Waterschap Limburg deel 2

In het vorige bericht heb ik laten zien dat op basis van extreme en zeer extreme etmaalsommen, gemeten op de 10 Limburgse neerslagstations sinds 1951, is niet af te leiden dat in de nabije toekomst extra maatregelen in Limburg nodig zijn.

Voor het meten van hoosbuien, kortstondige hevige buien, zijn de etmaalsommen te grof en moet gebruik gemaakt worden van stations waar de neerslag per uur gemeten wordt. Dat zijn er in Limburg drie, waarvan er twee (Arcen en Ell) nog maar relatief kort in gebruik zijn. Maastricht is al langer in gebruik en in 1951 verhuisd naar Beek, maar de stationsnaam Maastricht is behouden.

Er is bij uursommen geen officiële grens om de neerslag te kwalificeren zoals bij etmaalsommen. Ik heb als grens >= 10mm gekozen om de grafieken te maken en noem deze data ‘zware buien’. Als je de data filtert op zware buien dan hou je ook voor die jonge stations Arcen en Ell nog voldoende data over om bruikbare grafieken te maken. Het resultaat ziet er dan zo uit:


Wat direct opvalt is dat er op elk van de drie uurstations geen sprake is van een toename van het aantal zware buien. Nu zijn zware buien niet alleen kortstondig maar ook zeer plaatselijk. De kans dat je een zware bui meet met slechts 3 stations is daarom erg klein. Hoe meer stations des te nauwkeuriger worden de metingen van zware buien.

Hoe komt het Waterschap Limburg erbij dat het aantal zware buien (‘extreme hoosbuien’) zal gaan toenemen? Dat kan in elk geval niet op basis van de etmaaldata zijn (zie vorige bericht) en ook niet op basis van de uurdata die op de drie Limburgse stations gemeten zijn. Het Waterschap Limburg heeft zich voor haar toekomstscenario ongetwijfeld gebaseerd op het KNMI-rapport getiteld  ‘Klimaatscenartio’s voor Nederland . Dat rapport is in 2018  al door wetenschapsjournalist Marcel Crok en ondergetekende geanalyseerd (download hier) waarbij we ook aandacht besteed hebben aan extreme regenbuien.

Volgens het KNMI-rapport zal de hoeveelheid neerslag gemiddeld verder toenemen en zal de kans op extreme regenbuien met hagel en onweer groter worden. Voor die verwachting dat de hoeveelheid neerslag zal gaan toenemen zijn geen aanwijzingen te vinden in recente neerslagdata. Integendeel: vanaf 2000 is de hoeveelheid jaarlijkse neerslag fors afgenomen in De Bilt. Ik heb het ook even bekeken voor station Beek en dan ziet de grafiek vanaf 1951 er zo uit:


Vanaf 2002 is t/m 2018 de jaarlijkse neerslaghoeveelheid op Beek met ruim 100 mm afgenomen. Op een gemiddelde van 758 mm/jaar voor de periode 1951-2018 betekent dat een afname van ruim 13%! Ik zie in de gemeten data geen aanleiding om te veronderstellen dat op korte termijn de neerslag hoger wordt.

De voorspelling dat extreme regenbuien in de nabije toekomst zullen toenemen baseert het KNMI op een combinatie van schaarse meetgegevens, hypotheses en statistische technieken. Onderstaande grafiek speelt daarbij een centrale rol:


In de grafiek heeft het KNMI de neerslagintensiteit in mm/uur afgezet tegen de zogenaamde herhalingstijd in jaren. Dus hoge neerslaghoeveelheden hebben een langere herhalingstijden (zijn dus zeldzamer) dan lagere hoeveelheden. Te zien is dat op basis van meetdata uit drie voorafgaande periodes de lijnen dicht bij elkaar liggen. Dat wordt anders als men de data van 2000-2011 gebruikt: dan buigt de lijn scherp naar boven. Die afwijking wordt bepaald door 5 extreme buien met uursommen van boven de 60 mm op 5 verschillende locaties.

Het KNMI noteert bij de grafiek: “Door de stijgende temperatuur is ook de hoeveelheid waterdamp in de lucht toegenomen. Dat verklaart gedeeltelijk de toename van de jaarlijkse hoeveelheid neerslag. Het effect op zware buien is nog groter. Uit waarnemingen blijkt dat bij de meest extreme buien de hoeveelheid neerslag per uur toeneemt met ongeveer 12 procent per graad opwarming. Volgens de KNMI’14-klimaatscenario’s zal de hoeveelheid neerslag gemiddeld verder toenemen en wordt de kans op extreme regenbuien met hagel en onweer groter.

Met name de laatste zin is opvallend en voor ons aanleiding geweest om de waarnemingen te bekijken. Momenteel zijn er 32 neerslagstations waar elk uur gemeten wordt. Helaas zijn de meeste van die stations nog niet zo lang in gebruik, zodat je geen zicht krijgt op veranderingen gedurende een langere periode. Zo meet het station Herwijnen (van de recordbui met een uursom van 76 mm in 2011) pas sinds 4 mei 1993 elk uur de neerslag. Ook de andere vier rode blokjes van extreme buien zijn afkomstig van neerslagstations die nog maar relatief kort de uursommen meten. Dat zijn de stations Marknesse op 2 juni 2003 (72,8 mm), Westdorpe op 5 augustus 2005 met 68,5 mm, Deelen op 28 juli 2014 met 66,8 mm en Cabauw op 29 juni 2005 met 64,4 mm.

Van de 32 neerslagstations die momenteel uurmetingen doen is meer dan de helft pas na 1990 in bedrijf genomen. Voor het signaleren van trends is dat aan de korte kant. Bovendien is het ongebruikelijk dat de berekende herhalingstijd in de grafiek vele malen langer is dan de lengte van de meetperiode. Van de genoemde 32 stations zijn er veertien met een meetreeks langer dan veertig jaar. Van die veertien heeft alleen De Bilt een meetreeks van meer dan honderd jaar, twee stations hebben een meetreeks van zestig jaar en elf tussen de zestig en veertig jaar. De rest van de dertig stations hebben meetreeksen korter dan veertig jaar.


In bovenstaande figuur is de ligging en periode van ingebruikname van de 32 neerslagstations met uurdata weergegeven. Extreme buien zijn meestal zeer beperkt van omvang en overstijgen zelden een doorsnede van meer dan enkele kilometers. Buien met meer dan 50 mm neerslag zijn in de regel buiencomplexen, maar ook die hebben zelden een doorsnede van meer dan 10 km. De kans dat je zo’n extreme bui ‘vangt’ met het zeer grofmazige netwerk van 32 uursomstations is dan ook tamelijk klein. Die kans wordt nog veel kleiner bij een netwerk van maar vijftien stations, zoals dat vóór 1990 bestond (de groene en blauwe bolletjes).

In de periode tot 1990 waren er ten oosten van de lijn Leeuwarden-Maastricht maar 4 stations actief, en dat in een gebied dat zo’n 40% van de oppervlakte van Nederland beslaat. Vóór 1957 was alleen De Bilt actief. Twee van de drie Limburgse stations werden pas actief na 1990. De kans dat er vóór 1990 in Limburg een zware bui gedetecteerd werd was dus verwaarloosbaar. En na 1990 met slechts drie stations is die kans nog steeds zeer klein.

Een door het KNMI gebruikte hypothese is dat extreme neerslag bepaald wordt door de maximaal beschikbare hoeveelheid waterdamp in de atmosfeer. Dat is gebaseerd op het feit dat de maximale hoeveelheid waterdamp in de atmosfeer toeneemt met 7% per graad, volgens de zogenaamde Clausius-Clapeyron-relatie. Dat er gemiddeld meer neerslag valt als de dauwpuntstemperatuur hoger is, ligt fysisch voor de hand. Wanneer de grenslaag onder de wolkenbasis meer waterdamp bevat kun je ervan uitgaan dat er uiteindelijk meer neerslag ontstaat.

Ik denk echter dat dat voor lokale neerslag niet het geval hoeft te zijn en misschien zelfs wel onwaarschijnlijk is. Anders zou kort gezegd overal in de wereld bij eenzelfde temperatuur dezelfde hoeveelheid neerslag vallen. En dat is niet het geval. Om te bezien of er een correlatie is tussen de hoogte van de uursom bij hevige buien en de dauwpuntstemperatuur hebben we bij onze analyse van het KNMI-rapport van de uursomreeks van De Bilt 1951-2016 alle uursommen van > 20mm afgezet tegen de dauwpuntstemperatuur vier uur voorafgaande aan de uursom:


De grafiek toont geen enkele correlatie tussen hoogte van de uursommen en de bijbehorende dauwpuntstemperaturen. Extreme buien treden blijkbaar op onder omstandigheden waarbij niet alleen lokale thermodynamische wolkenvormingsprocessen meespelen maar ook grootschalige atmosferische processen. Zo ontstaan extreme buien in de zomer vaak vlak vóór een frontale zone. De aangevoerde lucht aan het oppervlak is dan vaak zeer warm, terwijl het naderende front zeer koude lucht in de hogere troposfeer aanvoert. Door de daardoor ontstane sterk instabiele atmosfeergradiënt is de vorming van zeer hoge wolken mogelijk waaruit vaak veel neerslag valt.

Het KNMI vermoedt dat vanwege opwarming de hevigste buien zelfs niet de 7% per graad volgen (Clausius-Clapeyron) maar zelfs 14% per graad stijging, het zogenaamde 2CC-verband. Er is echter nog heel weinig bekend over deze materie, onder andere omdat er zeer weinig bruikbare meetgegevens zijn. Dat geldt ook voor Nederland, waar uurmetingen nog maar kortgeleden op gang zijn gekomen. Alleen De Bilt beschikt over een meetreeks van meer dan 100 jaar.

Onderzoeker Geert Lenderink van het KNMI omschrijft echter de grote onzekerheden voor de toekomstige ontwikkelingen als volgt: “Het staat nog niet vast of deze schaalvergroting van buien daadwerkelijk zal gaan optreden in de toekomst. Tegenover deze mogelijk sterkere organisatiegraad van buien zijn er ook langetermijneffecten die mogelijk een dempend effect op de toename van neerslagextremen en organisatiegraad van buien hebben. De meeste klimaatmodellen verwachten in de zomer een toenemende invloed van hogedrukgebieden boven Groot-Brittannië, waardoor de grootschalige condities nodig voor extreme neerslag minder vaak optreden. Ook lijkt de stabiliteit van de atmosfeer te kunnen veranderen, waarbij de atmosfeer meer opwarmt op grote hoogte dan aan de grond, met als gevolg dat de opbouw van de onderste 5 tot 10 km van de atmosfeer juist stabieler wordt. Beide stabiliserende effecten zijn echter relatief zwak tot 2050, maar nemen daarna wel toe.”

De vijf uitschieters van de extreme buien lijken vooral geregistreerd te zijn door de uitbreiding van het meetnet. Omdat zeer zware buien een lokale omvang hebben is het aannemelijk dat vanwege de uitbreiding van het meetnet ‘toevallig’ die zware buien gemeten werden. Anders gezegd: als men niet had besloten om per 4 mei 1993 op station Herwijnen uursommen te gaan meten dan was die extreme bui van 28 juni 2011 nooit gemeten.

Wat voor Nederland geldt, geldt zeker ook voor Limburg: er zijn geen aanwijzingen uit meetgegevens dat het aantal extreme buien waarschijnlijk in de nabije toekomst zal toenemen. Met slechts 3 uurmeetstations waarvan er 2 relatief kort in bedrijf zijn is het onverantwoord om conclusies te trekken voor de periode die komen gaat.

In de buurlanden is het niet veel anders. In Duitsland laten de waarnemingen geen toename zien van extreme neerslag sinds 1951. Het KMI in Ukkel schrijft in een rapport uit 2015: “…. Ook hier kunnen we besluiten dat de hierboven beschreven resultaten het gevoel dat onweersbuien, die één of meerdere uren kunnen duren, recentelijk intenser en overvloediger geworden zijn, niet bevestigen.”