Weersverwachting voor de 21ste eeuw
Warmer en natter, maar niet overal
 

J.H. van Boxel & L.H. Cammeraat
Instituut voor Biodiversiteit en Ecosysteem Dynamica (IBED)
Universiteit van Amsterdam
 

John van Boxel en Erik Cammeraat zijn beiden docent
bij de opleiding Aardwetenschappen/Fysische Geografie
aan de Universiteit van Amsterdam

NB: Dit artikel is in enigzins aangepaste vorm gepubliceerd  in Geografie  Jaargang 9 Nr 3 (april 2000) paginas 18-21  (Van Boxel & Cammeraat 2000)
Meer over een veranderend neerslagklimaat
Meer en meer beginnen we ons te realiseren dat het klimaat verandert. 1998, 1997, 1995, 1990 en 1999 waren wereldwijd gezien de vijf warmste jaren van de laatste 140 jaar. De laatste decade van het afgelopen millennium is dan ook vrijwel zeker de warmste. Vinnikov vond voor de periode 1900-1988 een toename van de wereldwijd gemiddelde temperatuur van 0.5 °C  per eeuw. Het afgelopen zeer warme decennium heeft deze trend zeker versterkt. Algemeen wordt aangenomen dat de recente stijging van de gemiddelde temperatuur op aarde voor een belangrijk deel wordt veroorzaakt door de toenemende CO2-concentratie in de atmosfeer. Die CO2-concentratie is nog steeds stijgende en zal de komende decennia blijven stijgen. Alle belangrijke klimaatmodellen geven dan ook aan dat de gemiddelde temperatuur op aarde de komende decennia verder toeneemt. Maar hoe zit het met de neerslag?
Inleiding


Neerslag is een belangrijkere klimaatvariabele dan temperatuur. Te weinig neerslag leidt in semi-aride en sub-humide klimaten meestal tot mislukte oogsten en vaak tot honger. De droogte die het gevolg was van de El Niño’s van 1983 en 1997 had in Indonesië veel bosbranden tot gevolg. Zelfs in ons natte landje kan een droog jaar aanzienlijke opbrengstverliezen tot gevolg hebben.

Te veel neerslag geeft vaak overstromingen. In bergachtige gebieden leidt te veel regen ook vaak tot hellingonstabiliteit, aardverschuivingen en modderstromen.

De ruim 20.000 doden die in 1998 in Midden Amerika vielen ten gevolge van de orkaan Mitch waren voor het overgrote deel te wijten aan de extreme neerslaghoeveelheden. Ook 1999 was op de Atlantische Oceaan een zeer actief orkaan seizoen met 12 orkanen, waaronder de orkaan Lenny, die grote schade veroorzaakte op Sint Maarten.
Figuur 1: Te weinig neerslag is vaak catastrofaal
De regens horende bij een zeer zware tropische cycloon kostten 29 oktober 1999 het leven van 10.000 mensen bij Orissa, India. Extreme neerslag in december 1999 heeft in Venezuela mogelijk tienduizend mensen het leven gekost. Ook in China en Japan veroorzaakten in 1999 overstromingen, aard­verschuivingen en vloedgolven tengevolge van tropische cyclonen veroorzaakten vele doden. Overvloedige regens in Vietnam maakten honderdduizenden mensen dakloos. Ook in Mexico en West Afrika veroorzaakten overvloedige regens doden, daklozen en veel schade. Extreme sneeuwval kwam in 1999 voor in centraal Europa, de Alpen, het noordwesten van de US en West Canada.
Maar er was ook droogte: de Oostelijke US (lente en zomer), Oost Canada, Centraal Australië, oostkust Argentinië, Midden Oosten (WMO 1999). In Noordoost Kenia zijn in 1998 en 1999 de oogsten mislukt door de aanhoudende droogte, die waarschijnlijk verband houdt met La Niña. In de rest van Kenia viel echter een normale tot boven normale neerslag in deze jaren.
 
Voor een deel hangt het extreme weer in 1999 samen met de La Niña die volgde op de sterke El Niño van 1997/98. Er zijn echter ook langjarige trends te onderscheiden in het neerslagpatroon. Die worden in dit artikel toegelicht.
Figuur 2: Ernstige erosie in honduras na overvloedige neerslag


Ruimtelijke en temporele variabiliteit

.
Bij het onderzoek naar veranderingen in de neerslagpatronen komen een aantal problemen om de hoek kijken. We zullen deze toelichten aan de hand van de neerslag in de 20ste eeuw in Nederland.
In de negentiger jaren hebben we in Nederland verschillende keren problemen gehad met grote hoeveelheden regen in ons land of in de ons omringende landen en 1998 was het natste jaar van de eeuw. Toch is het niet zo eenvoudig om aan te tonen dat de neerslaghoeveelheden ook daadwerkelijk toenemen. Het ene jaar kan bijvoorbeeld erg droog zijn (bijv. 1996) en dan kan het een paar jaar later extreem nat zijn (1998). Vervolgens is 1999 weer een vrij normaal jaar (een beetje te nat). In aride en semi-aride klimaten is de neerslagvariabiliteit nog veel groter dan in ons vochtige landje.
Neerslag vertoont bovendien grote verschillen van plaats tot plaats. Op de ene plaats kan een stortbui vallen terwijl het tien kilometer verderop droog blijft. Zelfs de gemiddelden over het jaar kunnen sterk verschillen. In 1998 viel gemiddeld over Nederland 1055 mm neerslag tegen een 792 mm normaal (normaal = gemiddelde over de periode 1961-90). Het natste station was Hoorn (NH) met 1255 mm (normaal 791 mm), terwijl er op Terschelling slechts 833 mm viel (783 mm normaal). In Hoorn (NH) viel dus 464 mm meer dan normaal en op Terschelling slechts 50 mm meer dan normaal. In een ander jaar kan het precies andersom zijn.
De grote verschillen van jaar tot jaar (temporele variabiliteit) en van plaats tot plaats (ruimtelijke variabiliteit) maken dat het lastig is om statistisch aan te tonen dat de waargenomen trends niet op toeval berusten. Als je naar de waarnemingen van één enkel station kijkt zal de trend vaak niet significant zijn. Om aan te tonen dat de trends significant zijn moeten de gegevens van een aantal stations over een gebied ongeveer zo groot als Nederland gemiddeld worden en moeten lange tijdreeksen (bijvoorbeeld 100 jaar) geanalyseerd worden.
Een bijkomend probleem is nog dat de meetmethoden gedurende de afgelopen 100 jaar veranderd zijn. In het begin van de eeuw werd in Nederland vaak gemeten op een hoogte van 1.5 of 2.0 m. Vanaf de vijftiger jaren is de waarnemingshoogte 0.4 m, terwijl in Nederland tegenwoordig de meeste KNMI-regenmeters in de zogenaamde Engelse opstelling staan, waarbij de rand van de regenmeter ongeveer even hoog is als het omliggende maaiveld. Hoe hoger de bovenkant van de regenmeter, hoe groter de windfout (een deel van de regen wordt dan bij harde wind over de regenmeter heen geblazen). Alleen al door het veranderen van de waarnemingshoogte kunnen de waarnemingen dus trends te zien geven.

 

De neerslag in Nederland is toegenomen

.
Van Boxel en Cammeraat bestudeerden van de neerslaggegevens van vijf stations in Nederland voor de periode 1904-1998. De gemiddelde jaarlijkse neerslag voor de twintigste eeuw was 756 mm met een toename van 87 mm per eeuw. Deze toename was statistisch significant op het 95% betrouwbaarheids­niveau. Können (1999) publiceerde de gemiddelde neerslag in Nederland voor de periode 1906-1998 aan de hand van het gemiddelde van 13 stations welke gecorrigeerd zijn voor de veranderde waarnemings­hoogte. Hieruit volgt een gemiddelde neerslag van 760 mm met een trend van 99 mm per eeuw.
Belangwekkender dan het feit dat de gemiddelde neerslag met 11 à 13 % toenam is het feit dat vooral extreem natte perioden op het eind van de eeuw vaker voorkomen. Maanden met meer dan 100 mm neerslag komen op het einde van de eeuw twee keer zo vaak voor dan in het begin van de eeuw (zie figuur 3) en maanden met meer dan 120 mm neerslag bijna vier keer zo vaak. Aan de frequentie van erg droge maanden (minder dan 25 mm neerslag) is niets veranderd. Het is dus niet zo verwonderlijk dat we vooral op het einde van de eeuw veel last hadden van overstromingen.

 
 
Figuur 3: Het voorkomen van droge maanden (< 25 mm) en natte maanden (> 100 mm) in Nederland.

De gemiddelde neerslag op aarde is toegenomen

.
Aan de hand van neerslaggegevens voor de periode 1900-1988 van 5300 stations over de gehele wereld concludeerden Dai et al. dat de El Niño-La Niña cyclus een grote invloed heeft op de wereldwijd (alleen landoppervlak) gemiddelde neerslag. Daarnaast vonden zij een toename van de wereldwijd gemiddelde jaarlijkse neerslag boven land van 24 mm per eeuw (zie figuur 4). Deze trend was vooral te wijten aan een toename van de neerslag in Noord America, Noord en Midden Europa, de voormalige Sovjetunie, Argentinië en Australië. In de tropen zijn de neerslaghoeveelheden eerder dalend. Ook Vinnikov et al. vonden dat in de periode 1891-1986 de neerslaghoeveelheden toegenomen waren in Noord-Amerika (met uitzondering van Noord-Canada), Scandinavië en de voormalige Sovjetunie. Zij vonden een licht dalende trend in het deel van Europa ten zuiden van de 55-ste breedtegraad.
 
Dai et al. brengen de toegenomen neerslag in verband met de toegenomen temperatuur, hetgeen ondersteund wordt door berekeningen met GCM’s (Global Circulation Models) die globaal dezelfde trends laten zien voor een klimaat waarin tengevolge van de verhoogde CO2-concentratie de gemiddelde temperatuur op aarde toegenomen is.
Figuur 4: Wereldwijd gemiddelde neerslaganomalie (afwijking van het gemiddelde) en de El Niño index SOI. 
Southern Oscilation Index, afgeleid uit het luchtdrukverschil tussen Tahiti en Darwin.
Een SOI-waarde kleiner dan circa –1.0 wijst op een El Niño.

Neerslagverdeling op aarde in de 20ste eeuw

Het IPCC (Intergovernmental Panel on Climatic Change; de toonaangevende organisatie op het gebied van klimaatveranderingen) heeft gegevens gepubliceerd over de neerslag voor het landoppervlak op aarde, voor de periode 1900-1990. Voor de periode 1961-90 is daarbij gebruik gemaakt van de gegevens van 19295 weerstations, maar in het begin van de eeuw waren dat er aanzienlijk minder. Deze gegevens zijn grondig gecontroleerd, gecorrigeerd voor de veranderingen in de waarnemingshoogte en geïnterpoleerd tot een grid van 0.5°  bij 0.5°  (259200 gridpunten).

De gemiddelde neerslag over de periode 1900-1990 is weergegeven in Figuur 5. Goed te zien zijn de vochtige tropische klimaten rond de evenaar (Amazone gebied, Centraal Afrika, Indonesië Nieuw Guinea, Filippijnen) en het moessonklimaat in Zuidoost Azië. Ook de aride gebieden zijn goed te zien (Noord Chili, Patagonië, Namibië, Centraal Australië, Sahara, Somalië, Midden Oosten, Turkmenistan & Oezbekistan, Noord China). In Zuid-Amerika valt het effect van een bergrug in combinatie met de overheersende wind op: Op de gematigde breedten (ten zuiden van 30° ZB) overheersen de westenwinden en is de westkant van de Andes vochtig en de oostkant droog; In de tropen, waar de oostenwinden overheersen, is het andersom.
 
 
Figuur 5: Gemiddelde neerslag op aarde in de periode van 1900 tot 1990.
Figuur 6: Relatieve verandering van de neerslaghoeveelheden in de periode van 1900 tot 1990

Geografische verdeling van de veranderingen in de neerslaghoeveelheden

De IPCC gegevens van 1900-1990 zijn gebruikt om voor ieder gridpunt met behulp van lineaire regressie de verandering van de hoeveelheid neerslag te berekenen, uitgedrukt in procent per eeuw. Dit is weergegeven in Figuur 6.

Op 42% van het landoppervlak van de aarde veranderde er weinig (minder dan 5% toename of afname per eeuw). Het betreft hier vooral de vochtige equatoriale gebieden, zoals het Amazonegebied, vochtig tropisch Afrika, Zuidoost Azië, maar ook delen van de Verenigde Staten, Canada, Europa en Rusland.

20% van het landoppervlak is de afgelopen eeuw meer dan 5% droger geworden, en op 12% van het landoppervlak bedroeg de afname van de hoeveelheid neerslag zelfs meer dan 10%. Droger werden vooral de toch al droge gebieden, zoals: Noord Chili, Sahara, Sahel, Midden Oosten en Noord China.

Op 38% van het landoppervlak nam de neerslag met meer dan 5% per eeuw toe, en op 24% van het oppervlak was de toename zelfs meer dan 10%. Natter werden vooral de subtropen en de gematigde breedten, m.n.: Verenigde Staten, Europa, Rusland, Argentinië, Zuid-Afrika en Australië. Ook Oost Afrika is vochtiger geworden. Opmerkelijk is dat vooral het vrij droge Patagonië en Centraal Australië aanzienlijk vochtiger geworden zijn.
 

Wanneer uit deze gegevens de gemiddelde verandering van de hoeveelheid neerslag wordt berekend voor het gehele landoppervlak van de aarde, dan geeft dat een toename van 2.8% per eeuw, oftewel een toename per eeuw van de jaarlijkse neerslag met 27 mm. Dit komt zeer goed overeen met de resultaten van Dai et al., die 24 mm per eeuw vonden.
 
Voor Nederland nam de gemiddelde neerslag met circa 12% toe, maar de kans op een natte maand (>100 mm) is ongeveer verdubbeld. Ook in andere landen (Canada, Noorwegen, Rusland, Verenigde Staten, Mexico, Australië) is gebleken dat een toename van de gemiddelde neerslag vooral komt door de toename van het aantal erg natte dagen, terwijl het totaal aantal met neerslag niet sterk veranderde.
In de tropen zou je verwachten dat een toename van de temperatuur zou leiden tot meer orkanen; orkanen hebben immers warm water (> 26.5 °C) nodig om te kunnen ontstaan. Hogere zeewatertemperaturen zouden kunnen betekenen dat een groter deel van de tropische oceanen geschikt wordt voor het ontstaan van orkanen en gedurende een groter deel van het jaar. Voorlopig zijn er echter nog geen aanwijzingen voor een toename van de frequentie van orkanen, of een toename van de kracht van orkanen. Mogelijk komt dat omdat de temperatuurveranderingen ten gevolge van het broeikaseffect in de tropen het zwakst zijn en op dit moment nog zo klein zijn dat ze nog geen merkbaar effect hebben op orkanen.
 
 
Verandering Toename of afname Deel van het 
aardoppervlak

Weinig verandering
<  5 %
41.7 %

Toename		 >  0% 60.7 %
  >  5 % 38.3 %
  > 10 % 24.0 %
  > 25 %  4.4 %
Afname >  0 % 39.1 %
  >  5 % 20.0 %
  > 10 % 12.5 %
  > 25 %  5.0 %
Tabel 1: Percentage van het landoppervlak waar de neerslag toeneemt of afneemt
Modelberekeningen broeikaseffect voor de 21ste eeuw
 
Als het CO2 gehalte van de atmosfeer stijgt, wordt een groter deel van de door de aarde uitgezonden langgolvige straling in de atmosfeer geabsorbeerd, waardoor dan verwacht mag worden dat de gemiddelde temperatuur op aarde stijgt. Bij een hogere temperatuur zal er waarschijnlijk op de oceanen ook meer water verdampen. Omdat de verblijftijd van water in de atmosfeer maar kort is (ongeveer één week), betekent dat ook dat dan de hoeveelheid neerslag, gemiddeld over de gehele aarde, zal stijgen. Deze trends worden reeds bevestigd door de waargenomen veranderingen in de twintigste eeuw. De effecten van het toenemend CO2 gehalte worden enigszins getemperd doordat ook meer sulfaat aërosol in de atmosfeer komt, waardoor een groter deel van de zonnestraling wordt gereflecteerd.
 
Om een schatting te kunnen maken van de mate waarin het klimaat op aarde verandert als de CO2 concentratie toeneemt wordt gebruik gemaakt van GCM’s (Global Circulation Models). Dit zijn een soort weermodellen, die het klimaat voor de gehele aarde berekenen. Daarin zitten allerlei terugkoppelingen verwerkt, zoals bijv. verandering van de bewolkingsgraad en de effecten die dat heeft op de weerkaatsing van zonnestraling en de temperatuur op aarde. Als je dit soort modellen gebruikt is de vraag vervolgens hoe snel verandert de CO2 concentratie en de hoeveelheid sulfaat aërosol. Voor dit artikel hebben we de resultaten gebruikt van vier toonaangevende klimaatmodellen, waarbij we zijn uitgegaan van een scenario waarbij het CO2 gehalte en de hoeveelheid sulfaat aërosol met 1% per jaar toenemen.
 
Alle modellen voorspellen dat de temperatuur in de 21ste eeuw verder zal stijgen, waarbij de toename het grootst is in de poolstreken en het kleinst in de tropen.
Voor de neerslag voorspellen alle modellen een verdergaande toename van de jaarlijkse gemiddelde neerslag op aarde met 22 to 50 mm. Dit is redelijk vergelijkbaar met de 24 tot 27 mm die waargenomen is voor de 20ste eeuw.
Wat betreft de ruimtelijke verdeling van de veranderingen zitten er aanzienlijke verschillen tussen de modellen (zie figuur 5). Alle modellen voorspellen dat Canada, Noord-Europa, Rusland en een flink deel van de Sahara natter worden en dat zuidelijk Afrika en het mediterraan gebied droger worden. Het ene model laat de westelijke helft van Australië natter worden, terwijl de andere modellen Australië overwegend droger laten worden. Voor de Verenigde Staten, de Sahel, Oost-Afrika, het Midden Oosten en India geldt dat ze in het ene model droger worden en in het andere juist natter. Op dit moment zijn er nog nauwelijks objectieve criteria te geven op grond waarvan kan worden besloten welke van de modellen het meest geloofwaardig is.

 
Figuur 7: Voorspellingen voor de veranderingen in de 21ste eeuw; 
een vergelijking van vier klimaatmodellen

 

Conclusies


 

Literatuur

Boxel,J.H. van & L.H. Cammeraat 1999a. Wordt Nederland steeds natter? Een analyse van de neerslag in deze eeuw. Meteorologica 9 (1): 11-15. 

Boxel, J.H. van & L.H. Cammeraat 1999b. Nog meer nattigheid. Weerspiegel 26: 667-672. 

Boxel, J.H. van & L.H. Cammeraat 2000. Weersverwachting voor de 21ste eeuw: Warmer en natter, maar niet overal. Geografie 9 (3) 18-21.

Dai, A., I.Y. Fung & A.D del Genio, 1997. Surface observed land precipitation variations during 1900-88. J. Climate 10: 2943-2962.

Groisman, P. Ya et al., 1999. Changes in the probability of heavy precipitation: Important indicators of climatic change. Climatic Change 42: 243-283.

Können, G.P., 1999. De toestand van het klimaat in Nederland 1999. KNMI, De Bilt. (ook http://www.knmi.nl/voorl/nader/klim/klimaatrapportage.html).

IPCC, 1999. The IPCC data distribution centre; The CRU global climate set. http://ipcc-ddc.cru.uea.ac.uk/cru_data/cru_index.html.

New, M., M. Hulme & Ph. Jones, 1999. Representing twentieth century space-time climate variability. Part 1: Development of a 1961-90 mean monthly terrestrial climatology. Journal of Climate 12: 829-856.

Vinnikov, K.Ya., P.Ya. Groisman & K.M. Ligina, 1990. Empirical data on contemporary global climate changes (temperature and precipitation). Journal of climate 3: 662-677.

WMO, 1999. 1999 closes the warmest decade and the warmest century of the last millennium according to WMO annual statement on the global climate. World meteorological Organisation press release, http://www.wmo.ch/web/Press/Press644.html.