De zon heeft het gedaan

Hoe warm het op een bepaald moment en op een bepaalde plaats is wordt door een complex van factoren bepaald.  Twee belangrijke factoren zijn de hoeveelheid stralingsenergie van de zon die binnenvalt en de aanvoer van energie uit andere gebieden. In dit bericht bekijk ik de stralingsenergie van de zon in ons land.

Solar irradiation is de stralingsenergie van de zon op een oppervlak per tijdseenheid.  Het KNMI drukt die uit in J/cm2 in een etmaal. Een andere veel gebruikte eenheid is W/m2. Al enkele malen liet ik zien dat er opzienbarende dingen gebeuren met die irradiation in ons land. In dit bericht ga ik de data bekijken van de 5 hoofdstations, namelijk De Bilt, Vlissingen, De Kooy, Eelde en Maastricht. In De Bilt wordt vanaf 1957 gemeten, in Vlissingen sinds 1964 en op de andere stations sinds 1965.

De hoeveelheid zonne-energie die de aarde ontvangt aan de buitenkant van de atmosfeer is ongeveer 1361 W/ m2.  Die TSI  (Total Solar Irradiance) schommelt een beetje in de tijd:

Fig. 1  Bron: University of Colorado

Die variantie is echter zo klein dat we spreken van de zonneconstante. Verschillen in temperatuur aan het aardoppervlak in de afgelopen decennia kunnen er in elk geval niet mee verklaard worden.

Het zonlicht dat op aarde valt wordt meestal gemeten met behulp van een pyranometer. Op station De Bilt is men in 1957 begonnen met de metingen. Voor elk etmaal wordt de energie gemeten in J/cm2.

Fig. 2  Data: KNMI

In figuur 2 is de invallende zonne-energie per etmaal in De Bilt weergegeven.  Duidelijk is de jaarlijkse gang te zien van bijna 0 op een zeer sombere winterse dag tot 3000 J/cm2 en soms zelfs hoger in de zomer. Omdat eventuele trends in deze grafiek moeilijk zichtbaar zijn heb ik de data gegroepeerd tot de gemiddelde irradiation per etmaal in een jaar.

Fig. 3  Data: KNMI

In figuur 3 is die gemiddelde irradiation per etmaal in elk jaar van 1958 t/m 2019 weergegeven. Omdat het signaal van jaar tot jaar sterk kan verschillen als gevolg van verschillen in bewolkingsgraad zijn de data gesmoothed met behulp van een LOESS smoothing (span 0.33). Wat direct opvalt is dat de hoeveelheid gemeten zonne-energie in De Bilt de afgelopen decennia fors is toegenomen, ik bereken een toename van maar liefst 11%. Dat is enorm veel.

Omdat ik benieuwd was hoe het op de andere vier hoofdstations was heb ik de irradiation van deze stations gedownload. De reeksen van deze vier stations starten iets later dan die van De Bilt.

Fig. 4  Data: KNMI

Figuur 4 toont de gemiddelde  irradiation per etmaal voor elk jaar van de 5 hoofdstations. De grafiek is wat ondoorzichtig vanwege de sterke fluctuaties in de reeksen.  Om te bezien hoe groot de overeenkomsten tussen de 5 reeksen is heb ik steeds De Bilt vergeleken met een van de andere stations en de correlatiecoëfficiënt bepaald.

Fig. 5  Data: KNMI

Figuur 5 toont aan dat de correlatie tussen de reeksen zeer sterk is. Dat wijst mijns inziens op een sterke invloed van de bewolkingsgraad die van jaar tot jaar nogal kan variëren. Eigenlijk niet bijzonder gezien de beperkte afstand tussen de vijf stations.

Tot slot heb ik – om gemakkelijker trends te ontdekken- de gesmoothde (LOESS span 0.33) reeksen met elkaar vergeleken.

Fig. 6  Data: KNMI

Het zal geen verrassing zijn om te zien dat ook deze reeksen sterk correleren. In alle stations gaat de  hoeveelheid invallende zonne-energie sinds begin jaren ’80 van de vorige eeuw gestaag omhoog. Bovenin liggen de lijnen van de beide kuststations als gevolg van het kusteffect (meer zonuren). Over de hele meetperiode is de stijging van de irradiation het grootst in Maastricht (12,4%), gevolgd door De Bilt (11%).

Fig. 7  Data: KNMI

Vorig jaar heb ik een poging gedaan om een verandering in bewolkingsgraad aan te tonen met behulp van de beschikbare data. Zie hier. Op basis van de data van de bewolkingsgraad kon geen afname van de bewolking worden aangetoond, zie figuur 7. De gehanteerde visuele waarnemingsmethode lijkt daarvoor te onbetrouwbaar.

Fig. 8  Data: KNMI

Wel was er een toename te zien van het aantal zonne-uren in De Bilt, zie figuur 8. Dat zou kunnen wijzen op een afname van de bewolking in de loop van de tijd. Maar voorzichtigheid is hier gewenst, want de uren zonneschijn worden afgeleid van de datareeksen van de pyranometer, waarmee de irradiation gemeten wordt. Daardoor ligt een cirkelredenering op de loer.

Conclusie: de toename van de hoeveelheid binnenvallende zonne-energie (solar irradiation) in de vijf hoofdstations van Nederland sinds 1980 is opvallend groot. Alhoewel ongetwijfeld de brightening als gevolg van de schoner wordende lucht in ons land daarbij een rol speelt (zie hier) is het voorstelbaar dat ook een afname van de bewolkingsgraad sinds 1980 een rol van betekenis speelt. Hoe groot de invloed is van een veranderende bewolkingsgraad is op basis van de beschikbare data niet vast te stellen.

Het zal niet makkelijk zijn om op basis van de toename van de irradiation af te leiden hoe groot daarvan het opwarmend effect is. Maar een toename van 11% van de binnenvallende zonne-energie in De Bilt in een periode van 40 jaar is dermate groot dat het me niet zou verbazen als deze factor verantwoordelijk is voor een aanzienlijk deel van de temperatuurtoename in De Bilt vanaf 1980. Het lijkt me een mooie opdracht voor het KNMI om daar eens de tanden in te zetten en wat minder te jammeren over het obligate CO2-verhaal.