Het komt regelmatig voor: binnen 24 uur daalt of stijgt de temperatuur in ons land zomaar 10 graden of meer. De windrichting is dan veranderd en daarmee ook het weer. Dan wordt er kou of juist warmte van elders aangevoerd. Die temperatuurschommelingen kunnen in West-Europa erg groot zijn. Dat heeft te maken met het feit dat we in het westen de Atlantische Oceaan hebben en in het Oosten een enorm continent. De lucht vanaf de oceaan is vaak zacht en vochtig, oostenwind (uit Rusland) soms ijskoud (in de winter) of bloedheet (n de zomer). En door de ligging op gematigde breedte is ons land bereikbaar voor lucht uit het noordpoolgebied (zeer koud) maar ook uit de subtropen (erg warm).
Fig.1 Bron: KNMI
De eigenschappen van het brongebied, het gebied waar de lucht vandaan komt, bepalen in eerste instantie de eigenschappen van de luchtmassa erboven. Op zijn weg naar Nederland veranderen die eigenschappen in zekere mate doordat de eigenschappen van de ondergrond de daarboven bewegende lucht beïnvloedt. Is het brongebied bijvoorbeeld de omgeving van IJsland dan zal de lucht op zijn weg naar Nederland vrijwel altijd opwarmen omdat het oceaanwater op die weg warmer is dan nabij IJsland. Behalve de temperatuur worden ook andere eigenschappen van de luchtmassa bepaald door de ligging en andere eigenschappen van brongebied en bewegingsroute. Denk bijvoorbeeld aan luchtvochtigheid en bewolking als de lucht over de oceaan wordt aangevoerd. Of stralende zon en koude nachten als de lucht vanuit Rusland wordt aangevoerd. Zie figuur 1: een hogedrukgebied boven Zuid Zweden stuwde op zaterdag 5 maart 2022 koude en droge lucht vanuit centraal Rusland onze richting op. Met de rode pijl heb ik de windrichting aangegeven.
Overigens kennen we natuurlijk allemaal nóg een mechanisme met soms enorme temperatuurschommelingen: dag en nacht. Verschillen van meer dan 10 graden of meer zijn doodnormaal als bewolking ontbreekt. Dan is het voor warmtestraling makkelijk om naar boven te ontsnappen, en ’s nachts wordt die afkoeling niet gecompenseerd door binnenvallende zonnestraling. Merkwaardig overigens dat mensen dergelijke grote schommelingen binnen zeer korte tijd normaal vinden maar sommigen van ons van slag raken als men leest of hoort dat de gemiddelde temperatuur op aarde vanaf 1850 1 °C hoger geworden is.
Fig. 2 Bron: Meteo Maarsen
In dit artikel ga ik op zoek naar veranderende windpatronen die van invloed zijn op de temperatuur in Nederland. Figuur 2 toont de indeling die Scherrlag in 1949 gemaakt heeft aan de hand van luchtsoorten en brongebieden. Die indeling van 12 luchtsoorten is sinds eind 19e eeuw door Duitse meteorologen verder verfijnd in 29 zogenaamde Grosswetterlagen. Ik heb daar een aantal jaren geleden al het een en andere over geschreven (zie hier), maar hernieuwde aandacht is op zijn plaats denk ik. Niet alleen omdat de Grosswetterlagen een bron van informatie zijn voor luchtcirculatieveranderingen in de loop van de tijd, maar ook omdat we nu weer 5 jaren aan de dagelijkse data kunnen toevoegen.
Fig. 3 Bron: DWD
Elke Grosswetterlage (GWL) beschrijft voor elk etmaal sinds begin 1881 waar en via welke weg de binnenstromende lucht vandaan komt. Zo ontstond een schat aan informatie die zeer nuttig bij het bestuderen van klimaatveranderingen. Figuur 4 toont de situatie voor de GWL “WZ” op 8 november 1991. Lucht uit westelijke richting wordt door een lagedrukgebied voor de kust van Noorwegen en hogedrukgebieden boven Zuid Europa onze richting op ‘gezogen’ (rode pijl).
Fig. 4 Bron: PIK Report 100
Op dergelijke wijze kan men van dag tot dag de weersituatie in Noord-Duitsland (en Nederland) analyseren. Aan de hand van gegevens over het brongebied van de luchtsoort, de weg die de lucht aflegt, de datum en de temperatuur van het zeewater kan men zo tamelijk nauwkeurig berekenen wat de effecten waren op het weer.
Omdat die indeling in 29 GWL soms te fijnmazig is voor bepaalde verwerkingsdoeleinden zijn ze ingedeeld in 10 zogenaamde Grosswettertypen (GWT), zie figuur 3. De afkortingen van deze GWT geven de globale ligging van het brongebied weer van de onderliggende GWL.
Fig. 5 Naar Meteo Julianadorp
Op de kaart van figuur 5 zijn de brongebieden van 8 GWT met rode letters aangegeven. In blauw zijn de bijbehorende afkortingen van de luchtsoorten aangegeven. “m” betekent maritieme oorsprong, “c” continentale oorsprong, terwijl de ligging van het brongebied wordt aangeduid met “A” voor arctisch, “P” voor polair (nabij poolcirkel) en “T” voor tropisch (nabij subtropen). Voor de GWT hi en lo kunnen geen brongebieden weergegeven worden.
Fig. 6 Data: DWD
Figuur 6 toont het aantal dagen dat de GWT “W” (westcirculatie) per jaar voorkwam van 1881 t/m 2020. Daarbij vallen twee dingen op. In de eerste plaats is de variatie van jaar tot jaar erg sterk, het ene jaar kan wel 2x zoveel dagen met westcirculatie hebben alsn het jaar erop. Dat heeft uiteraard grote gevolgen voor het weer: het ene jaar is het andere niet weten we. In de tweede plaats is er rond het jaar 1990 duidelijk sprake van een trendbreuk. Het niveau van gemiddeld 100 dagen per jaar W, zoals dat van 1881 tot rond 1990 heerste, wordt dan een niveau van gemiddeld 80 dagen per jaar W.
Omdat een grafiek met een totaaloverzicht van alle GWT onleesbaar wordt heb ik elk GWT signaal ‘gesmoothed’ met een Loess α=0.2. Dan worden nog meer trendbreuken zichtbaar:
Fig. 6 Data DWD
De lijn van “W” blijkt al eind van de jaren 1980 een duik naar beneden te maken. Ook “hi”, “S” en “SW” vertonen rond datzelfde moment een knik. “S” begint overigens al vanaf 1881 langzaam maar zeker met een beweging omhoog, terwijl juist “NE” vanaf ongeveer 1900 gestaag afneemt. En het is juist die “NE” die we ’s winters nodig hebben voor goed schaatsweer. Zie het recente artikel over de Elfstedentocht.
Kortom, er zijn diverse momenten in de periode 1881-2020 aanwijsbaar waarop de GWT trendbreuken vertonen. Die trendbreuken eind van de jaren 1980 zijn wel opvallend. De winter NAO-index , Noord Atlantische Oscillatie, laat rond eind jaren ’80 een opmerkelijke sprong zien van hoog naar laag. De NAO is een indicator op basis van de luchtdrukverdeling tussen (Azoren/Lissabon) Gibraltar en IJsland. Een hoge index betekent een groter luchtdrukverschil tussen beide plekken met als gevolg een sterkere aanvoer van lucht uit het westen. Anderen zien in de veranderende luchtcirculatie een teken van klimaatverandering door de mens. Dat past dan weer ‘wonderwel’ in het narratief van de mens – CO2 – klimaat.
Het klimaat is een chaotisch systeem. De omstandigheden die de windrichting bepalen (met name luchtdrukverdeling) zijn niet gekoppeld aan bekende en berekenbare factoren. Als we de grafiek van de NAO index bezien kunnen we alleen maar vaststellen dat het luchtdrukverschil tussen Gibraltar en IJsland van jaar tot jaar verschilt, het achterliggende mechanisme is vooralsnog onbekend.
Het klimaatsysteem bestaat uit de subsystemen atmosfeer, hydrosfeer, cryosfeer en biosfeer. Elk subsysteem kent zijn eigen tijd- en ruimteschaal waarbinnen de processen zich afspelen. Gezien dit niveau van complexiteit is het niet raar dat het klimaatsysteem een grote variabiliteit vertoont op tijdschalen die variëren van het dagelijkse tot miljoenen jaren. Ik ben daarom benieuwd of we ooit de veranderingen in luchtcirculatie zoals hiervoor beschreven zullen kunnen duiden.