7. De atmosfeer wordt doorgerekend
 
In hoofdstuk 6 hebben we gezien dat HARMONIE eerst een zo goed mogelijke beginsituatie van de atmosfeer samenstelt. Vanaf dat moment
kan het model beginnen met rekenen. HARMONIE probeert te berekenen hoe de toestand van de atmosfeer zich in de tijd zal ontwikkelen.
Het model probeert daarbij de natuurkundige processen in de atmosfeer zo goed mogelijk na te bootsen.
 
Stap voor stap vooruit in de tijd  
Het model berekent niet in één keer wat het weer over meerdere uren zal zijn. De berekening wordt stap voor stap uitgevoerd. Bij iedere stap
wordt opnieuw gekeken hoe de toestand van de atmosfeer verandert. De berekende waarden worden vervolgens gebruikt als uitgangspunt voor
de volgende stap. Op deze manier ontstaat een ontwikkeling van de atmosfeer door de tijd. Je kunt dit vereenvoudigd voorstellen als: 
 
HUIDIGE TOESTAND > tijdstap 1  > tijdstap 2   > tijdstap 3   > tijdstap 4  > tijdstap 5  > tijdstap 6  TOEKOMSTIGE TOESTAND
 
Na iedere tijdstap wordt de toestand van de atmosfeer opnieuw berekend. De nieuwe toestand vormt vervolgens het uitgangspunt voor de
volgende berekening. Op die manier wordt de verwachting steeds verder vooruitgeschoven. 
 
  Klimaatmodellen zijn systemen van differentiaalvergelijkingen gebaseerd op de fundamentele wetten van de natuurkunde, vloeistofbeweging en
  scheikunde. Om een ​​model te "draaien", verdelen wetenschappers de planeet in een driedimensionaal raster, passen ze de basisvergelijkingen
  toe en evalueren ze de resultaten. Atmosferische modellen berekenen winden, warmteoverdracht, straling, relatieve luchtvochtigheid en 
  oppervlaktehydrologie binnen elke rastercel en beoordelen de interacties met naburige punten.Bron:
  NOAA (2007) – Schematic for Global Atmospheric Model.
 
Wat wordt er berekend? 
Op de verschillende roosterpunten en in de verticale lagen worden verschillende eigenschappen van de atmosfeer berekend. Denk bijvoorbeeld aan: 
 
temperatuur  luchtdruk  vochtigheid  windrichting  windsnelheid  bewolking  neerslag 
 
Deze eigenschappen staan niet los van elkaar. Een verandering in temperatuur kan bijvoorbeeld invloed hebben op de hoeveelheid vocht die de
lucht kan bevatten. Veranderingen in vochtigheid kunnen weer invloed hebben op bewolking en neerslag. Het model probeert deze processen gezamenlijk te berekenen. 
 
De atmosfeer verandert voortdurend 
De atmosfeer is voortdurend in beweging. Lucht stroomt van de ene plaats naar de andere. Warme lucht kan opstijgen en koudere lucht kan
dalen. Vocht wordt door de lucht verplaatst en water kan in de atmosfeer van toestand veranderen. Ook de wind kan met de hoogte veranderen.
HARMONIE probeert deze veranderingen met behulp van natuurkundige berekeningen zo goed mogelijk te beschrijven. 
 
De roosterpunten beïnvloeden elkaar 
Een belangrijk onderdeel van de berekening is dat de roosterpunten niet als afzonderlijke punten worden behandeld. De toestand van de atmosfeer op één plaats heeft invloed op de omgeving. Lucht beweegt immers door het modelgebied en neemt daarbij onder andere warmte en vocht mee.
Hierdoor ontstaat een voortdurende uitwisseling tussen de verschillende delen van het rekengebied. Dit is ook een belangrijke reden waarom de berekening zo uitgebreid is. HARMONIE moet niet alleen voor ieder roosterpunt afzonderlijk waarden berekenen, maar ook rekening houden met
de veranderingen in de omgeving.
 
Ook de verticale beweging is belangrijk 
De berekening vindt niet alleen horizontaal plaats. Zoals we in hoofdstuk-2 hebben gezien, bestaat de atmosfeer uit verschillende verticale lagen.
Lucht kan tussen deze lagen bewegen. Daarbij kunnen temperatuur en vochtigheid veranderen. Een voorbeeld hiervan is opstijgende lucht.
Wanneer lucht opstijgt, komt deze in een omgeving met een lagere luchtdruk. De lucht kan daardoor afkoelen.
 
Wanneer voldoende vocht aanwezig is, kan vervolgens condensatie ontstaan en kunnen er wolken worden gevormd.
 
 Dit soort processen moet het model in zijn berekeningen meenemen. 
 
De rol van het aardoppervlak  
De atmosfeer staat bovendien voortdurend in contact met het aardoppervlak. Land en water reageren anders op zonnestraling.
De zee warmt bijvoorbeeld anders op dan land en koelt ook anders af. Ook de eigenschappen van het oppervlak spelen een rol. Denk aan:  
 
- land, zee, vegetatie, bodem, stedelijke gebieden en sneeuw of ijs.  
 
Deze verschillen beïnvloeden de temperatuur en vochtigheid van de onderste luchtlagen en daarmee uiteindelijk ook de ontwikkeling van
het weer.  
 
Van enorme hoeveelheid berekeningen naar een weerkaart 
Tijdens een modelrun worden enorme hoeveelheden gegevens berekend. De computer heeft uiteindelijk informatie over de atmosferische
toestand op een groot aantal plaatsen, hoogtes en tijdstippen. Voor een meteoroloog of weerliefhebber is het natuurlijk niet praktisch om al
deze afzonderlijke waarden te bekijken. Daarom worden de berekende gegevens verwerkt tot weerkaarten. Daaruit kunnen bijvoorbeeld kaarten worden gemaakt van:
 
temperatuur, luchtdruk, wind, windstoten, bewolking, neerslag en andere meteorologische parameters. 
 
Een weerkaart die je op een website ziet, is dus eigenlijk een weergave van een klein deel van de enorme hoeveelheid gegevens die het model
heeft berekend.
 
Een belangrijke beperking
Hoewel HARMONIE zeer uitgebreide berekeningen uitvoert, blijft het een model van de werkelijkheid. Niet ieder atmosferisch proces kan exact worden berekend. Sommige processen zijn kleiner dan de roosterafstand van het model. Andere processen zijn zo complex dat ze met vereenvoudigde beschrijvingen moeten worden weergegeven. Daarnaast kan de beginsituatie nooit volledig foutloos zijn. Daarom moet een modelverwachting altijd worden gezien als een berekende verwachting, en niet als een garantie dat het weer precies zo zal verlopen
 
Van berekening naar verwachting
Tijdens de modelrun wordt een enorme hoeveelheid informatie berekend. Voor ieder tijdstip en voor veel verschillende plaatsen en hoogtes
worden waarden opgeslagen. Die informatie kan vervolgens worden gebruikt om verschillende soorten weerkaarten te maken. Een kaart kan bijvoorbeeld de berekende temperatuur laten zien, terwijl een andere kaart de wind of neerslag weergeeft. Het proces dat we tot nu toe hebben besproken kan nu als één geheel worden weergegeven:
 
WAARNEMINGEN
  BEGINSITUATIE >  HARMONIE BEREKENT DE ATMOSFEER >  KLEINE TIJDSTAPPEN >  NIEUWE ATMOSFERISCHE TOESTAND >
WEERKAARTEN - WEERSVERWACHTING
 
En daar stopt het proces niet. Nieuwe waarnemingen blijven binnenkomen en bij een volgende modelrun wordt opnieuw een zo goed mogelijke beginsituatie gemaakt. Het model blijft daardoor steeds opnieuw proberen de ontwikkeling van de atmosfeer te berekenen.
 
Samengevat 
HARMONIE begint met de actuele beginsituatie en rekent vervolgens stap voor stap vooruit. Daarbij worden de veranderingen in temperatuur, vochtigheid, wind, luchtdruk, bewolking en neerslag berekend. Zo ontstaat een berekende ontwikkeling van de atmosfeer in de tijd. 
 
← Hoofdstuk 6 Index Harmonie Hoofdstuk 8 →