Towards extreme wind statistics for the Dutch primary water defenses : preliminary HARONIE estimates

Voor het bepalen van de Hydraulische Randvoorwaarden (HR) zijn extreme open water windsnelheden nodig, die als invoer dienen voor onder meer waterbewegings- en golfmodellen. Voor het bepalen van deze extreme windsnelheden wordt in het huidige toetsinstrumentarium gebruik gemaakt van het twee-lagen model (onder aanname van neutrale stabiliteit van de atmosfeer). De uitkomsten daarvan worden echter als onnauwkeurig gezien. O.a. de experts van het SBW Hydraulic Review Team hebben aanbevolen over te stappen op een hoge-resolutie atmosferisch model om de HR op te baseren. Daarbij dient de wind zowel ruimtelijk als temporeel te kunnen worden beschreven. Daartoe is door KNMI/Deltares een onderzoeksproject opgezet, opgedeeld in drie werkpakketten: 1. Beoordelen van de mate waarin hoge-resolutie modellen windvelden kunnen beschrijven in tijd en ruimte. 2. Genereren van een lange tijdreeks voor de wind(schuifspanning) die gebruikt kan worden om extreme windstatistiek te bepalen voor de HR. 3. Uitvoeren van extreme waarden analyse voor oppervlakte wind(schuifspannings)velden, met meenemen van de juiste tijd- en ruimteafhankelijkheid. De werkzaamheden voor de werkpakketten 1 en 2 zijn bijna afgerond. Als hoge-resolutie model is daarbij het zogenaamde HARMONIE model gebruikt, voor de modellering van de oppervlakte windschuifspanning, druk- en windvelden (snelheid en richting). De gegevens uit het model leiden tot hydraulische belastingen voor de Nederlandse primaire waterkeringen, en zijn gebruikt voor een hindcast over de periode 1979-2013. Deze velden zijn nu beschikbaar voor analyses van extremen voor werkpakket 3. De hier rapporteerde studie maakt deel uit van werkpakket 3. De belangrijkste doelen van de studie zijn (a) gezien de resolutie en dekking van de HARMONIE data, vastleggen welke voorbereidingen nodig zijn zodat de HARMONIE data efficiënt gebruikt kan worden in de bepaling van extreme open water windsnelheden die als invoer dienen voor het bepalen van de HR, (b) een eerste impressie geven van extreme windsnelheden schattingen op basis van de HARMONIE-data voor de Nederlandse wateren en (c) voor KNMI-stations het vergelijken daarvan met geschatte extreme windsnelheden op basis van metingen die op dit moment als basis worden gebruikt voor de bepaling van de HR. De hoofdconclusie van deze studie is dat de verschillen tussen geschatte extreme windsnelheden op basis van HARMONIE enerzijds en op basis van metingen anderzijds aanvaardbaar zijn, mede gezien de geassocieerde onzekerheden (statistisch, lokale ruwheden en data behandeling). Er zijn toch systematische verschillen tussen de schattingen, met name voor de wind boven land en voor wind uit het oosten. In die gevallen zijn de schattingen op basis van de HARMONIE data aanzienlijk lager dan die op basis van de metingen. Omdat de HARMONIE data boven land alleen na verder downscalling (rekening houdend met lokale ruwheden en effecten) gebruikt gaan worden in de bepaling van de HR, raden we aan de kwaliteit van schattingen op basis van de HARMONIE data verder te evalueren, en indien nodig te kalibreren, nadat de downscalling is uitgevoerd. We bevelen verder aan dat de HARMONIE data boven open water gebruikt wordt in de bepaling van de HR zonder verdere aanpassingen, ondanks dat de extreme wind snelheden licht overschat worden.