De vinger aan de pols: realtime microklimaat in het Aelmoeseneiebos

Bladeren knisperen onder mijn laarzen, de bosbodem is al bedekt met een dikke laag beukenbladeren en honderden eikels. Ik open een groot stalen hek en loop binnen in de onderzoekszone van het Aelmoeseneiebos, onderweg naar een heel aantal sensoren die mijn aandacht nodig hebben. Deze kleine sensoren meten continu hoe de lucht en de bodem opwarmt in het bos doorheen de dag, hoe steeds meer licht door het kronendak op de bosbodem valt nu de bomen hun bladeren loslaten. Maar om al die informatie te kunnen gebruiken, moeten we deze sensoren steeds opnieuw bezoeken om de data te downloaden. Wat als het bos ons realtime zou kunnen vertellen hoe het microklimaat verandert doorheen de dag en doorheen de seizoenen? Wat als iedereen mee de vinger aan de pols zou kunnen houden bij het bos tijdens een hittegolf?    

Waarom meten we het microklimaat?

Weerstations kunnen ons wel vertellen wat er gebeurt met het klimaat op regionale schaal, het microklimaat van een bos kan zich heel anders gedragen en op kleine schaal kunnen er grote verschillen te vinden zijn. Een open plek bijvoorbeeld, waar een stevige es omviel vorige winter en waar nu veel zonlicht het bos binnenkomt, zal een heel andere temperatuur hebben dan een plek zo’n twintig meter verderop onder één van de grootste beuken van het bos. Deze verschillen in microklimaat beïnvloeden de planten in de kruidlaag, het bodemleven en bodemprocessen. Daarom onderzoeken we en manipuleren we het microklimaat in de “experimentele zone” van het Aelmoeseneiebos, met TL-lampen om de planten meer licht te geven en met kleine serretjes, en zelfs infrarood-lampen om opwarming na te bootsen en te bestuderen hoe het bos daarop reageert 

Cruciaal voor dit experimenteel onderzoek is om heel precies de verschillen in microklimaat te meten. Hoewel het meten van het microklimaat zo belangrijk is voor veel ecologisch onderzoek, hebben we als onderzoekers zelden realtime toegang tot deze informatie. Traditioneel wordt er gewerkt met periodieke snapshots van data, sensoren worden geïnstalleerd en om de zo veel tijd bezocht om data te downloaden. Of er wordt gewerkt met modellen die klimaatdata van weerstations omzetten in microklimaatdata op basis van een aantal gegevens over het bos. Maar daar is sinds kort verandering in gekomen met de ontwikkeling van het MIRRA-systeem. Samen met Eline Lorer, Pieter Vangansbeke en Pieter De Frenne werken we al een tijdje aan dit systeem dat microklimaat data live van het bos rechtstreeks tot bij ons, de onderzoekers, brengt en zelfs tot bij jou.

Wat is MIRRA?

MIRRA (Microclimate Real-Time Remote Applications) is een systeem met een netwerk van microklimaat sensoren (bodemtemperatuur, lucht temperatuur, luchtvochtigheid en licht) op verschillende plaatsen in het Aelmoeseneiebos. Deze sensoren hebben allemaal een antenne waarmee ze de microklimaat data via een breedbandsignaal (LoRa) naar een centrale ontvanger sturen. Deze ontvanger is verbonden met het elektriciteitsnet en met een wifi-netwerk en verzendt de microklimaat data verder naar een onlineserver. De data is vervolgens live te volgen op de MIRRA-website. Het MIRRA-netwerk is modulair opgebouwd, zodat ook andere sensoren zouden kunnen aangesloten worden, bijvoorbeeld sensoren om bodemvocht of windsnelheid te bepalen. 

Bovendien is MIRRA opgebouwd uit openbaar beschikbare componenten, staat er op de website ook een gebruikshandleiding en zijn de zelfontworpen bouwplannen en software online raadpleegbaar. Op deze manier, hopen we microklimaatonderzoek en de ontwikkeling van vrij beschikbare realtime toepassingen mee in de verf te zetten en te stimuleren. De online weergave op de MIRRA-website blijft een prototype en werkt verre van foutloos, maar het toont absoluut het potentieel van realtime microklimaat monitoring.

Wat heeft MIRRA ons al geleerd? 

Dit voorjaar (lente 2025) kregen we al snel erg warme temperaturen in begin april. Op dat moment hadden de bomen in het bos nog geen volledig bladerdek ontwikkeld en kon een groot deel van de zonnestraling de bosbodem bereiken. Tijdens deze warme dagen konden we realtime volgen hoe de experimentele serretjes in het bos de bosbodem heel sterk opwarmden. Later in april, kregen we opnieuw vrij warme temperaturen, maar was het bladerdek al gesloten en kon de zon niet zoveel opwarming veroorzaken. Zo konden we deze lente voor het eerst live nauwgezet opvolgen hoe het effect van de onderzoeksopzet met de serretjes verandert doorheen het voorjaar tezamen met de bladuitloop van de bomen. Omgekeerd kunnen we dus ook aan het afnemende verschil tussen beide metingen het verloop van de bladuitloop vaststellen.

Deze zomer (2025) konden we ook zien hoe sterk het bladerdek de luchttemperatuur buffert tijdens hittegolven. Zo zagen we tijdens de hittegolf in augustus bijvoorbeeld een gemiddelde buffering van 2.5°C, met op het warmste moment van de dag zelfs luchttemperaturen tot 8 °C koeler in het bos dan buiten het bos. Deze metingen leverden ons geen onverwachte patronen op, maar het MIRRA-systeem zorgde er wel voor dat we het microklimaat in het bos en de sterkte van de buffering konden observeren in quasi realtime.

Ten slotte hapert de apparatuur ook wel eens in de onderzoekszone. Muizen knabbelen aan kabels, of stormschade zorgt ervoor dat serretjes onder een omgevallen boom terecht komen. Ook dat kan nauw opgevolgd worden, zo kunnen we vanop afstand snel zien of de experimentele opzet nog wel functioneert, of er ingegrepen moet worden om de technische apparatuur te repareren. In het experiment met infrarood-lampen is de opwarming bijvoorbeeld zeer consistent, wanneer die opwarming wegvalt weten we dat er een controle nodig is van de proefopzet in het bos (early warning).

Achter de schermen bij MIRRA

De ontwikkeling van het MIRRA-systeem en het uitrollen en testen van het netwerk was een heel uitdagende onderneming waaraan gewerkt werd met bio-ingenieurs, computertechnische ingenieurs en elektronische monteurs. Het systeem werkte zeker niet meteen foutloos, maar werd verbeterd in een blijvend proces van trial-and-error (Lorer & Landuyt, 2025; Lorer & Landuyt, 2024). Functioneert de software van de sensoren goed na veel testen, dan gaat er iets mis met de antennes en de breedbandverbinding. Bij onweer gebeurt het al eens dat de elektriciteit en het wifi netwerk in de onderzoekszone uitvalt. Kortom, de proefopstellingen in het Aelmoeseneiebos en de MIRRA-website zijn momenteel functioneel, maar nog steeds in experimentele fase en niet volledig foutloos.

De weg vooruit

Het MIRRA-systeem is slechts één voorbeeld van realtime microklimaat systemen die ontworpen worden wereldwijd in functie van onderzoek en natuurbeheer. Wat MIRRA zo uniek maakt is het modulaire karakter, de opbouw met relatief goedkope onderdelen en het openbaar beschikbaar stellen van alle data en de technische details tot en met de softwarecode. Zo kan iedereen meevolgen op de MIRRA-website, van bosbeheerders tot studenten, hoe het Aelmoeseneiebos hitte buffert in de zomer of hoe de bosbodem warmte vasthoudt in de winter terwijl luchttemperaturen onder het nulpunt dalen. Bovendien kunnen andere wetenschappers en ingenieurs weer verder bouwen op het MIRRA-prototype op basis van de beschikbare technische details. Zo kunnen er in de toekomst meer bossen uitgerust worden met real-time sensoren, en wie weet wordt het verborgen microklimaat van het bos in jouw buurt dan plots zichtbaar van achter je scherm.

Referenties

Lorer, E., & Landuyt, D. (2024). From Prototype to Reality: Moving Beyond the Technology Hype in Ecological Research. The Bulletin of the Ecological Society of America. https://doi.org/10.1002/bes2.2209

Lorer, E., & Landuyt, D. (2025). Technologische innovatie binnen ecologisch onderzoek. Natuurfocus, 24(1), 44-46.

Pieters, O., Deprost, E., Van Der Donckt, J., Brosens, L., Sanczuk, P., Vangansbeke, P., De Swaef, T., De Frenne, P., & Wyffels, F. (2021). MIRRA: A Modular and Cost-effective Microclimate Monitoring System for Real-time Remote Applications. Sensors 21, 4615. https://doi.org/10.3390/s21134615