Luchtcirculatietypen

Het komt regelmatig voor: binnen 24 uur daalt of stijgt de temperatuur in ons land zomaar 10 graden of meer. De meesten weten wel hoe dat komt: de windrichting verandert en daarmee ook vaak het weer. Als er kou of warmte van elders (horizontaal) wordt aangevoerd heet dat advectie. De temperatuurschommelingen als gevolg van advectie 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). Of veel te koud voor de tijd van het jaar, zoals afgelopen Pinksteren toen we een paar dagen echte noorderwind hadden.

noordcirculatie

Bon:  Klimaatatlas van Nederland

Het brongebied van de lucht die toen ons land binnenstroomde was gelegen nabij de noordpool. De lucht warmt onderweg naar ons wel wat op maar niet heel veel, en dat hebben we gemerkt. Die binnenstromende luchtsoort heet ‘maritiem arctisch’. Wat behalve de ligging aan zee dus ook een grote rol speelt bij de soms grote temperatuurschommelingen in ons land is het feit dat we op gematigde breedte liggen: wind uit noordelijke richtingen brengt dan polaire of soms arctische lucht binnen, wind uit het zuidelijke richtingen subtropische of soms tropische lucht.

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. Merkwaardig overigens dat mensen dergelijke grote schommelingen binnen korte tijd normaal vinden maar sommigen van ons van slag raken als de gemiddelde temperatuur in een eeuw 0,8 graden hoger wordt, een toename die niet voelbaar is.

cnt all

Kort geleden schreef ik een bericht over de koude winters in De Bilt. Daarin stipte ik ook de temperatuursprong in ons land aan het einde van de jaren ’80 van de vorige eeuw aan. Mijn inziens was de uptick van de temperatuur eind jaren ’80 (die overigens in grote delen van Europa is waargenomen) vooral het gevolg van een opmerkelijk snelle verandering van het luchtcirculatiepatroon boven NW Europa eind jaren ’80. De snelle sprong van de temperatuur is met name zichtbaar in de temperatuurreeksen van de maanden januari, februari en maart.  Natuurlijk dacht ik meteen aan een verandering in het windpatroon in de winter, en ik vond dat de wind  vanaf 1988 opmerkelijk vaak uit de ZW-hoek waaide. Dat betekent advectie van zachte oceaanlucht.

 

wind feb

Bron data:  KNMI

Vandaag ga ik wat verder op dit pad, op zoek naar veranderende windpatronen die van invloed zijn op de temperatuur in Nederland.  Tijdens mijn studie had ik al kennis gemaakt met de indeling die Scherrlag in 1949 gemaakt heeft aan de hand van luchtsoorten en brongebieden:

luchtsoorten

Bron: Meteo Maarsen

Je komt dan automatisch terecht bij de GWL (Grosswetterlagen) van onze oosterburen. Die indeling is fijnmazig en er zijn veel data beschikbaar vanaf 1881. Ideaal dus om een beeld te krijgen van veranderende luchtcirculatie.

De Grosswetterlagen bestaan uit 30 typen :

gwl

Bron: Potzdam Institute of Climate Impact Research 2005

De cijfers worden verzameld door de Deutsche Wetterdienst (DWD) in Offenbach,  de Duitse tegenhanger van het KNMI.  Per etmaal  werd en wordt de heersende GWL aangegeven. Zo is in de loop van de tijd een schat aan gegevens ontstaan.  Het Potzdam Institute of Climate Impact Research verwerkt die data regelmatig in rapporten (PIK Reports). Daarin zijn onder andere uitgebreide beschrijvingen te vinden van alle GWL, zoals kaartjes met o.a. de typische luchtdrukverdeling die hoort bij een bepaalde GWL.

swa kaartje

Bron: Potzdam Institute of Climate Impact Research 2005

Als voorbeeld hierboven die van SWA, zuidwestcirculatie rond een hogedrukgebied.  Het brongebied is gelegen boven het subtropische deel van de Atlantische Oceaan. Wat dat betekent voor de temperatuur en neerslag in bijvoorbeeld Hamburg is hieronder te vinden. De situatie voor Hamburg is in grote lijnen vergelijkbaar met die van Nederland.

gwl invloed temp en neerslag

Bron: Potzdam Institute of Climate Impact Research 2005

Om een en ander statistisch makkelijk te kunnen verwerken zijn de 30 GWL samengevoegd tot 10 zogenaamde Grosswettertypen (GWT), en die zijn weer samengevoegd tot 7 circulatietypen.

gwt

Bron: Potzdam Institute of Climate Impact Research 2005

Dit zijn de 7 circulatietypen die vaak gebruikt worden in onderzoeken:

circulatietypen7

Van alle GWL zijn gegevens beschikbaar over het voorkomen per jaar vanaf 1881 t/m 2015. Omdat met 30 GWL het overzicht al snel verloren raakt maak ik gebruik van de samengevoegde data in de 7 genoemde circulatietypen ( met grote dank aan Bennie !). Ik was erg benieuwd naar eventuele veranderingen in de tijd. Dit zijn de resultaten:

N

O

Z

ZW

W

NW

H

Zoals te zien is zijn er hier en daar opmerkelijke verschuivingen te zien in de loop van de periode 1881-2015. Met name O en ZW en in mindere mate W en H laten aanzienlijke veranderingen in de tijd zien! Zonder twijfel heeft dat invloed gehad op onder andere de temperatuur en neerslag in ons deel van West-Europa.

Hiervoor is een kort overzicht gegeven van de Grosswetterlagen en de daarvan afgeleide classificaties. Het klimaat verandert voortdurend. De definitie die mijn leerlingen altijd moesten kennen van klimaat is:  het gemiddeld weer in een gebied berekend over 30 jaar. Nemen we dat gebied zeer klein, lokaal, dan zijn er schier oneindig veel verschillende klimaten op aarde. Dat is onwerkbaar. Vandaar dat we al die lokale klimaatjes classificeren, onderbrengen in grotere eenheden. De meest gebruikte indeling is die vanKöppen-Geiger.

Koppen

Bron:  Wikipedia

Ons land heeft in deze indeling een Cfb-klimaat. Omdat een klimaat vaak een groter gebied beslaat, en vanwege die 30 jaar, zal Nederland niet snel in een andere klimaatzone terecht komen. Maar omdat het weer veranderlijk is, en het gemiddelde weer dus ook, zullen al die lokale klimaatjes wel voortdurend veranderen.  Klimaatverandering is van alle tijden.

Die veranderingen zijn het gevolg van heel erg veel factoren. Dat kunnen zeer langzame grootschalige zijn, zoals continentverschuivingen, of veranderingen op middellange termijn, zoals veranderend bodemgebruik of atmosferisch CO2-gehalte, of snelle lokale veranderingen zoals bijvoorbeeld drainage of de aanleg van een woonwijk. Zo zijn er waarschijnlijk duizenden factoren die invloed hebben op het klimaat. De impact van de ene factor is groter dan dan van de andere, en onderling beïnvloeden die factoren elkaar ook weer. Bovendien kunnen klimaatveranderingen zelf weer van invloed zijn op die klimaatveranderende factoren. Kortom, het gehele systeem is dermate complex dat we nog niet bij benadering  een algeheel overzicht hebben over de werking van het klimaatsysteem. Klimaatmodellen zoals die de afgelopen decennia veel gebruikt worden zijn slechts een zeer grove benadering van de werkelijkheid, met als gevolg grote foutenmarges in voorspellingen.

grafiek model temp

Bron: Whatsupwiththat

Nu hebben wij mensen blijkbaar de behoefte om veranderingen die door ons geïnitieerd worden van een andere orde te beschouwen als al die andere, ‘natuurlijke’ factoren. Het lijkt dan alsof we onszelf buiten die natuur plaatsen. Er zijn hele boeken over dat fenomeen geschreven, daarover wellicht een andere keer.

cnt all

Bron data : KNMI

In deze serie gaat het slechts om één factor die het weer en klimaat in West-Europa beïnvloedt, namelijk de windrichting. Of beter gezegd, de luchtsoort die aangevoerd wordt. Zoals in het eerste deel al aangegeven is , wordt de luchtsoort die binnenkomt bepaald door de ligging van hoge- en lagedrukgebieden. Veranderen die laatste van ligging, dan verandert de windrichting en daarmee het weer. Een sterke verandering is in onderstaande grafiek te zien. Met blauw is het verloop in de tijd van de NW circulatie te zien (aanvoer koelere lucht). Met rood verloop van een aantal GWL met een zuidcomponent (aanvoer warmere lucht). Het betreft de zomerperiode.

 

zomer nw zw pik rapport

Bron: Potzdam Institute of Climate Impact Research 2005

Hier een typische luchtdrukverdeling voor GWL NWA (aanvoer koelere lucht):

nwa kaart

Bron: Potzdam Institute of Climate Impact Research 2005

En SWA  (aanvoer zachtere lucht):

swa kaart

Bron: Potzdam Institute of Climate Impact Research 2005

Het zal duidelijk zijn dat de grote veranderingen zoals die zichtbaar zijn in de grafiek hun impact zullen hebben op de zomertemperatuur in onze regio.  De NW circulatie is vanaf het einde van de 19e eeuw met een factor 3 afgenomen, en de  ZW/Z circulatie in dezelfde periode met een factor 3 toegenomen! Beide lijnen lijken complementair, de NW stroom is als het ware ‘vervangen’  door een zuidelijke aanvoer.

Ik ben hier vooral geïnteresseerd in de vraag of er veranderingen hebben plaatsgevonden in het voorkomen van de circulatietypen, en de mogelijke invloed daarvan op de temperatuur in West-Europa. In het eerste deel van dit onderwerp vond ik dat er 4 circulatietypen waren die een opmerkelijke verandering vertonen in de loop van de jaren, namelijk O, W, ZW en H :

O

W

ZW

H

Omdat de invloed van het vaker of minder vaak voorkomen van een circulatietype afhankelijk is van het jaargetijde heb ik voor de winter, lente , zomer en herfst bekeken of er significante veranderingen in frequentie zijn geweest. Daarbij kijk ik naar alle circulatietypen omdat veranderingen per seizoen gemaskeerd kunnen worden op jaarbasis.

LENTE

In dit paragraafje bekijken we de veranderingen in voorkomen van luchtcirculatietypen in de lente tussen 1881 en 2016.

Op basis van de GWL van DWD heb ik per seizoen de voorkomensfrequentie van elk van de circulatietypen in grafieken gezet. Dit zijn de 5-jaarlijkse voortschrijdende gemiddelden van de 7 circulatietypen:

freq circulatie lente

Voor elk van de circulatietypen is de lineaire trendlijn voor de betreffende periode (135 jaar) weergegeven. Uiteraard zijn de circulatietypen complementair: neemt het voorkomen van een bepaald type in de loop van de periode toe, dan moeten een of meerdere circulatietypen afnemen. Hieronder zijn alle 7 circulatietypen afzonderlijk weergegeven, met 5-jaarlijks voortschrijdend gemiddelde en trendlijn en een korte toelichting. Verder is voor elke trendlijn de formule weergegeven, alsmede het aantal dagen dat dit circulatietype in de loop van de periode in frequentie is toegenomen of afgenomen. De dagen zijn op 0,5 afgerond.

N lente

Het N-type is licht gestegen. De stijging is tamelijk gelijkmatig. N-circulatie betekent in de lente altijd aanvoer van koude lucht ten opzichte van de temperatuur-anomalie.

E lente

Het E-type is is bijna gehalveerd van 24 naar 13,5 dagen en toont rond 1980 een opmerkelijke sprong. Bewoog vóór 1980 de oostcirculatie  in de lente zich rond een frequentie van 20 dagen, na 1980 daalt deze tamelijk abrupt rond 12 dagen. De invloed van het E-circulatietype in de lente is niet groot.  Dat is wel enigszins te begrijpen, immers de brongebieden van de GWL die behoren tot E strekken zich uit van NW-Rusland tot ZW-Rusland. Continentale brongebieden zijn in de winter extreem koud en in de zomer zeer warm.  Met name in de lente is de temperatuur daar nog lang niet op zomers waarden en is heeft de aangevoerde luchtmassa geen noemenswaardig afkoelend of opwarmend effect in onze regio. Wel maakt het uit of de verschuiving in de grafiek van dit circulatietype vroeg of laat in het voorjaar zich heeft voorgedaan, maar dat is iets voor een andere keer.

S lente

Het S-type is in de loop van de periode tamelijk gelijkmatig gestegen van 6,5 naar 12 dagen, bijna een verdubbeling. S-circulatie betekent aanvoer van warme lucht ten opzichte van de temperatuuranomalie.

SW lente

Het SW-circulatietype is in de loop van de periode sterk gestegen van net boven 0 naar 7,5 dagen. De trendlijn verdoezelt de zeer opmerkelijke sprong in de grafiek rond 1950. De zuidwestelijke circulatie (SW) kent tot eind jaren ’40 een lage voorkomen van rond de 3 dagen. Dat verschuift eind jaren ’40 tamelijk abrupt naar een niveau rond de 7 dagen per lente, een forse sprong. Bovendien wordt het verloop vanaf dat tijdstip veel volatieler. SW heeft haar brongebied boven de Atlantische Oceaan in de subtropen. Daardoor brengt zuidwestcirculatie in de lente altijd relatief warme lucht binnen.

W lente

Het W-type laat vanaf 1881 een licht dalende lijn zien. Het brongebied van W is het westelijke deel van de Atlantische Oceaan in de gematigde zone. In de lente betekent het binnestromen van deze lucht dat de temperatuur nauwelijks afwijkt van de anomalie.

NW lente

Het NW-circulatietype laat gedurende de periode van 135 jaar nauwelijks een verandering in voorkomen zien.

H lente

Het H-type laat een opvallende stijging zien in de loop van de periode. Die stijging is vooral toe te schrijven aan de periode na 1980, toen het gemiddeld niveau in korte tijd steeg van 10 naar 15 dagen.  Voorafgaand aan deze sprong lieten de jaren ’70 juist een laag voorkomen zien. De grafiek toont een tamelijk sterke golfbeweging van enkele decennia. Het H-circulatietype wordt gekenmerkt door een blokkerende hogedrukzone boven centraal Europa.  Er wordt overwegend lucht vanuit de SW tot SE hoek naar onze regio gevoerd, waardoor de temperatuur hoger is dan gemiddeld.

Om wat nauwkeuriger te kunnen overzien wat de diverse trends betekenen voor de temperatuur in de lente heb ik op basis van grafieken uit het  PIK Report nr. 100 van klimaatinstituut van Potzdam een overzicht gemaakt van de invloed van GWL op de gemiddelde temperatuur in elk seizoen in Hamburg. Achter de tabel heb ik de classificatie volgens circulatietypen weergegeven.

invloed gwl op temp Hamburg per seizoen

Bron data:  Potzdam Institute of Climate Impact Research 2005

Zoals in de tabel te zien is, is het effect van sommige GWL’s  (en daarmee van circulatietypen) op de gemiddelde temperatuur groot, van andere klein. Zo hebben de typen SW en S een sterk verhogend effect op de temperatuur, terwijl N voor relatief koud weer zorgt.

Om een beeld te krijgen van de invloed van de verschuivingen in circulatietypen op de temperatuur in de lente maak ik gebruik van de tabel van Potzdam. Daarbij is ook van belang de mate waarin de frequentie verandert in de tijd. Ik heb daarvoor gebruik gemaakt van de verandering van het aantal dagen dat een type voorkomt. Die verandering wordt in elke grafiek rechtsonder weergegeven en is gebaseerd op het verloop van de lineaire trendlijn. Die gegevens zijn dan gecombineerd met de classificatie die Potzdam in haar tabel gebruikt. Dat komt er dan zo uit te zien:

tabel lente

De afname in voorkomen van de circulatietypen W en NW en zelfs de extreme afname van E hebben nauwelijks invloed gehad op de gemiddelde temperatuur in Hamburg.  N draagt bij tot afkoeling doordat het 3 dagen langer voorkomt dan in het begin van de periode. H, S en SW dragen in aanzienlijke mate (meer dan 18 extra dagen) bij aan de toename van de temperatuur in de lente.

Natuurlijk is een verdere verfijning mogelijk en wenselijk, maar het beeld is duidelijk:  tussen 1881 en 2016 hebben veranderingen in het voorkomen van circulatietypen geleid tot hogere temperaturen in de lente. Gezien de ligging van Hamburg ten opzichte van Nederland en  de ruimtelijke schaal waarop circulatietypen zich voordoen mag men ervan uitgaan dat dit ook voor de lentetemperaturen in ons land opgaat.

ZOMER

freq circ zomer

Op basis van de GWL van DWD heb ik per seizoen de voorkomensfrequentie van elk van de circulatietypen in grafieken gezet. Voor elk van de circulatietypen is de lineaire trendlijn voor de betreffende periode (135 jaar) weergegeven. De circulatietypen zijn complementair: neemt het voorkomen van een bepaald type in de loop van de periode toe, dan moeten een of meerdere circulatietypen afnemen. Hieronder zijn alle 7 circulatietypen voor de zomer afzonderlijk weergegeven, met 5-jaarlijks voortschrijdend gemiddelde en trendlijn. Verder is voor elke trendlijn de formule weergegeven, alsmede het aantal dagen dat dit circulatietype in de loop van de periode in frequentie is toegenomen of afgenomen. De dagen zijn op 0,5 afgerond.

n zomer

De lineaire trendlijn laat nauwelijks verandering zien. Tussen 1920 en 1975 is een lichte afname van het voorkomen in de zomer te zien

o zomer

Van plusminus 1965 tot begin jaren ’80 is een toename van de E-circulatie te zien. Daarna wordt het voorkomen weer als voorheen. Genoemde verhoging doet de lineaire trendlijn licht stijgen.

s zomer

Het S- type neemt in de gehele periode toe, en is aan het eind ongeveer drie zeer zo groot als aan het begin van de meetreeks. Met S-circulatie wordt in de zomer warme tot zeer warme lucht aangevoerd.

sw zomer

Het SW-type neemt gedurende de hele periode gestaag toe. Tussen 1905 en 1935 is de grafiek opvallend lang 0. Ik heb gecheckt of dat wellicht het gevolg is van het ontbreken van data, maar dat is niet het geval. Oorzaak is een sterke afname van de duur van de SW-circulatie. Een GWL wordt pas meegerekend als hij minstens 3 dagen achtereen aanhoudt.  SW-circulatie heeft in de zomer vaak een opwarmend effect.

w zomer

De W-circulatie laat over de gehele periode een lichte gestage daling zien.

nw zomer

Het NW-type laat over de gehele periode een opvallende daling zien, met de laatste 5 jaar een scherpe stijging.

h zomer

Het H-type laat over de gehele periode een lichte stijging zien, met de laatste 5 jaar een scherpe daling.

invloed gwl op temp Hamburg per seizoen

Bron data:  Potzdam Institute of Climate Impact Research 2005

Wat betekenen bovenstaande trends voor de temperatuur in Hamburg en dus bij ons? Om een beeld te krijgen van de invloed van de verschuivingen in circulatietypen op de temperatuur in de zomer maak ik wederom gebruik van de tabel van Potzdam. Daarbij is ook van belang de mate waarin de frequentie verandert in de tijd. Ik heb daarvoor gebruik gemaakt van de verandering van het aantal dagen dat een type voorkomt. Die verandering wordt in elke grafiek rechtsonder weergegeven en is gebaseerd op het verloop van de lineaire trendlijn. Die gegevens zijn dan gecombineerd met de classificatie die Potzdam in haar tabel gebruikt. Dat komt er dan zo uit te zien:

tabel zomer

De conclusie is duidelijk. In de zomer is de aanvoer van koelere lucht afgenomen, vooral door de sterke afname van het voorkomen van NW-circulatie. Aan de andere kant zijn de circulatietypen die ’s zomers relatief warme lucht aanvoeren toegenomen. Dat geldt met name voor de typen S en SW. De zomers zijn tussen 1881 en 2016 dus gemiddeld warmer geworden door een duidelijk veranderend circulatiepatroon.

HERFST

all herfst

Na de  lente en de zomer bekeken te hebben, die vanaf 1881 een opmerkelijke verschuiving in luchtcirculatie te zien gaven naar ‘warmere’  richtingen, is nu de herfst aan de beurt:

N herfst

E herfst

S herfst

SW herfst

W herfst

NW herfst

H herfst

De grafieken van de herfst geven opmerkelijk minder verschuivingen weer dan in de voorafgaande seizoenen. Alleen SW springt er uit: Vanaf eind jaren ’40 is een opvallende toename van de het voorkomen van het SW-type waar te nemen. Het S-type neemt in de meetperiode ook aanmerkelijk toe, de andere circulatietypen veranderen in geringe mate, waarbij de scherpe daling van W vanaf 2000 wel opvallend is.

Zoals bij de vorige seizoenen ga ik ook  u  bekijken wat voor effecten de veranderingen hebben gehad op de temperatuur in de Benedenrijnse Laagvlakte.

invloed gwl op temp Hamburg per seizoen

tabel herfst

Ook in de herfst is het beeld duidelijk: vanwege verschuivingen in het voorkomen van circulatietypen is de herfst in de loop van de tijd aanmerkelijk warmer geworden.

WINTER

freq typ winter

Na de  lente, de zomer en de herfst bekeken te hebben, die vanaf 1881 een opmerkelijke verschuiving in luchtcirculatie te zien gaven naar ‘warmere’  richtingen, is nu de winter aan de beurt:

N winter

e winter

s winter

sw winter

w winter

nw winter

h winter

De N-circulatie geeft vanaf 1881 een gestage stijging weer, de trendlijn geeft een meer dan verdubbeling weer.  Dit circulatietype laat een sterke verhoging zien in de jaren ’60, zakt eind jaren ’60 in en stijgt dan weer langzaam. Vanaf 1960 is het volatiele karakter van dit type toegenomen: jaren met een sterke N-circulatie in de winter worden afgewisseld met jaren waarin dit type weinig voorkomt. De E-circulatie vertoont over de gehele periode een lichte daling. Tussen 1930 en begin jaren ’70 is er sprake van een toename, daarna zakt het in tot op het niveau van de eerste decennia van de vorige eeuw. Zowel N als E zorgen in de winter voor sterke afkoeling. E-circulatie gedurende enige tijd in de winter is nodig voor een Elfstedentocht…

Het S-type is in de winter tamelijk zeldzaam.  Afgezien van een toename aan het begin van de vorige eeuw blijft S een zeldzaamheid. De trendlijn van de SW circulatie vertoont een stijging, die vooral verklaard kan worden doordat vanaf 1999 er enkele winters zijn geweest met een sterk verhoogde SW-circuatie. Sw-circulatie zorgt in de winter voor sterk stijgende temperaturen.  Dat laatste geldt ook voor het W-type. Ook bij dit type zien we een stijgende trendlijn. Opvallend is wel de dalende tendens van het W-type vanaf ongeveer 1990.

NW-circulatie vertoont een licht stijgende trendlijn, waarbij met name enkele zeer sterke pieken na 2000 opvallen. Overigens vertonen die piekjaren (2002, 2006, 2012) juist bij het SW-type een tegenovergesteld beeld: lage SW-circulatie in de winter.

De trendlijn van het H-type vertoont gedurende de periode een sterk dalende trend. Desondanks zal de invloed daarvan op de wintertemperatuur beperkt zijn geweest.  H-circulatie in de winter heeft weinig invloed op de temperatuur, zoals in onderstaande tabel te zien is.

invloed gwl op temp Hamburg per seizoen

tabel winter

Zoals in bovenstaande tabel te zien is geven de veranderingen in  circulatie  gedurende de winter een sterk divers beeld. Zowel veranderingen die tot lagere temperatuur leiden komen  voor, maar ook toename van circulatietypen die voor aanvoer van warmte zorgen. Van een duidelijke trend  is, in tegenstelling tot de andere seizoenen , in de winter minder sprake. Er is een lichte neiging tot extra opwarming, maar (meer) winters met extra aanvoer van warme lucht worden afgewisseld met (minder) relatief koele winters.