By Merel van Helten

Disclaimer: This article was written for the course Science Communication and Journalism of 2023 | Original Dutch version below

Do we already know if it’s going to be a hot summer? At the moment you can only really find the weather report for the coming 14 days. But scientists are able to predict the weather increasingly further in advance in the future.

Everyday, people rely on their weather-apps to tell them what weather they should be prepared for. It would be unfortunate if you have to cycle through the rain without proper clothing. These weather-apps are able to look into the future a few hours up to a few days. 

An app can warn you about rain or rough winds. They won’t tell you about the weather in 3 months. But what if you’re already trying to plan your summer holiday in January? 

Weather reports not only tell you the temperature, but also if and when there’s dangerous weather like a storm or other bad weather coming. If we know about a storm, people can prepare themselves before the storm actually hits. That way, you won’t be caught in the middle of the torrential rain moving your garden furniture. 

In the Netherlands, the KNMI issues warnings based on the impact of the weather. Right now it is possible to give a warning about an upcoming storm about 48 hours in advance. Because weather reports are getting better and better, scientists are now testing if they can predict storms even further in advance, a week in advance for example. 

These weather predictions are not only used for the daily weather report but also to warn companies. Farmers, for example, need to know when it will rain. Drinking water companies are another example. The organization of water companies noted in their latest report that to make sure there is sufficient drinkable water, it is important for water companies to know how dry and hot the coming summer will be. 

The RIVM indicates that to make sure there is sufficient drinkable water, we need better predictions. In their report last April they said: “Because of climate change (hot summers) we need more drinkable water, but there’s less available” RIVM also indicates in that same report that it is necessary to look far into the future. For example because of drought, because it takes a very long time to develop working solutions for possible water shortages, a warning should come far in advance.  

The KNMI is responding to this by working on the “Early Warning Centre” project. This should be operational by 2025. The intention is that they will then be able to issue warnings two weeks in advance of weather that could have a major impact on society. KNMI’s system will work not only for heat but also for heavy rainfall, for example. 

KNMI works with the regional water authorities among others for this purpose. “If we inform them (the regional water authorities) earlier and more accurately about extreme rainfall that is coming, they can also take the right measures earlier.” said Rob Sluijter, program manager of this project to online magazine De Crisismanager. Regional water authorities use this information to, for example, flood rivers to prevent flooding. Through earlier warnings, the KNMI is trying to further increase the safety of the Netherlands.

You can think of a weather model as a very large calculation. Different influences are factored into this sum. For each influence, we need to check whether it has a positive or negative effect on the overall picture. Some contribute to a hot summer, others to a wet fall.

To predict the weather, scientists are adding more and more influences to their model, calculation. So far, these are sufficient to accurately predict the weather for the coming week. These weather prediction models are made with historical data. The KNMI collects data every day such as air pressure and wind direction with weather balloons. 

Scientists can also, for example, study a storm from a few years ago to discover its causes. This helps the scientist complete their calculation. The factors studied by KNMI with the weather balloon are used locally. But to look months into the future, other models are needed. Mainly models that focus on more global rather than local processes.

Weather balloons are not the only way information can be gathered. A group of researchers from Columbia University delved into the possible causes of the extreme heat wave of 2021 in North America. After studying this particular event, Samuel Bartusek and his colleagues can now pinpoint the factors that led to it. The more information scientists can gather about one specific storm or heat wave, the more accurate they can make their weather models.

Then when that model is finished, they can use it to predict specific heat waves decades into the future. In their 2022 publication in Nature Climate Change, they warn that there will be communities that will not be properly prepared for extreme weather. So these long-term weather forecasts are seen by these researchers as an important tool to warn communities in time.

Why don’t these long-term models work yet? Richard Bintanja, climate researcher, wrote for the KNMI that we do not yet understand climate variability in particular well enough in an explanation of climate fluctuations on their website. Variability refers to the chaos of nature. Nature itself is not very consistent. In the Netherlands, we can have a stormy autumn one year and have nice after-summer weather the next. These natural variations are difficult to predict.

Not every kind of weather is equally difficult to predict. Sem Vijverberg, technical director of Beyond Weather, where they work on long-term (up to six months) weather forecasts for businesses and governments elaborates on this in an interview. “If it is hot today, it will probably be hot tomorrow too, while if it is pouring rain now it could be dry again in an hour.” Because rain passes more quickly, it is less predictable than temperature. The difference is because of the scale of the processes, rain depends heavily on small local processes and temperature mainly on large continental processes, like sea currents. These local and continental processes are both incorporated into models.

The more you want to zoom in with a model, the more computer power is needed to do so. While current computers are good, there is a limit to them, which reduces the power and accuracy of current models, Vijverberg argues. Because of this limit, it is difficult to predict weather well over the next few weeks, let alone future years for a single country.

In October, the KNMI will release the latest climate forecast for the next 50 years. This prediction does not show the weather forecast for the coming years but rather the general trend in Dutch weather. If even better computers and thus weather models are developed, we may be able to find out where it will be warm and dry in the coming summers and you can book your vacation in advance. But we are not quite there yet.

---

Het weerbericht over 50 jaar

Door Merel van Helten

Weten we al of het een warme zomer wordt? Momenteel kan je alleen nog een weersvoorspelling vinden voor de komende 14 dagen. Maar wetenschappers voorspellen het weer steeds verder in de toekomst.

Dagelijks vertrouwen mensen op weer-apps om hun te vertellen op welk weer ze voorbereid moeten zijn.  Het zou jou niet overkomen dat je door de regen moet fietsen zonder daarop gekleed te zijn. Deze weer-apps kunnen een paar uur tot een paar dagen in de toekomst kijken. 

Een app kan je waarschuwen voor regen of harde wind. Ze gaan je niet vertellen wat voor weer het is over 3 maanden. Maar wat als je je zomervakantie al in januari probeert te boeken? 

Weersvoorspellingen vertellen je naast de temperatuur ook wanneer er gevaarlijk weer aan komt zoals een storm of ander slecht weer. Als een storm voorspeld is, kan iedereen maatregelen nemen voordat het zover is. Dan sta je niet midden in een stortbui nog je tuinkussens op te bergen. 

In Nederland geeft het KNMI-waarschuwingen af op basis van de impact van het weer. Ze kunnen 48 uur van tevoren waarschuwingen afgeven als er  bijvoorbeeld een storm op komst is. Doordat weersvoorspellingen steeds beter worden, testen ze nu uit of ze storm-voorspellingen nog eerder kunnen, bijvoorbeeld al een week van tevoren.  

Deze weersvoorspellingen gebruiken ze niet alleen voor het dagelijks weerbericht maar ook voor het waarschuwen van bedrijven. Voor bijvoorbeeld boeren is het belangrijk om te weten wanneer het regent. Een ander voorbeeld zijn de drinkwaterbedrijven. De vereniging van waterbedrijven gaf in hun laatste rapport aan dat om drinkwater op peil te houden, het voor waterbedrijven belangrijk is om te weten hoe droog en warm de komende zomer is.

Het RIVM geeft aan dat om drinkwater op peil te houden betere voorspellingen nodig zijn. In hun verslag afgelopen april, hebben ze gezegd: “Door klimaatverandering (warme zomers) is er meer drinkwater nodig, maar is er minder beschikbaar” RIVM geeft in het desbetreffende rapport aan dat het nodig is om ver in de toekomst te kijken. Dit heeft te maken met bijvoorbeeld droogte, omdat het erg lang duurt voordat er werkende oplossingen zijn om mogelijk watertekort op te vangen is een waarschuwing op tijd nodig. 

Het KNMI speelt hierop in door te werken aan het project “Early Warning Centre”. Dit zou in 2025 operationeel moeten zijn. Het is de bedoeling dat ze dan al twee weken van tevoren een waarschuwing kunnen geven voor weer dat grote impact kan hebben op de samenleving. Dit systeem van het KNMI werkt niet alleen voor hitte, maar bijvoorbeeld ook voor hevige regenbuien. 

Het KNMI werkt daarvoor bijvoorbeeld samen met de waterschappen. “Als wij hen (de waterschappen) eerder en preciezer informeren over extreme regenval die op komst is, kunnen zij ook eerder de juiste maatregelen treffen.” zei Rob Sluijter, programma manager van dit project tegen online magazine De Crisismanager. Waterschappen gebruiken deze informatie om bijvoorbeeld rivieren te laten overvloeien om overstromingen te voorkomen. Met eerdere waarschuwingen probeert het KNMI de veiligheid van Nederland nog meer te vergroten. 

Je kan een weermodel zien als een hele grote rekensom. In deze som worden verschillende invloeden verwerkt. Bij elke invloed moet worden gekeken of het een positief of een negatief effect heeft op het totaalplaatje. Sommige dragen bij aan een warme zomer, andere aan een natte herfst. 

Om het weer te kunnen voorspellen voegen wetenschappers steeds meer invloeden aan hun model, rekensom, toe. Tot nu toe zijn deze goed genoeg om het weer de komende week accuraat te voorspellen. Deze weersvoorspellingmodellen worden gemaakt met historische gegevens. Het KNMI verzamelt dagelijks gegevens zoals luchtdruk en windrichting met weerballonnen. 

Wetenschappers kunnen ook bijvoorbeeld een storm van een paar jaar geleden bestuderen om achter de oorzaken te komen. Dit helpt de wetenschapper hun rekensom compleet te maken. De door de KNMI onderzochte factoren met de weerballon worden lokaal gebruikt. Maar om maanden in de toekomst te kunnen kijken zijn andere modellen nodig. Voornamelijk modellen die focussen op meer globale in plaats van lokale processen. 

Weerballonnen zijn niet de enige manier waarop informatie verzameld kan worden. Een groep onderzoekers van de Universiteit van Columbia verdiepte zich in de mogelijke oorzaken van de extreme hittegolf van 2021 in Noord-Amerika. Na het bestuderen van dit specifieke evenement kunnen Samuel Bartusek en zijn collega’s nu de factoren aanwijzen die hiertoe hebben geleid. Hoe meer informatie wetenschappers kunnen verzamelen over één specifieke storm of hittegolf, hoe beter ze hun weermodel kunnen maken. 

Als dat model dan af is, kunnen ze het gebruiken om specifieke hittegolven tientallen jaren in de toekomst te voorspellen. In hun publicatie in Nature Climate Change van 2022 waarschuwen ze dat er gemeenschappen zullen zijn die niet goed voorbereid zullen zijn op extreem weer. Deze lange termijn weersvoorspellingen worden door deze onderzoekers dan ook als belangrijk gereedschap gezien om gemeenschappen op tijd te waarschuwen.

Waarom werken de lange termijn modellen nog niet? Richard Bintanja, klimaatonderzoeker, schreef voor het KNMI dat we vooral de variabiliteit in het klimaat nog niet zo goed begrijpen in een uitleg over klimaat fluctuaties op hun website. Met variabiliteit wordt de chaos van de natuur bedoeld. De natuur is in zichzelf niet erg consequent. In Nederland kunnen we het ene jaar een stormachtige herfst hebben en het volgende jaar lekker nazomerweer hebben. Deze natuurlijke verschillen zijn moeilijk te voorspellen.

Niet elk soort weer is even moeilijk te voorspellen. Sem Vijverberg, technisch directeur van Beyond Weather waar ze werken aan lange (tot zes maanden) weersvoorspellingen voor bedrijven en overheden gaat hier verder op in in een interview. “Als het vandaag warm is, is het waarschijnlijk morgen ook warm, terwijl als het nu stortregent dan kan het over een uur alweer droog zijn.”. Omdat regen sneller weer voorbij is, is het minder voorspelbaar dan temperatuur. Het verschil ligt aan de schaal van de processen, regen is sterk afhankelijk van kleine lokale processen en de temperatuur vooral van grote continentale processen, zoals de zeestromingen. Deze lokale en continentale processen worden allebei verwerkt in modellen.

Hoe meer je wil inzoomen met een model, hoe meer computerkracht daarvoor nodig is. De huidige computers zijn wel goed, maar er zit een limiet aan en dat vermindert de kracht en nauwkeurigheid van de huidige modellen, stelt Vijverberg. Vanwege deze limiet is het lastig om het weer goed te voorspellen over de komende weken, laat staan komende jaren voor één land. 

In oktober komt het KNMI weer met de nieuwste klimaatvoorspelling voor de komende 50 jaar. Deze voorspelling laat niet het weerbericht zien voor de komende jaren maar meer de algemene trend in het Nederlandse weer. Als er nog betere computers en dus weermodellen komen dan weten we wellicht waar het de komende zomers warm en droog wordt en kan je alvast je vakantie boeken. Maar zover is het nog niet.