Een digitale zoektocht naar nieuwe duinpannen

Foto boven: De duinpannen 'onder water' - IHE Institute for Water Education

Hoe vind je alle duinpannen in de Schoorlse duinen? Om daar achter te komen, hebben vrieskoujagers Pieter Bliek en Karel Holvoet de hulp ingeroepen van universitair hoofddocent Open Science & Digital Innovation Hans van der Kwast en een oud-student van het IHE Institute for Water Education in Delft.

Zij ondersteunen de vrieskoujagers bij het automatisch opsporen en in kaart brengen van duinpannen. Dat is nodig voor het maken van een simulatiemodel waarmee uiteindelijk voorspellingen kunnen worden gedaan van het nachtelijke temperatuurverloop in de verschillende microklimaten. De duinpannen worden daarbij digitaal onder water gezet.

De duinpannen 'onder water' - IHE Institute for Water Education

Toen vrieskoujagers Pieter Bliek en de Vlaming Karel Holvoet in 2021 besloten samen naar vrieskou op jacht te gaan, plaatsten ze in duinpannen langs de Nederlandse, Belgische en Franse kust tientallen weerhutjes met digitale thermometers.

Advertentie

Aanvankelijk vond Karel de duinpannen

De duinpannen werden aanvankelijk allemaal door Karel gevonden. Urenlang speurde hij met het blote oog digitale hoogtekaarten van de kust af, op zoek naar de diepste en mooiste exemplaren. Vervolgens gingen Pieter en hij op pad om de gevonden pannen te inspecteren. Als een duinpan geschikt bleek, werd er een weerhutje met meetapparatuur in geplaatst.

Pieter: ‘Soms vonden we tijdens zo’n zoektocht per toeval een mooie duinpan die Karel in eerste instantie niet op de hoogtekaarten had ontdekt. Daar plaatsten we dan ook een weerhutje. Een voorbeeld daarvan is de diepe duinpan in de zeereep bij Castricum aan Zee, waar inmiddels een live station staat waarmee we het temperatuurverloop online kunnen volgen.’

In een later stadium raakte ook de Eritrese student Yonas Asfaha van het IHE Delft bij het onderzoek betrokken. Hij studeerde af op zijn masterthesis Investigating the effects of internal geomorphology and external drivers of the nocturnal cold air pooling in Dutch dune slacks using remote sensing and GIS analysis. Ook Yonas wist een aantal interessante duinpannen te vinden.

Hans van der Kwast zoekt digitaal naar nieuwe duinpannen - Pieter Bliek

Geomorfologie van de pannen beïnvloedt het temperatuurverloop

Een van zijn bevindingen is dat de geomorfologie van duinpannen invloed heeft op het nachtelijke temperatuurverloop. Parameters als de vorm en diepte van de pan, de hoeveelheid lucht die erin zit, de sky view factor (de hoeveelheid lucht met vrij uitzicht die erboven zit), de bodemgesteldheid, de afstand tot zee en de vegetatie spelen daarbij een rol.

Advertentie

Pieter: ‘Welke invloeden het grootste effect hebben, moet nog nader worden onderzocht. Wel lijkt duidelijk dat de ene parameter een grotere invloed heeft dan de andere. Sommige parameters versterken elkaar en zorgen voor extra sterke afkoeling, terwijl andere de afkoeling juist temperen.’

Op zoek naar nieuwe duinpannen

Om dat verder te onderzoeken, is het noodzakelijk om het nachtelijke temperatuurverloop in meerdere duinpannen binnen één duingebied tijdens ideale weersomstandigheden gelijktijdig te meten. Maar daarvoor moeten al die duinpannen natuurlijk wel eerst worden gevonden.

‘En dat is nog niet zo eenvoudig,’ zegt Pieter. ‘De Schoorlse duinen van Staatsbosbeheer zijn enorm en vormen het breedste duingebied langs de Nederlandse kust. Met het blote oog alle duinpannen op digitale reliëfkaarten zoeken, is eigenlijk onbegonnen werk. Samen met Hans en Yonas van het wateronderzoeksinstituut IHE in Delft en GIS-consultant Kornika ontwikkelden we daarom een ingenieuze methode om de duinpannen automatisch op te sporen.’

Het landschap digitaal onder water

Hans legt uit hoe de methode werkt. ‘Voor dit onderzoek wordt gebruikgemaakt van het Actueel Hoogtemodel Nederland (AHN) in zijn oorspronkelijke vorm: puntenwolken. Dit zijn zeer gedetailleerde 3D-datasets die ontstaan doordat een laserscanner vanuit een vliegtuig miljoenen laserpulsen naar het aardoppervlak stuurt. Elke teruggekaatste puls levert een meetpunt op met een exacte X-, Y- en Z-coördinaat. Samen vormen al die punten een zeer nauwkeurige driedimensionale weergave van het landschap.’

Met behulp van open-source GIS-software, zoals QGIS, worden vervolgens alle hoogtepunten in de puntenwolk ingedeeld in grondpunten en niet-grondpunten, zoals vegetatie en bebouwing. Alleen de grondpunten worden gebruikt om een digitaal terreinmodel te maken.

‘Deze punten worden geïnterpoleerd tot een raster met een resolutie van 25 centimeter, waarin de hoogte van het maaiveld nauwkeurig is vastgelegd. In dit terreinmodel worden de duinpannen vervolgens automatisch gedetecteerd.’

Dat gebeurt op een bijzondere manier: het landschap wordt virtueel met water gevuld. ‘Je kunt het zien als een denkbeeldige regenbui. Alle depressies die zich met water vullen, minstens 1,5 meter diep zijn en een minimale diameter van 3 meter hebben, worden als duinpan aangemerkt. Elke gedetecteerde duinpan krijgt een uniek nummer en kan verder worden geanalyseerd.’

Op deze manier kunnen alle duinpan-gebieden in Nederland systematisch en volledig automatisch in kaart worden gebracht.

Eerste proef in de Schoorlse duinen

Samen met Hans deed Pieter vorige week een eerste poging om met deze methode alle duinpannen in een deel van de Schoorlse duinen te vinden. ‘Uiteindelijk is het de bedoeling om tijdens een heldere en windstille nacht met een drone over de gevonden duinpannen te vliegen en thermische foto’s te maken. Zo kunnen we zien welke duinpannen op een bepaald tijdstip het koudst zijn en welke warmer blijven. Daarvoor is het belangrijk om zoveel mogelijk duinpannen in een zo kort mogelijke periode te fotograferen.’

Het dronebedrijf UwDroneService, dat visuele en thermografische inspecties met drones uitvoert, heeft aangeboden de vrieskoujagers daarbij te helpen. Drone-operator Marc Schouten liet echter weten dat het volledige gebied van de Schoorlse duinen, met een oppervlakte van ongeveer 1800 hectare, te groot is om in één nacht te bevliegen.

‘Het scannen van één hectare grond neemt per drone een aantal minuten in beslag. Per uur kunnen we ongeveer 25 tot 50 hectare scannen.’

Het volledige gebied in één nacht in kaart brengen is dus niet haalbaar. Daarom kwam Pieter met het idee om eerst een kleiner deel van het duingebied te scannen. ‘Als dat goed werkt, kunnen we de resultaten later naar de rest van de Schoorlse duinen extrapoleren.’

De Schoorlse duinen in tegels opgedeeld - IHE Institute for Water Education

61 duinpannen gevonden

Hans maakte hiervoor gebruik van het onlineprogramma GeoTiles van de TU Delft. Via deze website kunnen grote Nederlandse datasets met hoogte- en luchtfotodata in kleinere, hanteerbare stukken worden opgeknipt. Daarbij wordt vooral gebruikgemaakt van gegevens uit het AHN-hoogtebestand.

Nederland is verdeeld in zogenoemde tegels, die op hun beurt in kleinere tegels van 1,25 bij 1,25 kilometer zijn onderverdeeld. Zo’n tegel beslaat 156,25 hectare. Pieter koos voor geotegel met identificatienummer 19AN2_01, midden in het duingebied van de Schoorlse duinen. In dit gebied liggen onder meer de duinpannen Vogelmeer 1 tot en met 4. ‘Het duurde maar een paar minuten om dit gebied digitaal onder water te laten lopen en daarmee alle duinpannen te vinden. In totaal hebben we 61 geschikte duinpannen gevonden.’

Ook de Vogelmeren zijn gevonden, soms met wat hulp

Ook de Vogelmeren werden door het algoritme gevonden, met één uitzondering: Vogelmeer 3. ‘Ik vermoed dat dit komt doordat deze duinpan binnen een andere duinpan ligt en de laagste rand mogelijk net iets lager dan anderhalve meter is.’ Vogelmeer 3 is daarom later handmatig ingetekend en aan de lijst met gevonden duinpannen toegevoegd.

Van alle 61 in geotegel 19AN2_01 gevonden duinpannen is voor de coördinaten het laagste punt gebruikt. Voor de oppervlakte en de vorm van de duinpannen is gekeken naar de laagste rand waarbinnen de pan zich digitaal met water kan vullen voordat het denkbeeldige water over de rand stroomt.

Nu kan een vluchtplan worden gemaakt

‘In een later stadium zullen we met andere algoritmes ook geomorfologische parameters als omtrek, diepte en luchtinhoud in kaart brengen. Voor nu is vooral belangrijk of het mogelijk is om van alle gevonden duinpannen in een zo kort mogelijk tijdsbestek thermische foto’s te maken.’

Pieter heeft drone-operator Marc Schouten van UwDroneService inmiddels de coördinaten van alle duinpannen gegeven. Op basis daarvan kan Marc een vluchtplan maken en bepalen of het mogelijk is om alle pannen binnen maximaal anderhalf uur te fotograferen.

Daarvoor moet eerst officieel toestemming worden verkregen van Staatsbosbeheer om ’s nachts boven het duingebied te mogen vliegen.

Op zoek naar de koudste plekken

De thermische foto’s worden in het infraroodspectrum gemaakt. Marc: ‘Het volledige oppervlak van elke duinpan wordt gefotografeerd, zodat het temperatuurverloop goed zichtbaar wordt. De resolutie van de warmtebeeldcamera is zeer goed. Daardoor kunnen ook vanaf grotere hoogte metingen worden verricht op oppervlakken van slechts enkele vierkante centimeters.’

Op het laagste punt van iedere duinpan wordt vlak voor de dronevlucht een dataloggertje geplaatst. Dat registreert iedere minuut de temperatuur op een hoogte van 10 centimeter boven de bodem. ‘Zo kunnen we achteraf het exacte tijdstip van de infraroodfoto koppelen aan de temperatuur die het dataloggertje op dat moment heeft gemeten. Er zal namelijk een verschil zijn tussen de thermische uitstraling van de bodem en de luchttemperatuur vlak boven de grond. Daarvoor moeten we corrigeren.’

Op basis van alle verzamelde gegevens en de nog nader te bepalen geomorfologische parameters van de duinpannen kan vervolgens een simulatiemodel van het nachtelijke temperatuurverloop worden gemaakt.

De theoretisch berekende waarden worden daarbij met de daadwerkelijk gemeten temperaturen vergeleken, waarbij met de noodzakelijke correcties rekening wordt gehouden. Vervolgens kunnen de resultaten van de 61 duinpannen in geotegel 19AN2_01 worden gebruikt om de temperatuurontwikkeling in de overige delen van de Schoorlse duinen te voorspellen.

Uiteindelijk moet er een simulatiemodel komen

En uiteindelijk moet het onderzoek nog veel verder gaan. ‘Het uiteindelijke doel is om voor alle duingebieden langs de Nederlandse kust een simulatiemodel te maken van het nachtelijke temperatuurverloop in duinpannen. Daarmee kunnen we steeds beter voorspellen waar tijdens heldere, rustige nachten de koudste plekken te vinden zijn.’