Eerste testmeting in duinpan geslaagd
Reinout van den BornEen ultrasone windmeter behoort sinds kort tot het pakket aan meetapparatuur dat vrieskoujagers Pieter Bliek en Karel Holvoet tot hun beschikking hebben. In de nacht van dinsdag op woensdag deed Pieter er zijn eerste testmeting mee.
Die eerste testmeting speelde zich in duinpan Bol 2 in het Bergense bos af. Vrieskoujager Pieter Bliek had hier vlak voor zonsondergang zijn meetapparatuur opgesteld, om de effecten van windverstoringen en ook de netto-uitstralingen te meten. Doel was uit te zoeken welke effecten deze parameters op het nachtelijk temperatuurverloop hebben.
Hoewel het de gehele nacht bleef waaien en er geen koudepoel in de duinpan ontstond, waardoor de temperatuur boven het vriespunt bleef, spreekt de vrieskoujager toch van een geslaagde test.
Het aantal meetinstrumenten neemt toe
Anderhalf uur voor zonsondergang arriveerde Pieter met zijn auto nabij duinpan Bol 2. ‘Het was een paar keer op en neer lopen van de auto naar de duinpan om alle apparatuur daar te krijgen. Ik heb intussen heel wat meetinstrumenten bij elkaar verzameld en dankzij alle sponsoren die dit vrieskouproject een warm hart toedragen, worden het er steeds meer’, zegt de vrieskoujager.
Het opstellen en installeren van alle instrumenten is een precisiewerkje en neemt al snel een uur in beslag. Een van de belangrijkste instrumenten is de ultrasone windmeter die uiterst nauwkeurig meet. ‘Tussen 4 sensoren gaat een geluidsgolf die er bij windstil weer exact een bepaalde tijd over doet. Als het waait, bereikt die geluidsgolf de tegenovergestelde sensor eerder. Het tijdsverschil wordt uitgedrukt in windsnelheid en is een stuk nauwkeuriger dan een gewone windmeter, die met cupjes werkt, die draaien op de wind’, legt Pieter uit.
Voorheen gebruikte de vrieskoujager hiervoor gewone windmetertjes, maar die waren een stuk minder nauwkeurig en zijn niet in staat elk windzuchtje te vangen. ‘En dat is wel precies wat we nodig hebben om te onderzoeken welke effecten de windverstoringen hebben op het nachtelijk temperatuurverloop in de duinpannen.’
Aansluiten op datalogger was een hele klus
De ultrasone windmeter is op een datalogger aangesloten waaraan ook de netto-radiometer is gekoppeld. De datalogger en sensoren worden met een accu gevoed, want in de duinpan is uiteraard geen stroombron aanwezig.
Het aansluiten van de windmeter op de datalogger was nog een hele klus. Om dat voor elkaar te krijgen, heeft Pieter de hulp ingeroepen van Rob ter Brake, van RMA Hydromet in Hellendoorn. Het bedrijf is gespecialiseerd is in meetapparatuur voor waterbeheer en meteorologische toepassingen, die op dataloggers van Nederlandse makelij kunnen worden aangesloten.
‘De datalogger heb ik een paar jaar geleden al aangeschaft. Dat was toen nodig om de data van de netto-radiometer op te slaan. Toen ik die ultrasone windmeter een poosje geleden uit Duitsland kreeg, was het de vraag hoe ik de data daarvan moest opslaan. Nog een datalogger aanschaffen, is meteen weer een behoorlijke uitgave. Maar gelukkig was dat niet nodig, want de windsensor kon volgens Rob op dezelfde datalogger worden aangesloten en tegelijkertijd met de netto-radiometer meten. Er hoefde alleen een extra kaart in de datalogger worden geprikt en een extra kabel aan te worden gemaakt, die met de windsensor wordt verbonden. Als de accu volledig is opgeladen, kunnen beide sensoren hier de hele nacht op functioneren.’
Er was ook een digitale uitdaging
Naast deze technische uitdaging was er ook nog een digitale uitdaging, want de vraag die de vrieskoujager zich stelde, was hoe de netto-radiometer tegelijkertijd met de ultrasone windmeter kon meten. De radiometer, die de inkomende kort- en langgolvige en uitgaande straling meet, doet dat in een andere frequentie dan de ultrasone windmeter. De stralingsmeter is ingesteld om elke minuut een meting te doen. Om elk windzuchtje te kunnen vangen, moet de windsensor 4 keer per seconde een meting doen. ‘Tsja, zie de metingen van beide sensoren maar eens in een Excelsheet op te slaan. Want in elke minuut zitten 60 seconden, maal 4 keer per seconde. Dat is maar liefst 240 metingen per minuut.’
Maar ook daar had Rob een oplossing voor. Dus moest de vrieskoujager met zijn datalogger en meetinstrumenten een keer op en neer naar Hellendoorn in Oost-Nederland. Rob wist de sensoren zo aan te sluiten en op elkaar af te stemmen dat ze tegelijkertijd op dezelfde accu kunnen meten en de data in hetzelfde Excelsheet worden opgeslagen. ‘Een stukje vakwerk waar je een puntje aan kunt zuigen!’ Aan de datalogger zit een schakelaar die, zodra je deze omzet, de metingen van beide sensoren precies op hetzelfde moment laat beginnen.
Van dinsdag op woensdagnacht hebben de meetinstrumenten ruim 14 uur achtereen gemeten. Doordat de windmeter, in tegenstelling tot de netto-radiometer, niet verwarmd hoeft te worden om condensatie op de sensoren te voorkomen, kunnen beide meetinstrumenten op dezelfde accu draaien. ‘De geluidsgolven van de ultrasone windmeter, die je als je goed luistert, kunt horen knetteren, zijn niet gevoelig voor condensatie.’
De volgende ochtend was Pieter er alweer vroeg bij
De volgende ochtend, nog voor de zon achter de horizon tevoorschijn komt, is de vrieskoujager alweer in de duinpan te vinden, om daar de meetapparatuur weg te halen. Naast de ultrasone windmeter, die op een speciaal gemaakt statief staat, en de netto-radiometer, die op een hoogte van 20 centimeter boven de grond de inkomende en uitgaande straling meet, staat nog meer apparatuur opgesteld.
‘We meten ook de temperaturen en de luchtvochtigheid op 10 centimeter hoogte en op anderhalve meter hoogte, in en op de rand van de duinpan, alsmede het temperatuurverloop op 5 en op 2 centimeter diepte. Om later exact de energiebalans te kunnen berekenen, heb ik ook sensoren op en vlak boven het oppervlak geplaatst. En in de bodem zitten op beide dieptes sensoren die de warmtestroom en de richting daarvan in Watt per vierkante meter registreren.’
Na de apparatuur uit de duinpan te hebben weggehaald, is de datalogger thuis op de computer uitgelezen, evenals de overige meetapparatuur. Op de bodem van de duinpan werd aan de grond een minimumtemperatuur van 1,7 graden gemeten. Op anderhalve meter bleef het met 2,8 graden iets warmer. De luchtvochtigheid bedroeg 93 procent.
De eerste resultaten
Op dieptes van 5 en 2 centimeter werden in de grond minimumtemperaturen van respectievelijk 5,7 en 4,7 graden gemeten. Op 5 centimeter diepte bedroeg de bodemtemperatuur een hele graad meer dan op centimeter hoogte. Aan het oppervlak bedroeg de minimumtemperatuur 3,7 graden. ‘Dus hoe dichter je bij het oppervlak komt, des te lager is de temperatuur. De bodem staat gedurende de nachtelijke afkoeling energie aan de lucht af. Daardoor is het aan het oppervlak kouder dan in de bodem’, legt de vrieskoujager uit. ‘Hoe dieper je gaat, des te hoger de bodemtemperatuur. Welke effecten de warmteafgifte aan de lucht in de duinpan heeft, is onderwerp van nader onderzoek.’
Op een millimeter boven het oppervlak werd een minimumtemperatuur van 2,2 graden gemeten. Het temperatuurverschil tussen het oppervlak en een millimeter daarboven bedroeg dus anderhalve graad. ‘Samen met de warmtestroom kunnen we later exact de energiebalans van de bodem berekenen.’
Door een stevig briesje vanuit oostelijk tot noordoostelijke richting kwam het van dinsdag op woensdagnacht niet tot vorst in duinpan Bol 2. De vrieskoujager: ‘De wind was met 3 Beaufort net iets teveel om een stabiele koudepoel te laten ontstaan, met daarin ontkoppeling van de landelijke omgeving. De lucht werd door de aanhoudende wind telkens gemixt, waardoor deze niet verder kon afkoelen.’
Geen zaagtand
De temperatuurcurve in de duinpan liet echter geen snel op en neer bewegende zaagtandfiguur zien. Dat kwam door de gelijkmatige wind. De met de ultrasone windmeter in de duinpannen gemeten windsnelheden waren dan ook niet grillig.
Door de beschutte ligging tussen de duintoppen rondom de pan waaide het minder hard dan daarbuiten. De gemiddelde windsnelheden bedroegen tussen 0,5 en 0,7 meter per seconde, met uitschieters naar 2,0 en 2,6 meter per seconde. Tegen middernacht werd een uitschietertje van 3,63 meter per seconde gemeten.
De metingen zijn met een resolutie van 0,01 meter per seconde uiterst nauwkeurig. ‘Zo kunnen we elke windzuchtje vangen en bij windstil of heel weinig wind de effecten ervan op het nachtelijk temperatuurverloop onderzoeken. Op basis van deze analyse kunnen we in een later stadium een simulatiemodel bouwen waarmee het temperatuurverloop in duinpannen bij bepaalde weersomstandigheden kan worden voorspeld.’
Ondanks gebrek aan koudepoel toch succes
Hoewel er bij de eerste testmeting geen koudepoel ontstond noemt de vrieskoujager het experiment toch geslaagd. ‘We weten nu dat, als er de gehele nacht een windkracht 3 waait, er geen koudepoelen in de duinpannen kunnen ontstaan, omdat er dan teveel luchtmening plaatsvindt.’
Toch deed Pieter een opmerkelijke ontdekking. Rond 01:40 uur schoof woensdag op 8 kilometer hoogte een wolkenveld over de duinpan. Daarvoor en daarna was het nagenoeg helder, op flarden hoge sluierbewolking na. De netto-radiometer registreerde toen een netto-uitstraling van tussen -70 en -76 Watt per vierkante meter.
Op het tijdstip dat het wolkenveld overdreef, verminderde die uitstraling en liep toen even op naar een uitstraling van -42 Watt. ‘Het opvallende was dat de temperatuur, die daarvoor aan de grond met 3,6 tot 3,7 graden de hele tijd stabiel was, op exact hetzelfde moment dat het wolkenveld rond 01:40 uur overtrok, kortstondig steeg naar 3,9 tot 4,0 graden. Een vermindering van de uitstraling van 30 Watt resulteert dus in een temperatuurstijging van 0,3 graden. Doordat de wind op dat moment ook eventjes aantrok, tot snelheden van tussen 1,2 en 1,3 meter per seconde, was het afkoelingseffect daarvan verwaarloosbaar en kon de temperatuurstijging dus volledig aan de terugkaatsing van het overtrekkende wolkenveld worden toegeschreven.’
De nacht erop was gunstiger
De volgende nacht, van woensdag op donderdag, ontstond in duinpan Bol 2 wel een koudepoel. De minimumtemperatuur daalde tot -4,21 graden op anderhalve meter en tot -4,62 graden aan de grond. En de temperatuurcurve toonde onder een kraakheldere hemel meerdere pieken en dalen, hetgeen wijst op meerdere windverstoringen, waarna de wind weer ging liggen en de koudepoel zich kon herstellen.
‘Het was ontzettend jammer dat ik de apparatuur die nacht niet had opgesteld. Want dan had ik heel mooi kunnen zien bij welke minimale windsnelheden er een koudepoel ontstaat en bij welke windsnelheden de koudepoel wordt opgeschud. En ook hoe lang het daarna weer duurt voordat het afkoelingsproces is hersteld. Maar niet getreurd, de meteorologische lente is pas net begonnen, met al die te verwachten hogedrukblokkades in het verschiet. Er komen vast en zeker nog vele koude nachten met windstil weer om de meetapparatuur in duinpannen op te stellen en voor het simulatiemodel data te verzamelen.’
Met dank aan Apogee Instruments voor het sponsoren van de netto-radiometer type SN-500, voor het meten van inkomende kort- en langgolvige straling. Zie voor meer informatie: https://www.apogeeinstruments.com
En speciale dank aan Rob ter Brake van RMA Hydromet voor zijn deskundigheid en engelengeduld bij het aansluiten en programmeren van de netto-radiometer en ultrasone windmeter aan de datalogger. Voor meer informatie over de producten en dienstverlening van RMA Hydromet zie: https://rmahydromet.nl
Voeg weerverteller.nl toe aan het startscherm van je telefoon
Mis ook deze verhalen niet:
Volg ons ook op facebook, X, Instagram en Bluesky!
Jouw foto op Weerverteller.nl?
Stuur je foto naar foto@weerverteller.nl, of via X met de vermelding van @weerverteller
