Dit artikel beschrijft een analyse met RadarTools van de extreme buien uit registraties van radarbeelden voor de periode 2008 t/m 2020. Het doel van deze analyse is om extreme buien te identificeren en te karakteriseren, waarbij het gaat om het onderzoeken van de relatie met de impact van de buien op het bebouwde gebied.
Gegevens
Deze analyse maakt gebruik van de MBFS radarinformatie van het KNMI voor de periode 2008 t/m 2020 (augustus), met gevalideerde neerslaghoeveelheden geregistreerd per 5 minuten en per km2 radarvak. De RadarTools software is gebruikt om deze neerslaginformatie toegankelijk te maken en de extreme buien uit deze enorme hoeveelheid data te filteren.
Het extended land-zee masker van Nederland omvat 55.739 radarvakken. Bij het oppervlak van de Nederlandse gemeenten bedraagt 40.162 radarvakken. Het verschil zit een kleine rand om Nederland langs de grenzen met Duitsland en België en randen langs de het open water zoals Noordzee, Waddenzee en IJsselmeer. Voor de radarvakken van de gemeenten is onderscheid gemaakt in bebouwd en onbebouwd oppervlak. Het aantal bebouwde radarvakken bedraagt 13.395 en dat is ongeveer 33% van het totale aantal radarvakken van de gemeenten.
Filtering extreme gebeurtenissen
De RadarTools software is gebruikt om de extreme gebeurtenissen per gemeente en meer in detail per bebouwde (woon)kern te filteren. Deze methodiek is beschreven op de RadarTools website. De radarneerslag geregistreerd per 5 minuten en per km2 radarvak is omgerekend naar neerslaghoeveelheden in een range van tijdvakken van 15 minuten tot 24 uur. Een extreme gebeurtenis op een bepaalde datum heeft minimaal 1 neerslaghoeveelheid in één van de tijdvakken groter dan een ingestelde (gebeurtenis) drempelwaarde voor dat tijdvak.
Bij deze analyse kijken we naar drempelwaarden voor extreme neerslag van 15 mm in 5 minuten, 20 mm in 30 minuten, 25 mm in 60 minuten, 35 mm in 180 minuten, 40 mm in 6 uur, 45 mm in 12 uur en 55 mm in 24 uur. De uurwaarden zijn klokuren, de minutenwaarden zijn gesommeerd in tijdvakken voortschrijdend per 5 minuten. Dit zijn relatief lage drempelwaarden. De herhalingstijden van deze hoeveelheden in een tijdvak lopen uiteen van T = 3 jaar voor 15 mm in 15 minuten tot T = 8 jaar voor 45 mm in 6 uur.
RadarTools bewerkingen
De drempelwaarden voor het filteren van de gebeurtenissen zijn in RadarTools ingesteld. Dit onderdeel was vast maar is variabel gemaakt. De filtering van de extreme gebeurtenissen vindt vervolgens plaats per gemeente en meer in detail per bebouwde kern. In RadarTools wordt voor elk tijdvak berekend hoe groot het aantal overschrijdingen van de drempelwaarde is per km2 radarvak, dat als bebouwd oppervlak is aangemerkt.
Per gemeente en meer in detail per woonkern vatten we deze overschrijdingen samen in zogenaamde oppervlaktefactoren voor 3 verschillende tijdsduren: kort, midden en lang. De korte duur = 15, 30 en 60 min; de midden duur = 60, 180 min en 6 h en de lange duur = 6, 12 en 24 h. Deze indeling is gemaakt met het idee dat extreme buien kort en lang durend kunnen zijn en dat er misschien nog een vorm tussenin kan zitten. Deze oppervlaktefactoren geven een indicatie in welke mate het bebouwd oppervlak is getroffen door extreme neerslag in een bui met een korte, midden of lange duur.
Daarnaast wordt per tijdvak een factor logT voor de herhalingstijd berekend als een gemiddelde van alle overschrijdingen in een tijdvak, voor de bebouwde radarvakken. Ook deze logT factor wordt gemiddeld voor de korte, midden en lange duur. Deze factor voor de herhalingstijd geeft aan in welke mate de overschrijdingen van drempelwaarden per tijdvak hebben plaatsgevonden. Deze factor zegt iets over de extremiteit/hevigheid van de neerslag waardoor (een deel van) het bebouwde oppervlak is getroffen.
Voorbeeld Zaandam
Aan de hand van een voorbeeld laten we de uitwerking van deze factoren zien. Figuur 2 toont de weergave van de radartellingen voor de gemeente Zaandam in RadarTools. Het bebouwde oppervlak van de gemeente omvat 69 radarvakken (en 24 vakken onbebouwd). In de tabel met gebeurtenissen in het middenvenster is de gebeurtenis op 28 juli 2014 uitgevouwen. De tellingen van het aantal km2 met de overschrijdingen per tijdvak zijn weergegeven voor de gemeente als geheel en per bebouwde kern (Bedrijventerrein, Krommeniedijk en Zaanstad). In het venster rechts zijn de totale neerslaghoeveelheden per radarvak ingekleurd. In een flink aantal radarvakken valt meer dan 120 mm neerslag.
Het aantal km2 met overschrijdingen van de drempelwaarde van de neerslag per tijdvak zegt nog niet alles over mate waarin een drempelwaarde is overschreden. De overschrijding kan klein of groot zijn. Daarom worden ook de herhalingstijden (> 10 jaar) van de overschrijdingen per tijdvak berekend.
In figuur 3 zijn deze weergegeven in het venster links in de vorm van een gestapelde staafgrafiek. De stippellijn in de staafgrafiek geeft het aantal bebouwde km2 radarvakken aan (69 voor de gemeente Zaandam). De hoogte van de staven geeft aan in hoeveel km2 radarvakken een bepaalde herhalingstijd is overschreden. De legenda van de herhalingstijden staat rechts naast de grafiek.
De logT factor bedraagt 1 voor een herhalingstijd van 10 jaar, en 2 voor 100 jaar etc. In het voorbeeld van Zaanstad ligt de nadruk op de grotere herhalingstijd bij de grotere tijdvakken van 180 min tot 24h.
Weegfactor extreme buien
Door de factor oppervlak te vermenigvuldigen met de logT factor ontstaat een gecombineerde weegfactor die enerzijds iets zegt over de zwaarte van de bui en anderzijds over de mate waarin die bui het bebouwde gebied heeft getroffen. In figuur 1 aan het begin van dit artikel, met de tijdreeks van 2008 tot 2020 is per bui de som van de gecombineerde factoren kort, midden en lang weergegeven. We moeten nog goede namen verzinnen voor die factoren.
Wat opvalt in die grafiek is dat er in 2020 een aantal buien zijn met relatief grote factoren, in de maanden juni en augustus. Het voorjaar was droog en maand juli cq begin augustus ook. Een ontwikkeling naar grotere weegfactoren kan erop duiden dat bebouwde gebieden zwaarder zijn getroffen wat betreft het aandeel van het bebouwde oppervlak in combinatie met de zwaarte van de bui.
Export periode 2008-2020
De filtering van de buien per gemeente en bebouwde kernen vindt dus plaats in RadarTools. Voor een verdere bewerking van deze gegevens heeft RadarTools de mogelijkheid om de gegevens van de gefilterde buien (incl de berekende factoren) van alle gemeenten en woonkernen in Nederland te exporteren naar Excel.
Deze export is uitgevoerd voor alle gemeenten en bebouwde kernen in Nederland.
Deze export geeft in figuur 4 per bebouwde kern van een gemeente alle gefilterde extreme buien. Elke regel is een gebeurtenis op een datum. De gebeurtenissen zijn hier gesorteerd op de gecombineerde weegfactor voor de lange duur (6, 12 en 24h). Deze tabel omvat de volgende gegevens:
De Excel tabel is de basis voor het vervolg van de analyse. Voor de filtering van de extreme gebeurtenissen zijn een relatief lage drempels per tijdvak toegepast. Het totaal aantal gebeurtenissen in de tabel bedraagt daarom circa 19000 voor de periode 2008-2020. Hanteren we hogere drempelwaarden zoals bijvoorbeeld 20 mm in 15 min, 25 mm in 30 min, 30 mm in 60 min, 40 mm in 180 min, 50 mm in 6h, 60 mm in 12h en 70 mm in 24h, dan bedraagt het aantal gebeurtenissen nog ruim 8000.
Bebouwde kernen
Op dit moment heeft Nederland 358 gemeenten en ruim 4000 bebouwde kernen. Voor de analyse kijken we naar de gebeurtenissen per bebouwde kern. Een bebouwde kern is voor de analyse een meer eenduidige basis dan een gemeente omdat gemeenten heel uitgestrekte gebieden kunnen zijn. Een deel van de gemeente kan zwaar getroffen zijn waarbij effecten kan worden uitgemiddeld met een paar kernen waar het nauwelijks heeft geregend. Het zwaar getroffen deel van de gemeente komt in de analyse van een gemeente dan minder duidelijk naar voren.
Extreme gebeurtenissen
De gebeurtenissen per datum en per bebouwde kern voegen we samen tot een lijst van (unieke) datums waarop het extreem hard heeft geregend. Deze samenvoeging kan op verschillende manieren worden uitgevoerd, waarvan we er veel hebben geprobeerd.
Van die 19000 gebeurtenissen hebben we voor de categorie kort, midden en lange duur eerst de 500 zwaarste gebeurtenissen geselecteerd en samengevoegd. Dit geeft een lijst van ruim 90 datums.
tot gebeurtenissen op datums.
De tabel in figuur 6 begint met een gebeurtenis op 12 juli 2019 met de maxima van de gecombineerde weegfactoren voor kort, midden en lange duur in de kolommen 2, 3 en 4. De tabel is gesorteerd op de som van deze maxima in kolom 5. Het totaal getroffen oppervlak in km2 radarvakken voor die gebeurtenis staat in kolom 6. Bij die gebeurtenis waren 9 gemeenten en 20 kernen betrokken, zie kolom 7 en 8. Aanvullend is nog het aantal Twittermeldingen op die datum (in kolom 11) en de maximum duur van de bui (in kolom 12) weergegeven. Vanaf kolom 15 zijn de coderingen aangegeven van de getroffen kernen.
Een volgende stap is om breder te kijken naar de extreme gebeurtenissen door voor de duren kort, midden en lang de 12.000 zwaarste gebeurtenissen te selecteren en die samen te voegen. Dit geeft een lijst van ruim 400 datums/dagen. Voorzichtig kunnen we concluderen dat we in de periode 2008-2020 totaal ongeveer 400 aantal dagen met extreme neerslag hebben gehad. Dat is gemiddeld circa 30 dagen per jaar geconcentreerd in de 5 maanden mei tot en met september.
Ontwikkeling extreme buien
Uit de vergelijking van de top 90 met de top 400 extreme gebeurtenissen komen een aantal verschillen naar voren. In de top 90 (figuur 7) is het aantal dagen met extreme gebeurtenissen groter in de tweede helft van de periode 2008-2020. Het aantal getroffen gemeenten is iets groter in de latere jaren. Het aantal gebeurtenissen per maand is in de top 90 meer geconcentreerd in de maanden juni, juli en augustus. In de top 400 (figuur 8) zien we meer gebeurtenissen door het hele jaar. In het aantal getroffen km2 radarvakken is weinig ontwikkeling af te lezen. Tussen de oogharen door bekeken lijkt het aantal getroffen vakken in de tweede helft van de periode iets hoger te liggen.
De vergelijking van de top 90 en top 400 gebeurtenissen per maand voor de tijdreeks 2008-2020 laat zien dat de zwaarste buien zijn geconcentreerd in de tweede helft van de periode. In de grafiek met de top 400 gebeurtenissen zijn er nauwelijks extreme buien bijgekomen ten opzichte van de top 90. De minder zware buien zitten vooral in de eerste jaren vanaf 2008. Dit resultaat is wat we natuurlijk verwachten maar op deze manier is het een keer getalsmatig onderbouwd.
De weegfactor voor het aandeel van het bebouwde oppervlak dat door een bui is getroffen in combinatie met de herhalingstijd van de neerslag lijkt een interessante indicator voor de extremere buien. In detail gaan we dat nog bekijken voor een aantal voorbeelden.
In RadarTools worden alle weegfactoren berekend. Het is nu interessant om na te gaan of de extremiteit van een bui aansluit bij de impact daarvan op de grond. Per gemeente kan iedere beheerder nagaan welke buien in verleden een grote impact hadden en hoe dat aansluit bij de kwalificering met deze weegfactoren.
Laatste wijziging 21 november 2020