én dråbe med en diameter på 1 mm. Således er Z(dB), også kaldet dbz, defineret som Z(dB) = 10log 10 (Z/1). dbz kan spænde over værdier fra -30 til 70 db for DMI s radarer, svarende til Z værdier på 0,001 til 14,45 10 7 [mm 6 mm -3 ]. DMI s vejrradarer er i øvrigt C-bånds radarer, der opererer ved en bølgelængde på 5 cm og måler ekkoer ud til 240 km s afstand. Figur 3 viser dækningsområdet for DMI s 4 vejrradarer. Om hvordan Z og nedbørintensitet hænger sammen I det følgende vises kort sammenhængen mellem radarmåling og nedbørintensitet. Z afhænger af dråbestørrelsesfordelingen og dermed også af nedbørintensiteten og er givet ved antal dråber N og deres diameter D (Battan, 1973): Figur 3. DMI s net af vejrradarer. At dråbediameteren indgår i 6 te potens og at Z er sammensat af to ubekendte får dramatisk effekt: i byger som typisk indeholder få men store dråber, er refleksionen væsentlig kraftigere end i finregn med mange små dråber, også selv når den samlede vandmængde i de to tilfælde er ens. Det er derfor ikke muligt at bestemme nedbørmængde eller nedbørintensitet alene ud fra værdier af Z. I radarteknikkens barndom blev der lavet talrige undersøgelser af dråbestørrelsesfordeling som funktion af nedbørintensitet, og disse analyser blev foretaget for mange slags nedbørtyper såsom udbredt regn, sne fra stratiforme skyer, byger, osv. For et bredt spektrum af meteorologiske forhold ved regn og sne kan dråbestørrelsesfordelingen med god tilnærmelse skrives som: N D = N 0 e γd D er dråbediameteren, N D er antal dråber ved given diameter, og N 0 er en konstant, som afhænger af dråbefordelingen for en given nedbørtype. Parameteren γ kan udtrykkes ved nedbørintensiteten R, og der kan angives relationerne regn γ=4,1r -0,21 for regn Vejret, 114, februar 2008
(Gunn og Marshall, 1958) og γ=2.29r -0,45 for sne (Sekhon og Srivastava, 1970). Ved integration af N D dd for størrelsesintervallet D til D+dD fås antal dråber pr. enhedsvolumen luft. Forskellige værdier af N 0 er fundet ved undersøgelse af dråbestørrelsesfordelinger for en lang række nedbørtyper. F.eks. fandt Marshall og Palmer (1948) en værdi på N 0 =8000 for udbredt frontregn, og dråbestørrelsesfordelingen for denne type regn kan beregnes for vilkårlige intensiteter. Figur 4 viser relationer mellem N D og D for tre regnintensiteter sammen med observerede værdier. Da også Z afhænger af dråbestørrelsesfordelingen, kunne der ud fra disse værdier etableres flg. kendte relation mellem Z og regnintensiteten R: Z=220R 1,60. Stor variation i nedbørforhold giver et meget bredt spektrum af dråbestørrelsesfordelinger og Z-R relationer, og talrige undersøgelser har vist en generel sammenhæng Z=AR b, hvor A og b er empiriske konstanter. I tabel 1 og figur 5 er vist nogle A og b værdier for nedbørtyper, der er typiske på vores breddegrader. Det fremgår, at valget af Z-R re- lation til nedbørjustering ikke er uden betydning, men afhænger af nedbørens karakteristika og vejrsituationen. Specielle nedbørtyper som hagl og slud giver særlige problemer. F.eks. opfører smeltende sne og våde hagl sig som vandpartikler med høje K 2 værdier, og resultatet er høje reflektivitetsfaktorer: for smeltende sne op til faktor 5 mere, end vandmængden berettiger til. Det er derfor vanskeligt at etablere Z-R relationer for disse nedbørtyper. Figur 4. Beregnede relationer og observerede værdier af ND og D for tre regnintensiteter R (fra Marshall og Palmer, 1948). Figur 5. Tre typiske Z-R relationer, der ofte anvendes her i landet til nedbørjustering af radardata. Nedbørtype Konstant A Konstant b Reference Finregn 100 1.50 Andersson et al. (1985) Finregn 140 1.50 Joss et al (1970) Frontal regn 240 1.70 Andersson et al. (1985) Frontal regn 200 1.60 Marshall et al. (1955) Forskellige typer regn 220 1.60 Marshall og Palmer (1948) Byger 500 1.50 Joss et al (1970) Kraftige byger 330 1.80 Andersson et al. (1985) Tør sne (små sneflager) 540 2.00 Andersson et al. (1985) Tør sne (store sneflager) 2000 2.00 Andersson et al. (1985) Tabel 1. Værdier af konstanterne A og b for typiske nedbørtyper på høje breddegrader. Vejret, 114
Beregning af nedbørmængde Når alle radardata er i hus, dannes der 6 gange i timen radarbilleder, hvor hvert billedelement har en rumlig opløsning på 2 2 km 2 (en pixel). Vha. disse billeder kan der beregnes nedbørparametre. Hvert billede giver i princippet et snapshot af nedbørfordelingen, men der er ret stor usikkerhed forbundet med at sammenligne øjebliksværdier af Z og R. Det skyldes, at Z udtrykker den samlede refleksion fra dråber i et stort volumen luft i en eller anden højde over jordoverfladen, mens R bliver målt i et punkt af en nedbørmåler. Usikkerheden afhænger især af nedbørsystemernes rumlige struktur, dvs. de tidslige og rumlige variationer i dråbestørrelsesfordelingen, en variation der kan være meget stor i byger, men er mere begrænset i frontregn. En ofte anvendt praksis er at beregne nedbørsum R * ved at integrere radardata henover passende tidsrum ved brug af standard Z-R relationer såsom Z=200R 1,60 for frontregn. Det svarer til at beregne arealet under intensitetskurver for hver enkelt pixel; eksempler på sådanne er vist ved hyetografer i figur 10 og 11. Herefter udføres der en rumlig analyse af bias mellem radarberegnet nedbørsum R * og målt nedbørsum G. For hver nedbørmåler fås en justeringsfaktor F=log(G/R * ), hvorefter der beregnes en justeringsfaktor for hver eneste pixel i radarbillederne ved interpolation. Det lyder enkelt, men ret beset er der en del komplicerede skridt undervejs i beregningsprocessen. Der skal tages højde for variationer i den lokale observationstæthed, så observationer i et tæt net vægter anderledes end i et område med langt mellem observationerne. Desuden skal der tages hensyn til de-korrelationsafstanden, dvs. hvor stort et område, en nedbørmåler er repræsentativ for i den givne vejrsituation. Denne afstand bestemmes ved geostatistisk analyse af radar- og nedbørdata. Endelig skal der for hver pixel korrigeres for, at radarstrålens højde vokser med afstanden r fra radaren og derfor fører til systematisk lavere nedbørsummer ved øget afstand. Summa summarum beregnes der en justeringsfaktorflade, der for hver eneste pixel giver en lokal justering ved at vægte med de bidrag, der kommer fra nedbørmålere ud til en vis variabel afstand fra pixlen. Vha. denne flade beregnes der en justeret nedbørmængde R k i hver pixel (i,j): Da der kan beregnes nedbørmængde i vilkårlige perioder, kan der også beregnes intensitetsparametre. Men inden det kommer så vidt, bør fejlkilder på radarog nedbørmålinger være dæmpet mest muligt. Fejlkilder på radarberegnede nedbørparametre Ved bestemmelse af Z bør der tages højde for fejlkilder, hvis optimale resultater skal opnås. Der kan være fejlbidrag som følge af refleksionsforholdene i atmosfæren og de meteorologiske processer i nedbørsystemet samt det faktum, at radaren ikke måler i samme højde over jordoverfladen overalt. Af betydning for usikkerheden på estimaterne er også, at et radarvolumen kan have forskellige delværdier af Z, kan indeholde nedbør af blandet fase og nogle gange kun delvis er fyldt med nedbørpartikler, hvilket har betydning for, hvor repræsentativ en Z værdi er. Også justeringen vha. nedbørmålinger er behæftet med usikkerhed. Desuden kan der være usikkerhedsbidrag fra selve radaren, såsom usikkerhed på antennegain, energitab i Figur 6. Oversigt over nogle fejlkilder på radardata: (1) radarstrålen skyder henover overfladenær nedbør, især på lang afstand, (2) fordampning nær jordoverfladen under radarstrålen, (3) orografisk forstærkning af nedbør, som sker under radarstrålen, (4) bright-band effekten, (5) underestimering af intensiteten for finregn pga. fraværet af store dråber, (6) afbøjning af radarstrålen ved specielle atmosfæriske forhold, f.eks. temperaturinversion, så strålen rammer land eller hav (fra Browning, 1978, i Collier, 1989). Vejret, 114, februar 2008
radarsystemet og bias på elevationsvinkler. Fejlkilder på radar- og nedbørmålinger bør nedbringes, hvis der skal noget fornuftigt ud i den anden ende. Heldigvis kan der gøres meget. Figur 6 opsummerer vigtige fysiske fejlkilder. Radarstrålen påvirkes på sin vej gennem atmosfæren. Temperatur- og fugtighedsforhold gør, at radarstrålen normalt afbøjes med en lidt større krumningsradius end Jordens, så radarmålingerne bliver foretaget gradvis højere oppe i atmosfæren ved stigende afstand fra radaren. Ved større afstande er målingerne knap så repræsentative for nedbørforholdene ved jordoverfladen end tættere på, så de kan sædvanligvis kun benyttes kvantitativt ud til 100-150 km s afstand. Radarstrålen kan især om vinteren skyde henover nedbørområder og overse dem (punkt 1 i figur 6), eller samplingsvoluminet er så stort på større afstand, at et mindre nedbørområde ikke kan fylde det ud og give signifikant refleksion. Der kan ske fordampning af nedbørpartikler under radarstrålen (2) eller nedbøren kan forstærkes pga. orografi (3). Resultatet af 1 og 2 er som regel stærk underestimering af nedbørmængde og -intensitet ved større afstande. En særlig effekt er, at radarstrålen kan ramme et lag med smeltende snekrystaller med deraf følgende meget kraftig refleksion, den såkaldte brightband effekt (4). Herved overestimeres nedbøren. Fravær af store dråber i finregn kan betyde underestimering af nedbøren ved anvendelse af standard Z-R relation til nedbørjustering af radardata (5). I vejrsituationer, hvor f.eks. temperaturen modsat det normale stiger med højden, kan afbøjningen af radarstrålen være så kraftig, at den rammer jordoverfladen (6) og resulterer i falsk nedbør. Dette fænomen optræder som oftest under højtryksvejr, heldigvis, og forstyrrer kun sjældent hændelser med kraftig regn. På en måde opfører fejlkilderne sig anarkistisk : ingen enkeltstående fejlkilde kan udnævnes som altdominerende i forhold til de andre, idet den relative betydning af hver enkelt kan variere i tid og rum. Alt dette til trods giver radardata et overordentlig godt bud på den rumlige fordeling af nedbørens relative intensitet, og heldigvis kan den samlede usikkerhed som følge af fejlkilder nedbringes væsentligt ved anvendelse af passende korrektionsmetoder. F.eks. kan falske ekkoer med god nøjagtighed filtreres bort inden nedbørberegning. Beregnet regnmængde for hændelsen Nedbørparametre såsom intensitet og mængde kan nu beregnes ud fra radardata ved at analysere sammenhængen med nedbørobservationer fra området. Figur 7 viser stationer med nedbørmålinger. Der er mange nedbørstationer i området, men muligheden for at opnå gode radarestimater afhænger også af, hvor godt målingerne repræsenterer nedbørområdet, Figur 7. Nedbørmålinger i Sønderjylland. Til venstre er vist stationer, der automatisk måler nedbør i 1 (rød) og 10 minutters (blå) opløsning. Til højre er vist stationer, der manuelt giver nedbørmængden i 24 timers opløsning, samt radaren på Rømø (rød). Vejret, 114
altså hvor mange af dem der giver indblik i nedbørforholdene i stormens øje. Selv med et tæt net af nedbørmålere kan der ske oversvømmelser, uden at målingerne melder om noget usædvanligt, hvilket godt kan siges om denne hændelse. Der kan også være så store variationer i regnintensitet, at det kan være svært at bedømme, hvor repræsentative regnmålingerne har været. Det er nærliggende at vende blikket mod vejrradardata for at se, om oplysninger om nedbørforhold herfra kan støtte en analyse af oversvømmelserne. Figur 5 i artiklen Et skybrud af dimensioner i dette nummer af Vejret viser, hvordan skybruddet udvikler sig voldsomt i både omfang og intensitet på sin vej fra Slesvig til Broager. Forholdet mellem radar- og nedbørmålinger er undersøgt og en rumlig analyse af bias mellem radar- og nedbørmålinger er beregnet. Som resultat heraf er beregnet bias som funktion af afstand fra nedbørmålere i området, bl.a. i forhold til et punkt ved den uofficielle nedbørmåler i Fiskbæk (måleren var tidligere en officiel DMI station, der er videreført i privat regi). De rå radardata er justeret ved at benytte nedbørmålinger ud til en vis afstand fra sådanne punkter og for hver radarpixel beregne nedbørmængde ved vægtning i forhold til afstand til nedbørmålere og lokal stationstæthed. Herved er nedbørmålinger ved større afstande tildelt gradvis mindre vægt. Resultatet er en justering af radarmålingerne, der er baseret på informationer om nedbør i det analyserede område. Den beregnede nedbørsum vist i figur 8. Figur 8. Nedbørsum beregnet vha. radardata. Kortudsnittet er gengivet med tilladelse fra Kort & Matrikelstyrelsen. Statno Navn Målt Radar 6110 FSN Skrydstrup 0,8 0,7 6116 Store Jyndevad 13,0 15,0 26050 Oksenvad 2,7 0,2 26070 Christiansfeld 0,0 0,0 26120 Åbøl 6,6 3,9 26210 Rangstrup 3,8 2,5 26230 Diernæs 4,7 2,5 26340 Bredebro 15,0 19,1 26376 Tønder Centralrenseanlæg 2,0 0,2 26400 Store Jyndevad II 10,3 21,5 26407 Kliplev 23,8 14,5 26430 Broager Busholm 54,5 36,6 26440 Fiskbæk 142 152,6 privat Fiskbækskov I 130 131,4 privat Fiskbækskov II 162 152,6 privat Adsbøl 118 113,2 26450 Nørreløkke 0,6 5,4 28359 Assens 0,0 0,0 28385 Bøjden 0,6 0,1 Tabel 2. Målt og beregnet nedbørmængde i mm henover 24 timer 20/8 kl. 8 til 12/8-2007 kl. 8 (lokaltid) ved et antal nedbørstationer inklusive private målinger i Fiskbæk og omegn. Statno = stationsnummer for DMI stationer og tidligere nr. for Fiskbæk. Vejret, 114, februar 2008
Figur 9. Sammenligning mellem målt nedbørmængde og mængde beregnet vha. radardata for døgnet 20/8 kl. 8 til 21/8-2007 kl. 8 lokal tid. Pilene angiver private målinger, som ikke er anvendt til kalibrering af radardata. Det ses, at de største regnmængder ifølge radaren er faldet omkring Fiskbæk med lidt over 150 mm, men både nord og vest for er der faldet op omkring 130 mm. Der er et område mere med op omkring 150 mm omkring Feldstedskov og ude i Åbenrå Fjord. I tabel 2 og figur 9 er sammenlignet målt og beregnet nedbørmængde ved nedbørstationer i området. Der er sammenlignet med både officielle og private målinger. De tre private målere (markeret med pil i figuren) er ikke anvendt i kalibreringen af radardata, og er således uafhængige målinger, der kan give en ide om beregningernes pålidelighed, om end tre målinger ikke er meget. Nedbør- og radarmålinger er korreleret med 0,9928 svarende til en forklaringsgrad på 98,6%, hvilket er et usædvanligt godt resultat. Normalt er der større spredning, da det kan være vanskeligt at sammenligne punktmålinger og pixelværdier, blandt andet fordi de rumlige variationer i regnens mængde og intensitet kan være meget store i byger. Figur 10. Hyetograf for den pixel ved Fiskbæk, hvor der blev registreret 152.6 mm med radaren, samt omkringliggende pixels. Tidsskalaen er i UTC-tid. Perioden er 20/8 kl. 21:20 til 21/8 kl. 1:40 i lokal tid. Figur 11. Hyetograf for de pixels ved Felstedskov og Åbenrå Fjord, hvor der blev registreret hhv. 155.8 og 143.6 mm med radaren, samt omkringliggende pixels. Tidsskalaen er i UTC-tid. Perioden er 20/8 kl. 21:20 til 21/8 kl. 1:40 i lokal tid. Beregnede regnintensiteter Intensiteterne har været exceptionelt høje. For pixlen hvor Fiskbæk ligger, har intensiteten for hele hændelsen, der ifølge radaren varede 170 minutter, været oppe på 14,96 μm/sek.! Det er et uhørt højt tal. Det er også her, der registreres den højeste 10 minutters intensitet med radaren: 88,32 μm/sek., hvilket sker kl. 21:30 (23:30 lokal tid)! Det er omkring dette tidspunkt, uvejret generelt er på sit højeste. For de ni pixels, der omkranser Fiskbæk, dvs. for et areal på 36 km 2, har intensiteten for hændelsen varieret mellem 8,68 og 12,68 μm/sek., og henover 10 minutter mellem 36,59 og 64,11 μm/sek. Hændelsen omkring Fiskbæk starter omkring kl. 22:00 (lokal tid), og den kraftige regn varer til lidt over midnat (00:10), hvorefter der er en pause på ca. en halv time indtil der falder lidt regn, der varer i ca. 20 minutter. Jfr. definitionen på en regnhændelse skal disse 20 minutter regnes med til hændelsens samlede varighed. Vejret, 114
Hvis der imidlertid beregnes intensiteter for hovedhændelsen fra kl. 22 til 00:10, nås en intensitet henover 140 minutter på 18,15 μm/sek. for Fiskbæk pixlen, og den maksimale intensitet i området henover 30 minutter er ifølge radaren oppe på 53,83 μm/ sek. Figur 10 viser hyetograf for radarberegnet regnintensitet for pixlen ved Fiskbæk samt de 8 omkringliggende pixels. Fiskbæk er fremhævet med rødt, da det er her de højeste intensiteter og den største nedbørsum blev målt. Helt i tråd med figur 5 i artiklen Et regnskyl af dimensioner viser figuren passage af tre celler med særlig kraftig regn. Figur 11 viser intensiteter for Felstedskov og dele af Åbenrå Fjord, der også blev hårdt ramt af uvejret, men ikke på samme måde som længere sydpå, hvor skaderne havde større mediebevågenhed. Som ved Fiskbæk ses en markant celle og nogle knapt så intense. Intensiteterne har også her været høje. For Felstedskov har intensiteten for hele hændelsen været 15,96 μm/sek. henover 150 minutter, hvilket faktisk er mere end ved Fiskbæk! Den højeste 10 minutters værdi kommer ifølge radaren op på 81,53 μm/ sek. omkring kl. 00:10 (lokal tid). Det sker ca. en halv time senere end ved Fiskbæk og passer fint med, at regncellerne bevægede sig langsomt nordover. Henover 30 minutter er den maksimale intensitet 49,12 μm/sek.! I fjorden nås 88,32 μm/sek. henover 10 minutter, 61,81 μm/ sek. henover 30 minutter og 17,13 μm/sek. for hændelsen ved en varighed på 150 minutter - det er heldigt, denne regn holdt sig ude over vandet! I strøget mellem de to regncentre var intensiteten for hele hændelsen oppe på lidt over 12 μm/sek. Det skal indskydes, at da radaren giver et samlet tal for 2 2 km 2, kan der sagtes have været endnu højere intensiteter lokalt i den enkelte pixel. Da radaren måler hvert 10. minut, kan der også i tidsskridtene mellem radarmålingerne have været såvel højere som lavere intensiteter. Men radarmålingerne giver et rigtig godt bud på såvel intensiteter som fordeling af nedbørsum i regionen, specielt pga. den høje korrelation mellem målte og beregnede nedbørsummer. I figur 12 er intensiteterne vist i et regnrækkediagram, som giver gentagelsesperioder for forskellige intensiteter og varigheder af regn. Det ses, at uvejret ligger langt over en 20 års hændelse og faktisk overgår, hvad der er observeret i nyere tid. Vi skal måske helt tilbage til uvejret omkring Lønstrup i 1877 for at finde noget tilsvarende (se artiklen Et uvejr af dimensioner samt skildring andetsteds i bladet). Hvorfor gik det så galt? Der er flere forklaringer på, hvorfor det gik så galt, udover at der faldt store regnmængder på kort tid. Sommeren havde hidtil været våd og jordmagasinerne godt fyldt op med vand. Altså var jorden ikke i stand til at opsuge ret meget af nedbøren. Det gav øget tilbøjelighed til overfladisk afstrømning. Desuden er terrænet i området ikke fladt (kan måske anes af figur 13), men derimod med en del bakker og skråninger, så vandet relativt hurtigt kunne samle sig i kraftige strømme i områdets lavere dele. Fiskbæk afvander et Figur 12. Uvejret vist sammen med regnkurver (de grå) fra SVK-skrift nr. 26 (SVK, 1999), og landsregnkurver (de sorte)(svk, 1974). Figuren viser gentagelsesperiode for forskellige intensiteter og varigheder. Vejret, 114, februar 2008
område på 19,3 km 2 (Schrøder, 2005) og består af to hovedløb, der afvander to deloplande (figur 13). Vandskellene for disse oplande er i figuren fastlagt ud fra højdekurver, hvilket giver en lille usikkerhed; arealet afviger dog kun 1,5 % fra de 19,3 km 2. Som nævnt er det et meget bakket område. Over en strækning på 5,65 km falder det vestlige løb, herefter kaldet Fiskbæk, således fra 41 m ved Grøngrøft Mose, hvoromkring den har sit udspring, til 7,5 m ved jernbanen, et fald på 5,9 m/km. Gennem Fiskbæk-pixlen til jernbanen omkring 8 m/km, og på de sidste 500 m endog 9,2 m/km. Hvis der regnes fra ca. 500 m oven for jernbanen og frem mod det flade stykke ved landevejen vest for Adsbøl, har bækken et fald på hele 13,7 m/km, hvilket er meget stejlt efter danske forhold. Bedømt ud fra radardata faldt der i dette område, der afvander ca. 6,9 km 2, omkring 925.000 m 3 vand på 2½ time, hvoraf en del på ret kort tid skulle sluses ud gennem Fiskbæks smalle udløb ved jernbanen. Det er ikke så mærkeligt, at jernbanen skyllede væk. Det østlige vandløb afvander et areal på omkring 12,4 km 2, og her faldt der ifølge radaren i alt ca. 1.413.000 m 3 vand over området. Bækken har to forgreninger med et samlet fald på hhv. 7,7 og 10,1 m/km. Det sidste stykke hvor de løber sammen og frem mod landevejen er der ca. 1,3 km med et fald på omtrent 6 m/km. Således er der også herfra drevet meget vand frem mod landevejen, og sammen med Fiskbæk har enorme vandmængder skullet passere på forholdsvis kort tid. Det er ikke sært, at også landevejen forsvandt i vandmasserne. Der er dog ikke lavet en egentlig vandbalance for området, så det er umuligt at sige hvor meget vand, der faktisk passerede ved jernbanen og landevejen. En stor del af det vand, der faldt i oplandets øvre dele, er forsinket af vegetation og af fladere områder og er til dels gået til nedsivning. På den anden side var det en regnfuld sommer, så det har nok været ret begrænset, hvor meget vand jorden har kunnet opsuge. En lidt anden betragtning kan kaste lys over vandmængden ved udløbet. Fiskbæks nedre løb er stejlt og oplandet smalt med bakkede sider. Nedbøren her er sandsynligvis hurtigt nået ned til Fiskbæk. De to pixels, der dækker den nederste del af Fiskbæks opland, fik ifølge radaren ca. 328.000 m 2 vand, hvilket udgør omkring 35 % af deloplandets samlede vandmængde. For det østlige løb faldt der i den nederste pixel ca. 186.000 m 2, hvilket sammen med Fiskbæk giver omkring 514.000 m 2 regn eller 22 % af det totale oplands samlede vandmængde. Hvis der skal regnes på, hvor meget vand der rent faktisk passerede ved jernbanen og landevejen, altså vandføringen som funktion af tid, kræver det dog langt mere komplicerede beregninger over vandbalance, hvilket ikke har været hensigten i denne artikel. Figur 13. De to bækkes oplande i forhold til udløbet ved landevejen vest for Adsbøl. Blå = Fiskbæk, rød = en østligere bæk, der løber sammen med Fiskbæk ved landevejen. 1 = her blev landevejen vest for Adsbøl skyllet væk (se også figur 1), 2 = markering af hvor jernbanen styrtede sammen (se figur 1). Kortudsnittet er gengivet med tilladelse fra Kort & Matrikelstyrelsen. Hvad kan vi lære af dette? Et vigtigt spørgsmål presser sig på: kunne denne katastrofe være forudsagt? Flere forudsætninger skal være i orden. Traditionel måling af nedbør i punkter risikerer at komme til kort, når nedbøren falder meget lokalt. Radardata kan tilføre vigtig information om regnens Vejret, 114
udvikling og bevægelsesretning, men til forudsigelse kræves der også on-line adgang til nedbørmålinger, så radarens relative regnintensitet løbende kan omregnes til absolutte værdier. Desuden skal antal nedbørmålere være tilstrækkeligt til statistisk robuste beregninger af nedbørens mængde og intensitet. Men ved lokal regn kan det netop være kritisk med nok observationer af nedbør. Det er vigtigt, at fejlkilder på radardata og nedbørmålinger er dæmpet mest muligt. Skulle det lykkes at beregne fornuftige radarværdier, er næste forudsætning at være i stand til at beregne, hvad der vil ske de næste timer. Her er det ikke nok at fremskrive radarbillederne, hvilket ses tydeligt i figur 5 i Et skybrud af dimensioner. Løsningen er dynamiske beregninger over de fysiske processer i atmosfæren og nedbørsystemet, hvor bl.a. radardata og nedbørobservationer integreres i finmaskede prognosemodeller, så der kan udsendes kortfristede pålidelige varslinger af kraftig regn. Når nedbørparametrene er forudsagt, mangler det sidste skridt, nemlig at beregne, om de hydrologiske betingelser for oversvømmelser er til stede. Er det lokale afvandingsområde af en sådan beskaffenhed og i en sådan tilstand, at store vandmængder kan opsuges og afstrømning forsinkes? Er afløbssystemer, reguleringsmekanismer og bassinkapacitet i byområder i stand til at forsinke og tilbageholde vandet, så oversvømmelser undgås? Netop igangsatte forskningsprojekter, som DMI er med i, søger at afklare flere af disse spørgsmål. Litteratur Andersson, T., Lindström, B., Persson, P.-O. G. and Collier, C. G. (1985): Comp. in Radar Meteorology. SMHI Rep. Meteor., 24, 108 pp. Battan, L. J. (1973): Radar observation of the atmosphere. The Uni. of Chicago Press, Chicago. Collier, C. G. (1989): Appl. of weather radar systems. Horwood, pp. 294. Gunn, K. L. S., and Marshall, J. S. (1955): Effects of wind shear on falling precipitation. J. Meteor., vol. 12, 339-349. Joss, J., K. Schram, J. C. Thams, and A. Waldvogel (1970): On the quantitative determination of precipitation by radar. Wissensch. Mitt. 63. Zurich: Eidgenössische Kommission Dansk Meteorologisk Selskab zum Studium der Hagelbildung und der Hagelabwehr. Marshall, J. S. and Palmer, W. McK (1948): The distribution of raindrops with size. J. Meteor., vol. 5, 165-166. Marshall, J. S, Hitschfeld, W. and Gunn, K. L. S. (1955): Advances in radar weather. Adv. Geophys., 2, 1-56. Sekhon, R. S., and Srivastava, R. C. (1970): Snow size spectra and radar reflectivity. J. Atmos. Sci. Vol. 21, 299-307. SVK (1974): Bestemmelse af regnrækker. Dansk Ingeniørforening Spildevandskomitéen. Skrift nr. 16. SVK (1999): Regional Variation af Ekstremregn i Danmark. Dansk Ingeniørforening Spildevandskomitéen. Skrift nr. 26. Budget for 2008 Revideret 21. Jan. 2008 Indtægter: A 214 á 220.00 47,080.00 B 143 á 180.00 25,740.00 C 43 á 120.00 5,160.00 D 112 á 225.00 25,200.00 Kapitalindtægter 1,000.00 Andre indtægter ialt Indtægter ialt 104,180.00 Omkostninger: Trykning, 4 numre standard 64,000.00 Vejret forsendelse 22,000.00 VEJRET ialt -> 86,000.00 Porto og kontor 6,000.00 Administration ialt -> 6,000.00 Bestyrelsesmiddag 5,000.00 Øvrige møder 2,000.00 Årsmøde 3,000.00 Plaquette 1,000.00 Rejselegat til studerende 10,000.00 Møder/rejser ialt -> 21,000.00 Software 2,500.00 EMS medlemskab 4,000.00 Andre udgifter ialt -> 6,500.00 Omkostninger ialt 119,500.00 Balance -15,320.00 Vejret, 114, februar 2008
Dansk Meteorologisk Selskab c/o Brian Broe Skårupvej 128 2650 Hvidovre Returneres ved varig adresseændring Dansk Meteorologisk Selskab KOMMENDE MØDER Tirsdag den 4. marts 2008 kl. 17:00 Danmarks Meteorologiske Institut Auditoriet Lyngbyvej 100 (foran hovedindgangen) 2100 København Ø Historien bag vejrudsigten Foredrag ved Henrik Voldborg og Søren Brodersen. Herefter afvikling af selve Generalforsamlingen og efterfølgende middag, hvor DaMS giver tilskud. Dagsorden i følge vedtægterne: 1. Valg af dirigent 2. Formandens beretning 3. Forelæggelse af det reviderede regnskab for det forløbne år samt budget for næste regnskabsår. 4. Indkomne forslag 5. Valg af bestyrelse. Bestyrelsesmedlemmer og suppleanter vælges for en 2-årig periode, idet formand og 3 bestyrelsesmedlemmer og 1 suppleant vælges i ulige år. På valg er: Hans E. Jørgensen, Brian Riget Broe og Henrik Voldborg. 6. Valg af 2 revisorer og 1 revisorsuppleant for en 1-års periode dvs. revisorer og sup pleanter er på valg hvert år 7. Eventuelt. Tirsdag den 8. april 2008 kl. 19:00 Auditoriet, Rockefeller komplekset Juliane Maries vej 30 2100 København Ø Om hvor hurtigt isen på nordpolen smelter i disse år? Foredrag ved Leif Toudal, DMI. 2-7. juni 2008 Nordisk Meteorologmøde - denne gang på Island. Følg med på www.dams.dk