De zeespiegel: getijdenmetingen

Geschat wordt dat de zeespiegelstijging gedurende de 20e eeuw gemiddeld ongeveer 1,5 mm/jaar bedroeg. Dat is op basis van getijdenmetingen (boeimetingen) geschat.  De geofysische effecten die bijdroegen (schattingen) aan de zeespiegelstijging in de 20e eeuw zijn: uitzetting ( 0,4 mm/jaar), gletsjers ( 0,51 mm/jaar), landijs (0,45 mm/jaar), grondwater (0,12 mm/jaar) en antropogene effecten ( 0,05 mm/jaar). Bron: Chung-Yen Kuo (2006). Tegelijk wordt door satellietmetingen vanaf eind 1992 een gemiddelde zeespiegelstijging van 1992 t/m 2020 van 3,3 mm/jaar  (University of Colorado).

Er lijkt dus sprake te zijn van een flinke versnelling in de zeespiegelstijging. Het IPCC gaat in haar laatste rapport AR6 uit van een grote versnelling in de zeespiegelstijging op basis van de satellietdata, en het KNMI deed er in het rapport Klimaatsignaal’21 nog een flinke schep bovenop. De projecties van de zeespiegelontwikkeling in de nabije toekomst zijn onheilspellend, maar zijn -ter geruststelling- allemaal uitkomsten van modellen. Maar hoe zit het met de metingen, rechtvaardigen die de apocalyptische projecties van de zeespiegelstijging  van IPCC en KNMI?  Ik ga op zoek. Dit is deel 1, over de getijdenmetingen.

Getijdenmetingen in Nederland

Fig.1      Bron: sealevel.info

Voor de Nederlandse kust wordt geen versnelling van de zeespiegelstijging waargenomen, zoals bovenstaande grafieken tonen. De grafieken betreffen de gemiddelde maandelijkse zeespiegelhoogte van de 6 Nederlandse hoofdmeetstations van januari 1901 t/m december 2020. De lineaire trendlijn (‘lineair fit’) is de rode lijn, de versnellingslijn (‘quadratic fit’) is de oranje lijn. Als die laaatste gekromd is betekent dit dat er sprake is van een versnelling of vertraging in het signaal. Zo is er bijvoorbeeld in de reeks van Delfzijl een hele lichte versnelling waarneembaar (de oranje lijn ligt links en rechts een beetje boven de rode lijn). In de reeks van IJmuiden is er daarentegen sprake van een hele lichte vertraging. Zo is de versnelling in Delfzijl 0,01426 mm/yr² terwijl de lineaire trend 2,041 mm/yr. Die versnelling is verwaarloosbaar klein. Als dat het geval is ligt de oranje lijn zeer dicht bij de rode lijn.

De gemiddelde trend van die 6 stations is 19,3 cm/eeuw. Dat is de relatieve zeespiegelstijging aan onze kust, dus de stijging van de zeespiegel ten opzichte van het land. Hou je rekening met de gemiddelde bodemdaling langs de Nederlandse kust van 3 cm per eeuw (Zeespiegelmonitor 2018) dan is de gemiddelde zeespiegelstijging langs onze kust al langer dan een eeuw iets meer dan 1,6 mm/jaar (16 cm/eeuw). Er is langs de Nederlandse kust niets te zien van een versnelling in de zeespiegelstijging, zoals ik ook al had laten zien in het bericht van 25 oktober j.l.

Het KNMI weet dat ook en verklaarde dat uitblijven van die versnelling als volgt: “Het verschil tussen waarneming en projectie voor 2020 is goed te verklaren door verschillen in weer, oceaanstromingen, regionale opwarming en zoutgehalte van de oceaan.”  Als dat zo is en het uitblijven van een versnelling is het gevolg van een unieke samenloop van omstandigheden dan ben ik benieuwd naar de grafieken van langjarige metingen elders op aarde.

Getijdenmetingen in de rest van de wereld

Fig.2      Bron: NOAA

In figuur 2 is een getijdenstation getekend. De boei meet de waterhoogte ten opzichte van het land ter plekke. Het zou mooi zijn als dat land geen verticale bewegingen zou kennen, maar dat is helaas niet waar. In de tekening is een GPS meter getekend, waarmee de verticale bodembewegingen gemeten kunnen worden. Een aantal van de meerboeien heeft al een dergelijk instrument, maar de meeste nog niet. Momenteel is voor steeds meer meetlocaties de verticale beweging van het land bekend, zodat de absolute zeespiegelstijging berekend kan worden.  Voor het constateren van versnellingen is dat niet van belang.

Fig. 3    Data: sealevel.info

Vrijwel overal op aarde is de aardkorst in beweging. Zo zijn grote gebieden die tijdens het laatste glaciaal bedekt waren met landijs zoals Scandinavië en Oost Canada en waarvan het ijs vanaf het einde van die ijstijd afgesmolten is, door die drukontlasting een flink eind omhoog bewogen, en die beweging is er nog steeds. Dat heet GIA, glacial isostatic adjustment. Figuur 3 laat de grafiek van Stockholm zien. De trend is dalend, terwijl de gemiddelde trend voor de gehele aarde stijgend is. Dat de zeespiegel bij Stockholm dalend is (ten opzichte van het land!) komt dus door het opveren van de aardkorst ter plekken, GIA. Als ik dat op de achterkant van een sigarendoosje (bestaan die nog?) uitreken betekent dit dat de ondergrond nabij Stockholm de afgelopen 120 jaar ruim 60 cm is gestegen!

Het feit dat er nauwelijks sprake is van versnelling (zie oranje en rode lijn) lijkt te bevestigen dat de bodembeweging als gevolg van GIA  -rekening houdend met de termijn waarop we de zeespiegel meten- een eenparige beweging vertoont. Dan is die relatieve zeespiegelmeting betrouwbaar.

Fig.4    Bron: PSMSL

Figuur 4 toont de berekende invloed van GIA op de zeespiegelmetingen. Als gevolg van dat opveren van de Scandinavische ondergrond dalen dan weer de gebieden aan de rand van die opverende gebieden. Zo daalt Noord Nederland als gevolg van het opveren van Scandinavië, omdat Noord-Nederland deel uitmaakt van het Noordzeebekken dat daalt door het opveren van Scandinavië.

Fig. 5    Bron: Wikipedia

Maar er zijn behalve GIA nog andere oorzaken van verticale landbewegingen, zoals vulkanisme, aardbevingen, breuktektoniek en gebergtevorming. Veel van deze oorzaken  vind je in zogenaamde subductiezones, waar een stuk aardkorst onder een andere duikt. Zie figuur 5. De grote subductiezones vormen de zogenaamde Ring of Fire op aarde, met een keten van vulkanen er bovenop. In figuur 4 zijn de grote vulkanen met rode driehoekjes weergegeven. De ondergrond van deze subductiezones beweegt vaak, maar dan niet met de eenparige beweging van GIA-gebieden, maar met plotselinge stijgingen en dalingen.

Ook menselijke activiteiten kunnen de oorzaak zijn van verticale bodembewegingen: zo veroorzaken grootschalige grondwateronttrekkingen vaak bodemdalingen waardoor de relatieve zeespiegel stijgt. In 2019 heb ik een fact check gedaan naar een verhaal in de Volkskrant over een in de golven verdwijnend dorp nabij Manila op de Filipijnen. Mijn algemene conclusie was dat het Volkskrantartikel onjuiste informatie gegeven heeft over de overstromingen in het dorp Pariahan, en dat de krant in zijn fotokeuze  bij het artikel én het gebruik van termen als ’klimaatslachtoffer’ en ‘klimaatcrisis’ onjuiste informatie had verschaft aan haar lezers. In werkelijkheid ging het bij die overstroming over een combinatie van gebrekkig dijkonderhoud, de verwoestende werking van een tyfoon en de grondwateronttrekking onder het nabijgelegen Manila sinds 1965.

Fig.6      Data: PSMSL

Figuur 6 toont de zeespiegelgrafiek van het nabijgelegen Manila, de ‘knik’  in de reeks is rond 1965, als de grootschalige onttrekking van grondwater ten behoeve van de opkomende industrie er voor zorgt dat de zeespiegeltrend er spectaculair verandert. Dat gebruik van termen als ’klimaatslachtoffer’ en ‘klimaatcrisis’ is er helaas de afgelopen twee jaar alleen maar erger op geworden, vooral omdat het IPCC voor de huidige stand van het wereldklimaat die term klimaatcrisis officieel heeft gemunt.

De gegevens van de boeimetingen worden per land verzameld, meestal door officiële nationale organisaties ter plekke. In Nederland is dat Rijkswaterstaat. Al die data worden dan verzameld door PSMSL en NOAA en beschikbaar gesteld aan gebruikers.

Fig.7      Bron: PSMSL

De kaart hierboven toont de ligging van de 1269 getijdenstations waarvan het PSMSL de meetgegevens bewaart.  De oudste meetreeks is die van Brest in Frankrijk, waar men al in 1807 een meetboei installeerde. Dat station is overigens tot op de dag van vandaag in gebruik. Onze Nederlandse boeidata (zie fig.1) waren er ook vroeg bij en behoren tot de 35 oudste stations ter wereld. De jongste is Lages das Flores in Portugal, gestart in 2006. Van alle 1269 stations waren t/m 2015  620 stations actief.  De overige 649 zijn voortijdig afgehaakt maar zitten nog wel in de database.

De langste meetreeksen zijn van onschatbare waarde voor het onderzoek naar de zeespiegel. NOAA maakte van alle 1269 stations een lijst van ‘375 long term trend tide stations’, die een gemiddelde trend van 1,56 mm/jaar liet zien. Dr. Mitrovica stelde een lijst samen van ’23 gold standard tide stations’ op basis van minimale verticale landbeweging en kwam tot een gemiddelde trend van 1,6 mm/jaar. Dr. Holgate stelde een reeks van ‘nine excellent tide gauge records op met een gemiddelde trend van 1,77 mm/jaar.

Fig. 8

Omdat ook de ‘golden’ en ‘excellent’ reeksen die hiervoor vermeld zijn niet konden ontsnappen aan het recent wegvallen van stations heb ik een aantal jaren geleden 9 getijdenstations geselecteerd op basis van 4 criteria: langlopende meetreeksen (minimaal 100 jaar), hoge compleetheid van data, goede ruimtelijke spreiding en een geringe verticale bodembeweging. Deze Klimaatgek-lijst betrof de stations Den Helder, San Francisco (USA), Victoria (Can), The Battery (USA), Honolulu (USA), Balboa (Pan), Fremantle (Aus), North Shields (UK), en Dunedin II (NZ).

Toen ik voor dit artikel de data van deze 9 stations wilde bijwerken t/m 2020 ontdekte ik dat ik Dunedin II niet meer kon gebruiken, het wordt niet meer bijgewerkt. Daarom heb ik in de omgeving een vervangend station gekozen, want met maar 9 stations blijft de ruimtelijke spreiding delicaat. Het werd Sydney Fort Denison 2 in Australië. De ligging van de stations is aangegeven op figuur 8. Het vervangende station Sydney is lila gekleurd, Dunedin II heeft een rood kruis. Dunedin II had al het nadeel dat het als enige van de 9 stations op de onrustige Ring of Fire lag, dus de wisseling van station is denk ik een verbetering.

Fig. 9    Bron: sealevel.info

Figuur 9 toont de meetreeksen van de 9 Klimaatgek-stations. De grafieken zijn bijgewerkt t/m december 2020. De gemiddelde trend van deze 9 historische stations is 1,67 mm/jaar (16,7 cm/jaar). Dat is nagenoeg gelijk aan de gemiddelde trend van alle 1269 stations van PSMSL (1,65 mm/jaar). Behalve de lineaire trend is in de grafiek ook de ‘quadratic fit’ weergegeven, die een maat is voor de aanwezigheid van een versnelling in het signaal. Bij alle 9 stations is de versnelling in het signaal bijna 0 en valt de quadratic fit nagenoeg samen met de lineair fit.

Deze 9 langjarige, over de aarde verspreide meetreeksen vertonen géén versnelling en de gemiddelde trend is 1,67 mm/jaar. Dat is opvallend, omdat zoals gezegd de satellietmetingen vanaf 1992 een gemiddelde trend van 3,3 mm/jaar vertonen.

Overigens is de tijdreeks van Sydney niet onbesproken. NOAA levert een samengestelde tijdreeks, genaamd Sydney, Fort Denison 1&2. Die samengestelde reeks begint in 1885. Er zijn echter problemen met de data van Sydney Fort Denison1, waardoor een statistische correctie nodig was voor de periode 1885-1914. Zie  het rapport hier. Dat is waarschijnlijk de reden geweest voor PSMSL om de data vóór 1914 niet op te nemen en alleen de data van Fort Denison 2 op te slaan. Ik gebruik daarom de data van Sydney Fort Denison 1.


Regionale zeespiegelstijgingen

Zeespiegelstijgingen (en -dalingen) kent grote ruimtelijke verschillen. Satellietmetingen vanaf 1992 laten zien dat er sprake is van regionale verschillen in zeespiegelveranderingen (anomalieën).  In figuur 10 is te zien dat de regionale verschillen kunnen variëren van -15 mm/jaar tot + 15 mm/jaar.

Figuur 10     Bron: Copernicus EU

Die regionale verschillen zijn het gevolg van natuurlijke processen zoals veranderende windpatronen en zeestromen.  Voorbeeld daarvan is de opmerkelijke grote stijging van de zeespiegel in grote delen van de westelijke Grote Oceaan (gevolg van El Niño en de Pacific Decadal Oscillation) en de Indische Oceaan. Maar ook verticale bewegingen van de aardkorst als gevolg van platentektoniek (o.a. Japan) en veranderende landijsmassa’s (GIA: Scandinavië) en hebben invloed op het zwaartekrachtveld en hoogte van de oceaanbodem en daarmee op de zeespiegel.

Een dergelijke ruimtelijk ongelijkmatige spreiding van zeespiegelveranderingen kan decennialang en wellicht nog langer voortduren. Zo is de hogere zeespiegeltrend aan de oostkust van de USA ten opzichte van de trend aan de westkust al meer dan 100 jaar zichtbaar in de grafieken van getijdestations ter plekke. Vergelijk in figuur 9 de grafieken van The Battery (oostkust) en San Francisco (westkust). Het gebied in het westelijk deel van de Grote Oceaan dat rood gekleurd is wordt de Warm Pool genoemd. De zeespiegel stijgt daar  3x sneller dan het gemiddelde zeeniveau.

Fig.11    Bron: NOAA

Regionale verschillen zijn ook terug te vinden op de fraaie kaart van NOAA (figuur 11). GIA regio’s zijn herkenbaar aan de neerwaartse pijlen. Verreweg de meeste stations vertonen een positieve trend, waarbij de kleur groen (0-3 mm/jaar) domineert. Opvallend zijn de gele pijlen (3-6 mm/jaar) in het oostelijk deel van de Stille Oceaan, zoals te verwachten (Warm Pool).

Van de twee rode pijlen (trend > 9 mm/jaar) is de rechter van Manila (14,54 mm/jaar). Ik heb al laten zien dat dat een gevolg is van extreme grondwateronttrekking sinds 1965 met als gevolg een forse bodemdaling. De linker pijl is van een station nabij Bangkok. Daar heb ik geen gegevens van, maar het zou me niet verbazen als dat ook het gevolg is van grondwateronttrekking.

Actieve getijdenstations

Van alle 1269 stations in de database van PSMSL zijn de startdatum van de metingen bekend, de einddatum, trend, versnelling en nog wat gegevens, zie hier. Het oudste station, Brest in Frankrijk, startte in 1807. Dat werden er later meer en meer, vooral na 1950 groei het aantal stations fors. Van die 1269 station zijn er veel die er tussentijds mee gestopt zijn. Er zijn er 620 over die vanaf de start t/m heden actief zijn. “Heden” betekent hier 2016, want recenter reikt de PSMSL tabel niet.

Fig. 12   Data: PSMSL

Figuur 12 betreft die 620 continue stations. Elk puntje in de 12 geeft zowel de startdatum van een station weer (horizontale as) als de trend (verticale as). De gemiddelde trend van de 620 stations is 2,17 mm/jaar. De meeste puntjes in figuur 12 liggen tussen de 0 en +5 mm. Wat opvalt is dat de stations met een recente startdatum (vanaf 1980) gemiddeld een wat hogere trend laten zien. Dat geeft de suggestie dat de trend in de laatste decennia toeneemt. Van de 46 nieuwe stations die er vanaf 2000 bijgekomen zijn is de gemiddelde trend hoog, namelijk 4,1 mm/jaar. Maar bedenk dat in het jaar 2015 er in totaal 620 stations actief waren. Dus behalve die 46 nieuwe stations waren er in 2015 nog 574 stations actief met een start van vóór 2000. Alle 620 actieve stations in het jaar 2015 bepalen samen de gemiddelde trend voor het jaar 2015. Dat geldt natuurlijk ook voor elk van de andere jaren.

Fig.13    Data: PSMSL

Figuur 13 geeft de groei weer van het aantal getijdenstations vanaf 1900. Omdat het hier de 620 stations betreft die tot 2015 actief zijn heeft de grafiek een stijgende lijn. Met behulp van de trenddata uit de PSMSL tabel heb ik vanaf 1900 voor elk jaar de gemiddelde trend berekend van alle in dat jaar actieve stations:

Fig.14    Data: PSMSL

De grafiek wekt de suggestie dat er sprake is van een stijgende trend in de loop van de jaren. Ongetwijfeld kan een lichte stijging van de trend tussen 1900 en 2015 niet uitgesloten zijn, figuur 15 laat zien dat de versnellingen per station gering zijn, met waarschijnlijk iets meer positieve dan negatieve.

Ik denk echter dat er hier sprake is van een andere effect. Zoals figuur 10 liet zien tonen de satellietdata een sterke regionale verscheidenheid voor wat betreft de zeespiegelstijging vanaf 1992. Het oostelijk del van de Grote Oceaan (met name de Warm Pool) vertoont een meer dan gemiddelde stijging, terwijl kusten langs de Scandinavische landen en Canada dalingsgebieden zijn als gevolg van GIA.

Als ik de tabel van PSMSL bekijk dan valt me op dat er sprake is van een zekere ruimtelijke clustering. Ik bedoel daarmee dat vanaf 1900  de stations die nieuw toegevoegd werden geen willekeurige ruimtelijke spreiding vertoonden maar enige ruimtelijke clustering vertoonden. Zo waren in de eerste helft van de 20e eeuw veel nieuwe stations afkomstig uit Noord-Europa en Noord-Amerika waardoor er sprake was van een sterke invloed van GIA (=lage trends). Dat is natuurlijk verklaarbaar, Noord-Amerika en Europa waren in die periode al tamelijk welvarende gebieden die het zich konden permitteren om een netwerk van getijdenstations op te zetten.

Fig.15    Bron: Copernicus EU

Ik vermoedde dat de trendstijging tussen 1975 en 2000 in figuur 14 wel eens te maken kon hebben met het toetreden van relatief veel nieuwe stations uit het oostelijk deel van de Grote Oceaan. Om dat uit te zoeken heb ik vanaf 1900 per decennium het aantal nieuwe stations geteld dat afkomstig was van GIA-gebieden in de noordelijke landen en afkomstig was van het oostelijk deel van de Grote Oceaan. De witte rechthoek in figuur 15 bevat de stations met hoge trends, Japan en Nieuw Zeeland heb ik vanwege subductie buiten beschouwing gelaten.

Het resultaat was (bijna) helemaal zoals ik al vermoedde:

Fig.16    Data: PSMSL

Vergelijkt men figuur 14 met figuur 16 dat is makkelijk de invloed op de trend te herkennen van de herkomstgebieden van nieuwe stations. Een hoog percentage GIA stations aan het begin van de eeuw veroorzaakt relatief lage trends, en zelfs een daling van de trend als er één klap een aantal GIA stations bijkomen. In de periode 1900-1909 was 38% van de nieuwe stations uit GIA gebieden afkomstig, in 1910-1919 was dat zelfs 50%.

De sterke stijging van de trend tussen 1975 en 2000 (figuur 14) correleert goed met het sterk oplopend aandeel in diezelfde periode van nieuwe stations uit de ‘witte rechthoek’ van figuur 15. Hun aandeel is in de jaren ’80 en  ’90 respectievelijk 45% en 54% van alle nieuwkomers!

Dat de trend vanaf 2000 nog een tikkeltje hoger kon was na enig zoekwerk ook verklaarbaar. Van de 30 nieuwe stations sinds 2000 waren er maar liefst 21 uit het Middellandse Zeegebied: 19 nieuwe Italiaanse stations en 2 Griekse. Die kusten zijn deel van de grote subductiezone in Zuid-Europa met vulkanisme, aardbevingen en bodembewegingen. De daardoor ontstane opvallend hoge trends in die regio veroorzaakte in 2000 een toename van 2,05 naar 2,17 mm/jaar, zie figuur 14.

Fig.17    Bron: IPCC AR5

Conclusies:

  • Langjarige reeksen van getijdenmetingen vertonen trends tussen 1,5 mm/jaar en 2 mm/jaar. Opvallend is dat die tijdreeksen nagenoeg geen versnellingen vertonen. Een dergelijke versnelling zou logisch zijn omdat het IPCC al jaren spreekt van een toename van de zeespiegeltrend.
  • Van de 620 actieve getijdenstations van het PSMSL over de gehele aarde verspreid is de gemiddelde trend 2,17 mm/jaar. De trend per jaar vanaf 1900 van die 620 stations neemt toe van ongeveer 1 mm/jaar rond 1900 tot de genoemde 2,17 mm/jaar in 2010. Die toename is vooral het gevolg van het feit dat de zeespiegelstijging sterke regionale verschillen kent. Aan het einde van de 20e eeuw was ongeveer de helft van de nieuwe stations afkomstig van het oostelijk deel van de Grote Oceaan, een gebied dat de hoogste zeespiegeltrend heeft.
  • Toevoeging van nieuwe stations kan een toename maar ook een afname teweegbrengen van de gemiddelde trend van getijdenstations op aarde, afhankelijk van de herkomstregio. Dat geldt trouwens ook als er stations verwijderd worden. Figuur 17 toont nog behoorlijk veel kustenstreken waar weinig tot geen getijdenstations zijn (Afrika, tropisch Zuid-Amerika, Noord Canada, Groenland, Antarctica).

Er blijkt een opvallend verschil te zijn tussen de trend (2,17) mm/jaar) van de zeespiegel op basis van getijdenstations en de trend (3,3 mm/jaar) op basis van satellietmetingen. Een volgende keer dus aandacht voor die satellietmetingen.