Figuur 1: De puntenwolk van neerslag in het voorjaar (MAM) in De Bilt tegen de NINO3 index in de winter (DJF) er voor, 1857-1998 (oorspronkelijke publicatie, rood) en 1999-2010 (nieuw, paars). Sinds 1999 zijn La Niña jaren juist nat geweest.
Figuur 1: De puntenwolk van neerslag in het voorjaar (MAM) in De Bilt tegen de NINO3 index in de winter (DJF) er voor, 1857-1998 (oorspronkelijke publicatie, rood) en 1999-2010 (nieuw, paars).
Er zijn wel wat publicaties die een strengere winter in Scandinavië zien bij een La Niña, of meer cyclonale Großwetterlage dagen in Duitsland en Engeland bij een El Niño (zie bv. Kiladis en Diaz, 1989; Fraedrich 1994), maar echt duidelijk zijn deze niet. We hebben daarom zelf een vergelijking gemaakt van temperatuur en neerslag in De Bilt enerzijds en de NINO3 index vanaf 1950 anderzijds. De NINO3 index is een maat voor de zeewatertemperatuur in de oostelijke Stille Oceaan. Dit gaf één verband: na een El Niño was het voorjaar gemiddeld natter. Echter, de significantie was maar 95%, en hing bovendien op een jaar: het voorjaar van 1983, na de grote El Niño van 1982/83, dat met 313 mm het natste was sinds 1950. Als je echter in vier seizoenen en verschillende lags zoekt is de kans vrij groot dat er een geval bij zit met zo'n hoge significatie, ook als er geen verband is.

Eén van ons veronderstelde dat het toeval was en wedde met een andere auteur dat het in maart 1998 droger dan gemiddeld zou blijven, ondanks de sterke El Niño van die winter. Op 8 maart kon hij zijn rijksdaalder al inleveren. Uiteindelijk kwam er in maart, april en mei in totaal 274 mm neerslag naar beneden. Dit was na 1983 en 1979 de hoogste hoeveelheid.

Historische Meetgegevens
Het werd al iets waarschijnlijker dat dit geen toeval meer was. De zekerheid kon nog verder worden vergroot door gebruik te maken van twee langere meetreeksen. Allereerst was er de nieuwe heranalyse van zeewatertemperaturen in de wereld, van Alexey Kaplan et al. (1998). Dit is inclusief emmercorrectiefactoren om te compenseren voor het feit dat de emmers waarmee het zeewater aan boord gehaald werd eerst van leer waren maar later van metaal. De NINO3 reeks werd hiermee tot 1856 terug gereconstrueerd, en deze reeks is goed consistent met de SOI die vanaf 1876 met twee barometers in Tahiti en Darwin gemeten was. Ook bleken binnen het KNMI nog neerslaggegevens vanaf 1849 te vinden. Het eerste gedeelte hiervan is in Utrecht en nog niet in De Bilt gemeten, maar dat zal voor dit effect niet veel uitmaken.

Uit deze langere reeksen bleek het ook na de sterke El Niño van 1877/78 hard geregend te hebben. Een puntenwolk van de voorjaarsregen in De Bilt tegen de winter NINO3 index geeft een duidelijk verband (figuur 1). De genoemde drie lentes na de sterkste El Niño's van de periode behoren tot de natste 10%. We zien in de figuur dat het natuurlijk ook hard kan regenen zonder dat El Niño daar iets mee te maken heeft, zoals in 1979 en 1965, maar na een sterke El Niño hebben we het nooit droog gehouden. De rechteronderkant van figuur 1 is leeg. Het effect van La Niña's is minder uitgesproken, voornamelijk omdat die minder sterk zijn dan El Niño's. Toch volgde het droogste voorjaar, 1893, op de sterkste La Niña.

De volgende vraag was natuurlijk tot hoe ver in Europa dit verband zich uitsrekt. In Nederland laten de lange meetreeksen van Den Helder, Groningen en Hoofddorp hetzelfde zien als De Bilt. Elders krijgen ook Kew Gardens (Londen), Karlsruhe, Parijs en Strasburg na een El Niño gemiddeld meer regen in het voorjaar. Met behulp van de NCDC (National Climate Data Center, U.S.A.) database van neerslag van 1851 tot 1993 op een 5°×5° rooster (Baker et al, 1995) kunnen we het verband tussen El Niño in de winter en de neerslag in de lente zichtbaar maken in een kaartje (figuur 2). Na een El Niño is het over het algemeen natter in een strook van Zuid-Engeland naar Duitsland, met een uitloper naar het oosten. Het is daarentegen juist droger in Oost-Spanje en Noord-Afrika. Na een La Niña gebeurt het omgekeerde. Een zelfde kaartje is ook al te vinden in Kiladis en Diaz (1989), maar verder heeft men zich op de simultane verbanden in de winter gericht, die echter in Europa veel zwakker zijn.

Figuur 2: De correlatie tussen de winter NINO3 index en de voorjaarsneerslag in Europa van 1856 tot 1993.
De correlatie tussen de winter NINO3 index en de voorjaarsneerslag in Europa van 1856 tot 1993.


Mogelijk mechanisme
Uiteraard wilden we ook weten hoe dit signaal in Europa komt, een kwart aardbol van het gebied waar El Niño actief is. Een aanwijzing komt uit de drie tot zes maanden vertraging van het signaal. Een directe atmosferische respons op het warmere zeewater in de oostelijke Stille Oceaan zou sneller dan binnen drie maanden hier zijn, hoewel het natuurlijk een deel van het effect wel kan verklaren. We moeten op zoek naar een "geheugen", waarschijnlijk zeewatertemperatuur ergens op de wereld. Uit historische zeewatertemperatuurvelden (Parker et al., 1995) blijkt dat het gebied rond Zuidoost Azië ook drie tot zes maanden achterloopt op El Niño, precies in de pas met de neerslag in het gebied van Figuur 2. Modelstudies geven ook aan dat dit gebied, vreemd genoeg, belangrijk is voor het weer in onze streken. Echter, deze studies waren allemaal gedaan voor de winter.
Sterk vereenvoudigde theoretische berekeningen geven aan dat er twee paden zijn waarover een atmosferische verstoring als een (Rossby) golf van Zuidoost Azië naar het kan noorden kan lopen. Het eerste pad buigt naar het oosten af over Noord-Amerika, dit vormt een patroon dat bekend staat als het PNA (Pacific North America) patroon. Het tweede pad gaat recht de Noordpool over. Het eerste deel hiervan lijkt op een patroon dat bekend staat als het NP (North-Pacific) patroon, dat alleen actief is in het voorjaar. Een correlatie van de winter NINO3 index met historische drukvelden in het voorjaar (Jones 1987) geeft een indicatie dat een verlenging van dit NP patroon over de noordpool inderdaad de invloed van de zeewatertemperatuur naar Europa kan brengen (figuur 3).

Samenvattend: waarnemingen geven aan dat drie tot zes maanden na een El Niño het zeewater rond Zuidoost Azië warmer dan normaal is. Dit veroorzaakt daar een lagedrukgebied en de twee eerder genoemde ketens naar het noorden, beginnend met hogere druk dan normaal rond 20°N en een nog lagere druk dan normaal bij de Aleoeten. Naast de sterke PNA-achtige invloeden op de drukverdeling boven Noord-Amerika is er een hogere luchtdruk dan normaal rond de Noordpool en tenslotte iets vaker dan gemiddeld een lagere druk dan normaal boven de Noordzee. Het zal niemand verrassen dat dit laatste nogal eens gepaard gaat met regen in De Bilt. Zelfs een relatief hoog boven Gibraltar is nog te herkennen.

Figuur 3: De correlaties tussen de winter NINO3 index en de druk op zeeniveau in de lente in ieder roosterpunt over het noordelijk halfrond (1873-1995)
De correlaties tussen de winter NINO3 index en de druk op zeeniveau in de lente in ieder roosterpunt over het noordelijk halfrond (1873-1995)


Wat betekent dit voor seizoensverwachtingen?
Kunnen we nu iets zeggen over de neerslag in het voorjaar na een El Niño of La Niña in de winter? De verbanden zijn zo zwak dat seizoensverwachtingen altijd kansverwachtingen zijn. Een zinvolle manier van presenteren is om de kans te geven dat het voorjaar droger, normaal of natter dan normaal wordt, waarbij de klimatologische verwachting 33:33:33 is. In figuur 4a is de cumulatieve frequentie van de voorjaarsneerslag in De Bilt uitgezet. Er is af te lezen dat er in de lente altijd een 33% kans is dat de neerslag in De Bilt minder is dan 128 mm, en een 67% kans dat er meer dan 170 mm valt.
Als we de invloed van El Niño voor een voorspelling van de neerslag in De Bilt willen gebruiken is de eerste stap de puntenwolk van figuur 2 door een rechte lijn te benaderen: in formule PL = 153 mm + 19 × (NINO3 - 0.2), waarbij PL in mm is en NINO3 in graden Celsius; de gemiddelde waarde is 0.2°C. Er blijft uiteraard veel "ruis" over: het weer hier is grillig en El Niño verklaard maar een klein gedeelte. De cumulatieve frequentie van deze niet aan El Niño gerelateerde spreiding, met andere woorden de grootheid P' = P - 19 × (NINO3 - 0.2), is de middelste kromme in figuur 4b. De staarten van de distributie zijn wat korter geworden. In het midden liggen de 128 en 170 mm grenzen nu bij 33% en 64%, vrijwel hetzelfde als in figuur 4a. Uit deze figuur kunnen we nu de kansverwachtingen aflezen als we de winter NINO3 index kennen of kunnen voorspellen. In de vorige winter was de index ongekend hoog: 3.4°C. We hadden dus, volgens de lineaire relatie, 214 mm regen kunnen verwachten, (3.4 - 0.2) × 19 = 61 mm meer dan het gemiddelde, maar met een grote onzekerheid. Die onzekerheid kunnen we in een kansverwachting uitdrukken. We nemen aan dat de vorm van de verdeling onafhankelijk van de NINO3 index is, en verschuiven de neerslagverdeling 61 mm naar rechts (rechter kromme in figuur 4b). De kans op een droger:normaal:natter voorjaar 0:20:80 was geweest (streepjeslijnen). Een operationeel meteoroloog zal veiligheidshalve de 0% door 5% vervangen. Helaas waren we een jaar geleden nog niet overtuigd van de invloed van El Niño op het weer in Nederland.

Figuur 4: Cumulatieve verdelingen van de neerslag in De Bilt zonder El-Niño verband (a) en met een correctie voor dit verband (b). In 1998 was de correctie 61 mm, daarmee is af te lezen dat de kansverdeling op een droog:normaal:nat voorjaar 0:20:80 was (streepjelijnen). Voor 1999 is de correctie ongeveer -25 mm, de kansverdeling komt hiermee op 55:25:20 (stip-streep lijnen).
Figuur 4: Cumulatieve verdelingen van de neerslag in De Bilt zonder El-Niño verband (a) en met een correctie voor dit verband (b). In 1998 was de correctie 61 mm, daarmee is af te lezen dat de kansverdeling op een droog:normaal:nat voorjaar 0:20:80 was (streepjelijnen). Voor 1999 is de correctie ongeveer -25 mm, de kansverdeling komt hiermee op 55:25:20 (stip-streep lijnen).


Figuur 4: Cumulatieve verdelingen van de neerslag in De Bilt zonder El-Niño verband (a) en met een correctie voor dit verband (b). In 1998 was de correctie 61 mm, daarmee is af te lezen dat de kansverdeling op een droog:normaal:nat voorjaar 0:20:80 was (streepjelijnen). Voor 1999 is de correctie ongeveer -25 mm, de kansverdeling komt hiermee op 55:25:20 (stip-streep lijnen).


Deze winter hebben we te maken met een La Niña, met een winter NINO3 index van -1.1 (tot 6 januari gemeten, daarna voorspeld). Dit is gemiddeld geassocieerd met 25 mm minder regen in De Bilt in het voorjaar (MAM). De kansverwachting is nu 55:25:20 (linker kromme met stip-streeplijnen), dus ondanks de verwachte droogte is er een kans van 1 op 5 dat er meer dan 170 mm neerslag valt. De verwachting voor voorjaar 1999 is dus geen bijzonder harde uitspraak, maar zou voor sommigen nuttig kunnen zijn. Uiteraard is dit soort kansvoorspellingen pas na vele jaren te valideren, liefst met sterke El Niño of La Niña episodes. Het dynamische ECMWF seizoensverwachtingsmodel geeft geen aanwijzingen voor dit statistische verband: zowel voor 1998 als 1999 wordt er geen significante afwijking van klimatologie verwacht in onze streken.

Het standaard antwoord van het KNMI op de veelgestelde vraag ,,Heeft El Niño nu ook nog invloed op het weer hier in Nederland?'' is dus tegenwoordig ,,Ja: na een El Niño is er meer kans op een nat voorjaar, na een La Niña iets meer kans op droogte''.

Naschriften
Naar aanleiding van het artikel ,,Een analyse van de neerslag van deze eeuw'', in hetzelfde nummer van Meteorologica, hebben we onderzocht of de trend naar meer neerslag onze resultaten beïvloedt. De trend is in onze meetreeksen duidelijk zichtbaar (95 mm/eeuw voor De Bilt over 142 jaar). Zij is het sterkst in de winter (39 mm/eeuw). In het voorjaar is het effect iets zwakker (30 mm/eeuw). Als we hiervoor corrigeren verandert er aan de gevonden relatie met ENSO niet veel. De kans op een droog voorjaar in 1999 wordt echter iets kleiner, 50:30:20

De ECMWF seizoensverwachting voor de lente van 1999, gemaakt in februari (en dus beschikbaar begin maart) geeft wel een droogtegebied boven Europa van vrijwel dezelfde vorm als figuur 2, met eveneens een corresponderend natter gebied boven Oost-Spanje. Helaas ondersteunt het de hypothese van het mechanisme niet: het zeewater in Zuidoost Azië is nog niet kouder dan normaal, en ook een lagedrukgebied boven de Noordpool is niet terug te vinden in de luchtdrukverwachting. Meer onderzoek is duidelijk nodig...

Referenties
  1. Baker, C. B., Eischeid, J. K., Karl, T. R., and Diaz, H. F. 1995. The quality control of long-term climatological data using objective data analysis, in Preprints of AMS Ninth Conference on Applied Climatology, Dallas, TX.
  2. Burgers, G. en Dijkstra, H. 1995. De grillen van El Niño, Meteorologica, december 1995.(zie externe links)
  3. Fraedrich, K. 1994. An ENSO impacty on Europe?, Tellus, 46A, 541-552
  4. Jones, P. D. 1987. The early twentieth century arctic high — fact or fiction?, Climate Dynamics,1, 63-75. Data(zie externe links)
  5. Kaplan, A., Cane, M., Kushnir, Y., Clement, A. C., Blumenthal, en Rajagopalan, B. 1998. Analyses of global sea surface temperature 1856-1991, J. Geophys. Res., 103, 18567-18589. Data ( zie externe links)
  6. Kiladis, G. N. en Diaz, H. F. 1989. Global climatic anomalies associated with extremes in the southern oscillation, J. Climate, 2, 1069-1090.
  7. van Oldenborgh, G.J., en Burgers, G. 1997. De el Ninõ van 1997. Meterologica, december 1997, 22.( zie externe links)
  8. Parker, D. E., Jones, P. D., Bevan, A., en Folland, C. K. 1994. Interdecadal changes of surface temperature since the late 19th century, J. Geophys. Res., 99, 14373-14399. Data( zie externe links)
  9. Trenberth, K. E., Branstator, G. W., Karoly, D., Kumar, A., Lau, N.-C., en Ropelewski, C. 1998. Progress during TOGA in understanding and modeling global teleconnections associated with tropical sea surface temperatures, J. Geophys. Res., 103, 14291-14324.