We lezen allemaal dagelijks het weerbericht in de krant, op internet of via een WAP-telefoon. Ook via de radio- en tv-zenders worden we voortdurend op de hoogte gehouden van het weer. Informatie over het weer is zo’n vanzelfsprekendheid dat we ons nauwelijks meer afvragen hoe die gegevens worden verzameld. Henriëtte van Norel sprak met Mart de Ras, hoofd Automatisering bij het Knmi in de Bilt.
‘Het Knmi is actief op het gebied van operationele meteorologie, geeft klimatologische voorlichting en doet wetenschappelijk onderzoek. Gegevens die dagelijks vanuit de hele wereld naar het Knmi worden overgezonden worden met behulp van een netwerk van computers verwerkt tot waardevolle informatie voor zeer uiteenlopende doelgroepen. In het geval van operationele meteorologie wordt de verzamelde informatie gebruikt voor onder andere veiligheidstaken en algemene publieksvoorlichting. Van oudsher wordt ook de lucht- en scheepvaart in verband met hoge veiligheidsbelangen dagelijks van informatie voorzien door het Knmi. Een andere taak is klimatologische voorlichting. Daarbij houden we ons uitsluitend bezig met weer uit het verleden. Behalve de onderzoeksafdelingen van het Knmi, maken ook instituten zoals justitie en verzekeringsmaatschappijen gebruik van de gegevens die bij het Knmi liggen opgeslagen", aldus De Ras. De onderzoeksafdelingen gebruiken de gegevens vooral ten behoeve van onderzoek naar historische klimaatreeksen om te zien of er trends kunnen worden ontdekt. Andere belangrijke onderwerpen waar voortdurend onderzoek naar wordt gedaan zijn klimaatschommelingen in de wereld, het broeikaseffect en het gat in de ozonlaag. Verder is ook seismologisch onderzoek (aardbevingen en dergelijke) een taak van het Knmi.
Geen commerciële taken meer
"Sinds 1995 opereert het Knmi als een agentschap van het ministerie van Verkeer & Waterstaat. Als nationaal kennisinstituut op het gebied van weer, klimaat en seismologie richten we ons dus nog uitsluitend op publieke taken zoals weerverwachting en waarschuwingen, monitoring van het klimaat, inwinnen en leveren van meteorologische data en zorgdragen voor de benodigde infrastructuur, modelontwikkeling, luchtvaartmeteorologie, wetenschappelijk onderzoek op het gebied van weer, klimaat en seismologie en publieksvoorlichting. Alle commerciële taken heeft het Knmi enkele jaren geleden afgestoten omdat deze niet behoorde tot haar kernactiviteiten", volgens De Ras. De commerciële taken zijn ondergebracht bij volledig zelfstandig opererende organisaties zoals Hws en Meteoconsult. Voor alle gegevens die het Knmi dagelijks verstrekt aan derden worden uitsluitend verstrekkingskosten in rekening gebracht. Instituten als Hws en Meteoconsult zorgen ervoor dat de gegevens worden omgezet in bijvoorbeeld gespecialiseerde berichten voor specifieke doelgroepen.
Internationaal netwerk
Elk meteorologisch instituut in de wereld is lid van de World Meteorological Organisation (WMO). Al ruim honderd jaar wisselen al deze meteorologische instituten dagelijks data uit met behulp van een gts-netwerk (Global Telecommunication System). In geïndustrialiseerde landen gaat dat met behulp van moderne netwerktechnologie. Meteorologische instituten in ontwikkelingslanden daarentegen, die nog niet over deze moderne netwerktechnologie beschikken, maken vaak nog gebruik van het oorspronkelijke telexnetwerk. Het uitwisselen van alle soorten van gegevens tussen de verschillende instituten gaat op basis van internationale gestandaardiseerde afspraken die worden vastgelegd door de WMO. Dit instituut draagt er ook zorg voor dat de gemaakte afspraken voortdurend up-to-date blijven.
Om alle doelgroepen te kunnen voorzien van de gevraagde informatie komt er dagelijks zo’n vijf gigabyte aan ruwe gegevens binnen die moeten worden omgezet in producten zoals een weerbericht of een onderzoeksrapport. Voor een deel zijn deze gegevens afkomstig van het eigen meetnet van het Knmi, dat bestaat uit zo’n veertig, vrijwel allemaal volledig geautomatiseerde, waarneemstations en zo’n driehonderd regenwaarneemstations in het land. Het aantal regenwaarneemstations is aanmerkelijk groter dan het aantal waarneemstations omdat de neerslagintensiteit grilliger verdeeld is over het land. Om de neerslagintensiteit ook direct te kunnen vaststellen, alsmede de exacte plaatsen waar de neerslag valt, wordt gewerkt met radarwaarnemingen. Afhankelijk van de weersomstandigheden, heeft een radarantenne ongeveer een bereik van tweederde van Nederland. Daarom kan in Nederland worden volstaan met twee eigen radarantennes, een in De Bilt en de ander in Den Helder. Daarnaast beschikt het Knmi over eigen satellietontvangstschotels. Door zeer gedetailleerde satellietbeelden van de aarde te maken kunnen on-line gegevens worden binnengehaald over zaken als straling, bewolking, zicht en temperatuur. Satelliet- en radarwaarnemingen worden niet alleen gebruikt voor operationele meteorologie maar ook voor onderzoek.
Computermodellen
Voor onderzoeksdoeleinden komen de meeste gegevens binnen via het gts-netwerk. Dagelijks wordt ongeveer één gigabyte aan ruwe gegevens uitgewisseld met andere meteorologische instituten in binnen- en buitenland. Daarnaast komt nog eens ruim vier gigabyte per dag binnen binnen via internet. De bewerking van deze ruwe gegevens vindt onder andere plaats met behulp van computermodellen. Deze worden geprogrammeerd in Fortran. Een van de meest bekende operationele computermodellen is Hirlam (High Resolution Limited Area Model). De computer die voor Hirlam wordt ingezet rekent elke drie uur het weer in de omgeving van Nederland uit. De nauwkeurigheid van de modeluitkomsten is sterk afhankelijk van de grootte en de snelheid van de rekencomputers die gebruikt worden voor de computermodellen. Tot voor kort draaide Hirlam op een Origin 2000 systeem van Sillicon Graphics. Deze rekenserver had een capaciteit van 6000 Million Floatingpoint Operations Per Second (Megaflops). "Dit systeem is sinds kort vervangen door een Sun Fire 15k. Via een Europese aanbesteding is de keuze op Sun gevallen", zo laat De Ras weten. "Bij het oude computermodel werd een geografisch gebied ingedeeld in vakjes van 55×55 km. Om de nauwkeurigheid van de modeluitkomsten nog verder te verbeteren gaat Hirlam bij de nieuwe computer aan de slag met vakjes van 22×22 km en een inzoommogelijkheid van 11×11 km". Waarnemingen van weersatellieten en grondstations worden in de desbetreffende ‘vakjes’ geplaatst en vervolgens berekent het programma hoe de diverse variabelen op elkaar zullen gaan inwerken onder invloed van de thermodynamica en andere meteorologische wetmatigheden. Het resultaat is een weersverwachting voor neerslag, bewolking en wind die maximaal 48 uur vooruit kijkt. Deze weersverwachting wordt gecontroleerd en geïnterpreteerd door een meteoroloog, die onder meer de uitkomsten van Hirlam vergelijkt met verwachtingen van andere computermodellen. In totaal werken er bij het Knmi ongeveer zestig meteorologen om de Nederlandse samenleving elke dag weer te voorzien van informatie over het weer. De grootste, momenteel in gebruik zijnde, computer waarop de wereldmodellen draaien, staat opgesteld bij het Europees Centrum voor Weersvoorspellingen op de Middellange Termijn (Ecmfw) in Reading, bij Londen. Deze rekent tien dagen vooruit.
Netwerken en computers
Alle verzamelde gegevens dienen tevens als brongegevens voor diverse onderzoeken, die deels in opdracht van de EG of het ministerie van Verkeer en Waterstaat worden uitgevoerd. In totaal werken alleen bij het Knmi al zo’n 140 onderzoekers, die zich bezig houden met zeer uiteenlopende vraagstukken over bijvoorbeeld de temperatuurschommelingen in de wereld en het gat in de ozonlaag. De ruwe gegevens die dagelijks uit de hele wereld bij het Knmi binnenkomen, worden allereerst opgeslagen in databases, die draaien op computers die staan opgesteld in de computerzaal van het Knmi. In dit kloppende hart staan verschillende databaseservers, met daarop bijvoorbeeld een klimatologische database met historische gegevens over de weersomstandigheden van de afgelopen 150 jaar, een database met actuele satellietbeelden, een database met actuele waarnemingen uit het Knmi-meetnet, een luchtvaartdatabase en een database met modelresultaten. Naast de databaseservers zijn er ook rekenservers en een opslagserver. De volledig geautomatiseerde opslagserver bevat zesduizend magneetbandcassettes, die met behulp van een robotarm van Storage-tek automatisch uit een opslagrek kunnen worden gehaald en naar een lees-/schrijfeenheid worden verplaatst. De magneetbanden vormen tezamen een compleet historisch archief en bevatten vooral onderzoeks-, satelliet- en waarnemingsgegevens. De maximale capaciteit van de opslagrobot bedraagt momenteel 120.000 gigabyte. Ruim éénderde is hiervan reeds in gebruik. Naar verwachting dient de capaciteit van dit opslagmedium in 2002 verder te worden uitgebreid. Alle genoemde databases en servers maken deel uit van een omvangrijk computer- en datacommunicatienetwerk bij het Knmi. Zo draaien de databases op Compaq Tru64 Unix-systemen onder het databasemanagement-systeem Oracle. Voor het ontwerpen en onderhouden van de databases wordt gebruik gemaakt van de softwaretool Oracle Designer. Microsoft ontwikkeltools worden veelal gebruikt voor overige applicaties. De reken- en opslagservers draaien nu grotendeels nog op Unix. In toenemende mate wordt hiervoor echter ook Windows ingezet.
Naast de database- en rekenservers bestaat het computer- en datacommunicatienetwerk van het Knmi uit ruim 450 geautomatiseerde werkplekken. Op die werkplekken staan pc’s voor kantoorautomatisering, alsmede werkstations voor onderzoekers en operationele meteorologie. Alle computers, werkstations, databases en servers communiceren met elkaar via een netwerk op basis van Ethernet en Fddi via utp- en glasvezelbekabeling. Alle interne en externe verbindingen, met uitzondering van de netwerkverbinding, werken op basis van het communicatieprotocol Tcp/ip. Momenteel loopt er een Europese aanbesteding om de complete netwerkarchitectuur verder te moderniseren. Het huidige interne netwerk heeft een bandbreedte van tussen de tien en honderd Mbit/s. De capaciteit van het toekomstige netwerk moet komen te liggen tussen honderd en duizend Mbit/s. De Nederlandse burgerluchthavens in Amsterdam, Rotterdam, Beek en Eelde zijn met het Knmi in De Bilt verbonden via een Wide Area Netwerk. De bandbreedte van dit netwerk ligt tussen de 64 en 400 Mbit/s.
Internet onmisbaar
De meeste externe koppelingen met derden zoals Defensie, het gts-netwerk, het netwerk van het ministerie van Verkeer en Waterstaat en de particuliere weerbureaus lopen via vaste digitale telefoonverbindingen die continu openstaan. Omdat daarnaast internet een steeds belangrijker rol gaat spelen bij de dagelijkse gegevensoverdracht heeft het Knmi eind mei 2001 een contract getekend met Surfnet voor een uitbreiding van de bestaande aansluiting via glasvezel. De verbinding komt tot stand via een ring tussen De Bilt, Bilthoven en De Uithof in Utrecht. De nieuwe glasvezelverbinding biedt het Knmi een bandbreedte van één Gbit/s en mogelijkheden voor de toekomst om deze capaciteit nog verder uit te breiden. Zowel de backbone als de internationale verbindingen van Surfnet worden volgens eigen zeggen regelmatig in bandbreedte opgewaardeerd om gebruikers als het Knmi filevrije verbindingen te kunnen blijven garanderen. Dankzij deze nieuwe technologie kunnen medewerkers van het Knmi gebruik maken van nieuwe, op bewegend beeld gebaseerde, internettoepassingen. Daarnaast worden toepassingen in het kader van internationale samenwerkingsverbanden mogelijk, zoals tussen het Knmi en bijvoorbeeld Nasa. "Het uitbreiden van de aansluitcapaciteit op internet is voor het Knmi een zeer belangrijke stap, om ons werk ook op dagen met interessante meteorologische gebeurtenissen te kunnen blijven uitvoeren", aldus De Ras. Alle geschakelde Isdn-verbindingen bij het Knmi worden uitsluitend gebruikt als back-up faciliteit.
Fail-safe uitvoering
Bij een computerstoring wordt voor alle cruciale bedrijfsprocessen, zoals operationele meteorologie, over het algemeen een hersteltijd van maximaal dertig minuten geëist. Om aan deze hoge beschikbaarheidseisen te kunnen voldoen zijn alle computersystemen tweevoudig en soms zelfs drievoudig uitgevoerd. Verder zijn de computers in veel gevallen op een zodanige wijze in een cluster geplaatst dat ze elkaars taken kunnen overnemen en dus door blijven werken, zelfs als één of twee computers uitvallen. Ook de computers van de databases zijn op deze wijze met elkaar verbonden; ook hier kan worden doorgewerkt indien één of twee computers niet functioneren. De computers van de operationele- en de databaseclusters hebben een beperkt eigen schijfgeheugen. De meeste schijven zijn ondergebracht in een diskbank met een totaal van 400 gigabyte aan schijfruimte. Tot enkele maanden geleden waren dag en nacht systeembeheerders aanwezig om eventuele computerstoringen te verhelpen. Dit is echter niet langer noodzakelijk. Sinds kort geschiedt de bewaking van alle computers en netwerkcomponenten volledig geautomatiseerd. Storingsmeldingen worden door een afzonderlijk computersysteem gesignaleerd en per mobiele telefoon doorgegeven aan een medewerker, die beschikbaarheidsdienst heeft. Die kan dan middels een inbelverbinding via Copla (Communicatie Platform), de storing vanuit zijn huis verhelpen. Slechts in een uiterste noodsituatie is het nodig dat er iemand buiten kantoortijden naar het Knmi komt om een storing op te lossen. Om te voorkomen dat onbevoegden zich toegang verschaffen tot het netwerk lopen alle verbindingen met de buitenwereld via één van de firewall-computers. Mocht zich onverhoopt een elektriciteitsstoring voordoen dan heeft het Knmi de beschikking over een zogenaamde no-break installatie met dieselaggregaten. Deze installatie is erop berekend dat in principe twee weken moet kunnen worden doorgewerkt in zowel de computerzaal als de weerkamer. Om te voorkomen dat bij een grondwaterlekkage de kelder onder de computerzaal vol loopt met water, is in de kelder, die zich beneden het grondwater- en rioleringspeil bevindt, een lekwaterbeveiliging geplaatst. Met behulp van drie pompen wordt het water in geval van overlast naar buiten afgevoerd.
Toekomst
"De technologische ontwikkelingen gaan snel. We verwachten niet dat we bij het verwerken van de enorme hoeveelheid informatie tegen technische beperkingen zullen aanlopen. Wel heb wij als meteorologisch instituut een economische grens. Elke technologische vernieuwing vergt immers een behoorlijke investering. Evenals elk ander bedrijf hebben ook wij jaarlijks een budget te besteden. Een budget dat wordt vastgesteld door het ministerie van Verkeer & Waterstaat. Hiermee hebben wij terdege rekening te houden bij de aanschaf van nieuwe zaken", laat de Ras weten.
In de toekomst gaat internet een steeds belangrijke rol spelen. Ook voor de consument. De informatie van het Knmi zal in toenemende mate via internet gratis ter beschikking komen. Een leuk voorbeeld is daarvan nu al te zien op de Knmi-site. Met een webcam, die opgesteld staat in de Bilt, worden voortaan volcontinu filmbeelden gemaakt van het weer. Deze filmbeelden zijn live te zien op de internetsite http://www.knmi.nl.
Henriëtte Van Norel Freelance Medewerker
Sun Fire 15k
Het Knmi is de eerste Nederlandse organisatie die gebruik gaat maken van de Sun Fire 15K. Hiermee treedt het KNMI toe tot de selecte groep van Nederlandse supercomputer-sites. De configuratie telt in eerste instantie 44 processoren. Het is de bedoeling dat het systeem uiteindelijk uitkomt op 84 processoren, waarmee het vooralsnog één van de zwaarste en krachtigste systemen van Nederland zal zijn. Al deze rekenkracht wordt ingezet voor het Hirlam-weermodel. Dit model is van groot belang voor het succesvol voorspellen van de weersontwikkeling. De rekencapaciteit van de Sun Fire 15K-server wordt overigens ook gebruikt voor onderzoek met andere klimaatmodellen en voor modelontwikkeling in het algemeen.
Het systeem beschikt over een capaciteit van maximaal 106 64-bit UltraSparc III-processoren met een kloksnelheid van 900 MHz (en een verwacht doorgroeipad tot en met 1,8 GHz), 576 Gigabytes geheugen en 18 I/O-hubs voor Networking en koppeling van opslagsystemen. De Sun Fire 15K-server is daarmee één van de de krachtigste Unix-servers die op dit moment beschikbaar is.
