En regnmåler i naboens hage kan gi mer presise værmeldinger

17.09.2020

Med klimaendringer kommer mer lokal og intens nedbør. Da må vi også foreta mer lokale målinger for å gjøre riktige overvannstiltak, mener VA-ingeniør Daniel Prince i COWI.

Nedbøren i Norge har økt med omtrent 20 prosent siden 1900, og foreløpige estimater antyder at den kommer til å øke med ytterligere 10 til 20 prosent mot slutten av århundret, ifølge Meteorologisk institutt.

I Oslo har den årlige timenedbøren – hvor mye regn som faller i løpet av en time - økt med ca. 60 prosent på 50 år. Årsnedbøren og den kraftigste døgnnedbøren har økt med cirka 30 prosent på Blindern på tilsvarende tidsperiode. Mye av nedbøren som kommer er også lokal. Noen ganger veldig lokal.

– Spesielt for intens nedbør kan dette variere veldig. Fire-fem kvartaler unna der du bor kan det regne veldig mye, mens du står i hagen din og er tørr på beina. Dette skjer spesielt i urbane miljøer hvor hydrologien er litt annerledes enn på bygda.

I byer er det en hel del tette flater som gjør at man får kort konsentrasjonstid i nedbørsfeltene, noe som vil si at veldig mye vann hoper seg opp på konkrete steder i bybildet. Vann renner fort igjennom og det er store helningsforskjeller i byene.

– En kombinasjon av kort konsentrasjonstid og endringer i helninger gjør at flom kan forekomme andre steder enn man først hadde forutsett. Med mer lokale målinger vil man kunne unngå dette fordi vi får et bedre datagrunnlag.

Ikke nok offentlige målestasjoner

I masteroppgaven til Prince fra NMBU undersøkte sivilingeniøren hvordan man kunne få enda mer presise nedbørskart enn det vi har i dag. Ved å bruke såkalte "opportunistiske nettverk”, som er eksisterende nettverk som eies og driftes av tredjeparter, så han at man kunne oppnå mye mer presise målinger lokalt.

– Det er ikke nok offentlige målestasjoner til å måle på den skalaen vi ønsker. Når vi modellerer så jobber vi i veldig finskala. Per nå er de aller fleste steder i Norge ikke finskalerte nok. De har ikke høy nok oppløsning på målingene. Det man tradisjonelt har gjort er at man tar et større område og antar at det regner like mye over alt. Da vil man automatisk få et unøyaktig resultat, sier Prince.

En stor del av oppgaven for Daniel har vært å lage nedbørskart og finne ut hvor stor andel av variasjonen innad i nettverket skyldes variasjon i nedbør og hvor mye som skyldes unøyaktigheter på sensorene.

– Dette er vanskelig å estimere uten en lengre måleperiode med flere nedbørshendelser. Det fine er at vi kan lage nøyaktige lokale overvannstiltak om vi har flere datagrunnlag å bygge på. Vi blir bedre rustet til å ta hånd om nedbøren der den faktisk faller. Kostnaden er også veldig liten, da man ikke trenger noen kapitalinvesteringer, målerne blir jo kjøpt privat og mobilmastene står der allerede.

Over 600 private “regnmålere” i Oslo

For å få et mer sannferdig bilde av nedbørsituasjonen i urbane miljøer, valgte Daniel Prince å også se på tredjepartsdata.

Løsningene han foreslår kommer fra et noe uventet hold, for eksempel ved bruk av personlige nedbørmålere man setter i hagen og på terrassen sin.

– Du kan kjøpe de på Clas Ohlson og de er veldig rimelige. I tillegg muliggjør leverandøren at brukeren enkelt kan dele data offentlig. Sist jeg undersøkte var det over 600 personlige målestasjoner rundt omkring i Osloregionen. Til sammenlikning er det 46 værstasjoner som måler nedbør fordelt på Oslo kommune, Meteorologisk institutt, og andre offentlige etater.

Science fiction-målere

En annen løsning for nedbørsmålinger som Daniel har undersøkt går ut på å benytte seg av signalene som går mellom mobilmaster som fanger opp signaler fra mobilen din.

– Denne løsningen er litt mer sci-fi. Teleselskapene logger kontinuerlig signaltap mellom master for eksempel for å identifisere når og hvor det er dårlig dekning. Grunnet forholdet mellom dråpestørrelser og bølgelengde er signaltapet nærmest en lineær funksjon av regnintensitet mellom mastene. Sammen med informasjon om frekvens og polarisering kan da signaltapet gi et ganske bra estimat for nedbør, og mobilnettet forvandles til et nedbørsnettverk med anslagsvis 6000 målere nasjonalt mot Meteorologisk institutt sine 727.

Skrå målere

Løsningene er likevel fremdeles på forskningsplan. Å få tak i data fra teleselskapene er lettere sagt enn gjort grunnet sikkerhetshensyn. De personlige målerne kommer heller ikke uten utfordringer.

– Hovedutfordringen med hagemålere er at man må finne bedre metoder for å luke ut de som måler feil. Personlige målestasjoner er produsert av billige komponenter og kan ofte være plassert feil, f.eks. under trær eller på skrå. De kan da gjerne måle feil eller ikke måle i det hele tatt, noe som fører til at man ikke kan anvende tradisjonelle kvalitetskontrollalgoritmer.

Eksplosjon i antall målere

Siden 2010 har mengden personlige målestasjoner eksplodert, og over en tremåneders loggeperiode hvor Prince hentet dataene så han også en jevn økning av tilkoblede målere.

– Det er klart at denne teknologien har kommet for å bli, og det eneste som gjenstår for å utnytte den fullt ut er å utvikle algoritmer som kan dra nytte av den høye nettverkstettheten for å kvalitetssikre målingene.

For løsningen med mobilmaster har man litt mer jobb i vente.

– Første steg blir å sikre tilgang til nettverkenes meta- og signaltapsdata på en måte som ivaretar sikkerhetshensyn, for eksempel gjennom et samarbeid mellom Norges kommunikasjonsmyndighet (NKOM) og Meteorologisk institutt (MET). Deretter må man utvikle egne kartleggingsalgoritmer som tar hensyn til at målingene representerer linjer og ikke punkt. Forhåpentligvis kommer vi dit en dag.

Spredningkart i Osloregionen hvor vi ser tettheten av nedbørmålere fra ¼ av mobilnettet (CML), kommunen og metrologisk institutt (MET), og de private hagemålerne (NETATMO).