De toestand van het klimaat in Nederland 2008
De toestand van het klimaat in Nederland 2008

Nederland is sinds 1950 twee keer zo snel opgewarmd als de wereldgemiddelde temperatuur. Die snellere opwarming wordt hoogstwaarschijnlijk niet veroorzaakt door natuurlijke schommelingen. De temperaturen van herfst 2006, winter 2007 en voorjaar 2007 zijn - zelfs als we rekening houden met de snellere opwarming van Nederland - uitzonderlijk grote afwijkingen boven de trend.

Patronen van opwarming
De opwarming van het klimaat als gevolg van het versterkte broeikaseffect gaat niet overal even snel. De grote landmassa's warmen duidelijk sneller op dan de oceanen. Het Noordpoolgebied warmt nog sterker op. Dit is vooral een gevolg van het smelten van sneeuw en ijs, waardoor zonnestraling, die eerst teruggekaatst werd door het witte oppervlak, nu het land en de oceaan kan opwarmen. Uitdroging van continentale gebieden in de zomer zorgt ook voor snellere opwarming, omdat verdamping van water dan geen afkoelende factor meer is. Die ongelijke opwarming in verschillende gebieden wordt door de klimaatmodellen beschreven en ook in de werkelijkheid duidelijk waargenomen.


Tot nu toe werd verwacht dat de opwarming in Nederland (en omstreken) ongeveer even snel zou gaan als de wereldgemiddelde stijging van de temperatuur. We liggen immers op middelbare breedte en staan onder invloed van zowel land als van zee. De opwarming in Nederland blijkt tot nu toe echter twee keer zo groot te zijn geweest als de mondiale opwarming. Dat is te zien in figuur 2.1, waar de temperatuurstijging in het midden van Nederland (Centraal Nederland Temperatuur, CNT, zie het hoofdstuk over temperatuurreeksen) vergeleken wordt met de wereldgemiddelde temperatuurstijging.


Figuur 2.1: Jaargemiddelde temperatuur (afwijking van 1951-1980) in Nederland (rode lijn) en wereldgemiddeld (blauwe en groene lijn). Bron: KNMI, CRU/Hadley Centre, NASA/GISS. Data: CNT, CRU/Hadley Centre, NASA/GISS.
Figuur 2.1: Jaargemiddelde temperatuur (afwijking van 1951-1980) in Nederland (rode lijn) en wereldgemiddeld (blauwe en groene lijn). Bron: KNMI, CRU/Hadley Centre, NASA/GISS. Data: CNT, CRU/Hadley Centre, NASA/GISS.


Het gebied met snellere opwarming is niet beperkt tot Nederland, maar strekt zich uit over een groot gedeelte van Europa. De kleuren in figuur 2.2 geven, per seizoen, aan hoeveel sneller of langzamer de plaatselijke opwarming gegaan is dan de mondiale opwarming. In het voorjaar is de stijging sinds 1950 meer dan twee keer zo snel als de stijging van de wereldgemiddelde temperatuur in een gebied dat zich uitstrekt van Frankrijk tot Rusland. In de zomer ligt dit gebied zuidelijker en loopt van Spanje, Italië en de Balkan tot Nederland. In de herfst en de winter is de opwarming in westelijk Europa minder snel gegaan, maar nog steeds sneller dan de wereldgemiddelde temperatuur.

Figuur 2.2: Waargenomen trends in de temperatuur over 1950-2007 (lokale temperatuurstijging per graad stijging van de wereldgemiddelde temperatuur) in de meteorologische seizoenen: december-februari (a), maart-mei (b), juni-augustus (c) en september-november (d). Data: CRU/Hadley Centre. Data: CRUTEM3+HadSST2.
Figuur 2.2: Waargenomen trends in de temperatuur over 1950-2007 (lokale temperatuurstijging per graad stijging van de wereldgemiddelde temperatuur) in de meteorologische seizoenen: december-februari (a), maart-mei (b), juni-augustus (c) en september-november (d). Data: CRU/Hadley Centre. Data: CRUTEM3+HadSST2.


Kan de snelle opwarming toeval zijn?
In "De Toestand van het Klimaat in Nederland 2003" maakten we nog aannemelijk dat het toen waargenomen verschil met de wereldwijde opwarming zeer wel toeval zou kunnen zijn. Een opeenvolging van een aantal warmere jaren is er altijd wel geweest. Kunnen we nog volhouden dat de snellere opwarming in Nederland en omgeving het gevolg van zo'n toevallige rij warmere jaren kan zijn? Eigenlijk vragen we ons dan af of de trendlijn misschien ook minder steil had kunnen zijn. Daarvoor kunnen we om te beginnen kijken naar de schommelingen rondom de geleidelijk stijgende trend. Die zijn het gevolg van onvoorspelbare weersveranderingen en klimaatvariaties. Tussen die schommelingen door kunnen we de trendlijn inderdaad wel wat steiler of minder steil tekenen.


Als we aannemen dat het karakter van de schommelingen niet is veranderd, kan met een statistische techniek geschat worden wat de kans is dat de opwarming in Nederland eigenlijk hetzelfde was als de wereldgemiddelde opwarming, maar dat een toevallige reeks van warmere periodes de opwarming in Nederland sneller doet lijken. Die kans blijkt in deze berekening kleiner dan 1 op 1000. Dat kan dus bijna geen toeval zijn: Nederland warmt sinds 1950 duidelijk sneller op dan het wereldgemiddelde. Jaargemiddeld ongeveer 2,2 keer zo snel.

De temperatuurstijging is niet gelijk verdeeld over het jaar. De lentetemperaturen zijn over 1950-2008 2,8 keer zo snel gestegen als de wereldgemiddelde temperatuur, terwijl de herfsttemperaturen een factor 1,8 laten zien. Zomer en winter zitten daartussenin met 2,1 en 2,4. De onzekerheid van deze getallen is echter vrij groot, omdat de jaar-op-jaar variaties groter worden als je kortere perioden beschouwt. De opwarming is het duidelijkst zichtbaar in de jaargemiddelde temperatuur, ook nog goed meetbaar in de seizoensgemiddelde temperatuur, maar per maand nog maar net groter dan de toevallige weersinvloeden.

Waardoor komt die snelle opwarming?
Nederland en de omringende landen warmen hoogstwaarschijnlijk systematisch sneller op dan de wereld gemiddeld. Wat is er dan nog meer veranderd in ons klimaat dan die geleidelijke stijging van de wereldgemiddelde temperatuur? We hebben al drie factoren genoemd: een snellere opwarming in het winterhalfjaar in Azië (door minder sneeuw) en in de zomer in het Middellandse-Zeegebied (door uitdroging), en een langzamere opwarming van de Atlantische Oceaan. In West-Europa compenseren deze factoren elkaar grotendeels.


Daarnaast hebben we nog twee andere factoren gevonden die een extra temperatuurstijging in Nederland veroorzaken: een systematische trend naar meer westenwind in de late winter en het vroege voorjaar en een toename in de hoeveelheid zonnestraling in het voorjaar en de zomer.

De trend naar meer (zuid)westenwind in de late winter en het vroege voorjaar die in "De Toestand van het Klimaat in Nederland 2003" werd genoemd heeft onverminderd doorgezet. Als gevolg hiervan is er in de tussenliggende jaren niet één strenge winter geweest en de meeste vorstperiodes traden op in december, niet in januari of februari. De verschuiving in de overheersende windrichting hangt samen met een toename van de luchtdruk in het Middellandse-Zeegebied in de maanden januari tot maart. De invloed op de temperatuur van deze verandering in overheersende windrichting verklaart het overgrote gedeelte van de snellere opwarming in die tijd van het jaar. Gegeven de grilligheid van de Nederlandse winters zijn strenge winters nog lang niet uitgesloten, maar de kans erop lijkt kleiner te zijn geworden.

Sinds de vroege jaren zeventig wordt de hoeveelheid zonnestraling die direct en indirect de grond bereikt goed gemeten in Nederland. Zowel de hoeveelheid wolken als de helderheid van de lucht beïnvloeden deze metingen. In de lente en zomer was er een lichte afname tot ongeveer 1985 en daarna een sterke toename. De luchtvervuiling met stofdeeltjes (aërosolen) in de jaren zeventig en tachtig zorgde ervoor dat minder zonnestraling de grond bereikte. De afgelopen twintig jaar is de lucht weer schoner geworden, waardoor de zonnestraling aan de grond is toegenomen. Mede hierdoor zijn de lente- en zomertemperaturen tot midden jaren 1980 nauwelijks toegenomen, en daarna dubbel zo snel gestegen.

Er is echter een tweede effect zichtbaar in de metingen van de zonnestraling, dat op langere termijn belangrijker is: een gestage toename over de hele meetperiode, zowel in de lente als in de zomer, voornamelijk bij oosten- en zuidenwind. Deze stijging wordt op alle stations waargenomen bovenop de verandering door luchtvervuiling met stofdeeltjes. Het temperatuureffect ervan in Nederland verklaart een groot gedeelte van de waargenomen extra opwarming in deze seizoenen. De toename in de gemeten zonnestraling aan de grond is waarschijnlijk een gevolg van een afname van de bewolking, vooral bij zuidelijke wind, als droge en warme lucht uit het snel opwarmende Zuid-Europa wordt aangevoerd.

Drie extreme seizoenen
De herfst van 2006, de daaropvolgende winter en de lente van 2007 waren de warmste herfst, winter en lente sinds het begin van de metingen in Nederland in 1706. Hoe bijzonder is zoiets eigenlijk? Als de gemiddelde temperatuur zo snel stijgt, is elke afwijking naar boven misschien wel een record (zie box 2.1). Maar als we de opwarming over de periode 1906-2005/2006 van de gemeten temperaturen aftrekken, blijken de temperatuurfluctuaties in de drie genoemde seizoenen nog steeds de grootste (herfst, lente) of op één na grootste (winter) afwijkingen naar boven te zijn in de hele meetreeks 1906-2007. Dit geeft aan dat de temperaturen zelfs voor een opwarmend klimaat uitzonderlijk hoog waren.

Box 2.1 Kansverdelingen en extremen
De fluctuaties van de temperatuur rond een gemiddelde worden beschreven met een kansverdeling. Dit is een curve die aangeeft hoe vaak een afwijking van de gemiddelde temperatuur voorkomt. Een voorbeeld van zo'n kansverdeling is de groene curve in figuur 2.3. Kleine afwijkingen van het gemiddelde zijn het meest waarschijnlijk en grote afwijkingen zijn veel minder waarschijnlijk.
Vaak zijn we geïnteresseerd in de kans op extremen, dus hoe hoog de staart van de kansverdeling is, en hoe deze kans verandert. Die kans hangt sterk af van verschuivingen van het gemiddelde en van de breedte van de kansverdeling. Als voorbeelden zijn in figuur 2.3 nog twee kansverdelingen gegeven. De eerste, rode, is gemaakt door de oorspronkelijke kansverdeling iets op te schuiven. Hierdoor neemt de waarschijnlijkheid van een grote fluctuatie sterk toe. Dit is aangegeven met de onderste verticale pijl. De paarse curve laat zien wat er gebeurt als de kansverdeling ook breder wordt. De kans op dezelfde extreme waarde neemt dan nog verder toe.




Hoe uitzonderlijk extremen zijn, wordt beschreven met een herhalingstijd. Een herhalingstijd van tien jaar betekent dat er elk jaar een kans van één op tien is dat zoiets gebeurt. In honderd jaar waarnemingen komt zo'n gebeurtenis dus ongeveer tien keer voor. Als de gebeurtenis nog nooit eerder is voorgekomen, zoals de afwijkingen in 2006/2007, wordt de kans daarop geschat door de kansverdeling van zeldzame gebeurtenissen die zich wel hebben voorgedaan door te trekken naar nog zeldzamere waarden buiten de verdeling. Dat wordt extremenstatistiek genoemd.

De berekende herhalingstijd voor de herfst van 2006 in Nederland blijkt op die manier tussen de 300 en 1500 jaar te liggen, afhankelijk van de details van de berekening. Voor de winter van 2007 is dat 25 tot 150 jaar en voor de lente van 2007 50 tot 150 jaar. Als we rekening houden met de ervaring dat een zachte winter vaak door een warmer voorjaar gevolgd wordt, is de temperatuurafwijking van de lente van 2007 minder uitzonderlijk, met een herhalingstijd van 25 tot 50 jaar.

Nu is een herhalingstijd van bijvoorbeeld honderd jaar voor de temperatuurafwijking naar boven in één bepaald seizoen niet echt heel uitzonderlijk: gemiddeld komt zo'n seizoen eens per 25 jaar voor. De temperatuurafwijking van de zomer van 1947 had bijvoorbeeld een herhalingstijd van rond de 300 jaar vergeleken met de fluctuaties in de jaren daarvoor. Maar de herhalingstijd van de herfst van 2006 was nog hoger, en werd gevolgd door twee seizoenen met redelijk hoge herhalingstijden. Het is een aanwijzing dat ook iets anders in het klimaat veranderd zou kunnen zijn dan alleen een stijging van de gemiddelde temperatuur.

De resultaten tot nu toe zijn gebaseerd op de aanname dat de fluctuaties rond de trend niet van karakter zijn veranderd. Een alternatieve hypothese is dat het klimaat variabeler geworden is, waardoor uitschieters minder zeldzaam geworden zijn. Deze hypothese is nog niet met waarnemingen te toetsen. Maar we kunnen wel klimaatmodellen gebruiken om te onderzoeken of dit het geval zou kunnen zijn.

Opwarming in klimaatmodellen
De belangrijkste hulpmiddelen bij het begrijpen en voorspellen van klimaatveranderingen zijn klimaatmodellen. Dat zijn computerprogramma's die nabootsen hoe de atmosfeer en oceanen stromen en hoe ze reageren op veranderingen in broeikasgassen, vulkaanuitbarstingen, zonneactiviteit en andere verstoringen. Op het KNMI is met een state-of-the-art klimaatmodel zeventien keer de periode 1950-2100 doorgerekend, telkens met dezelfde stijgende concentraties broeikasgassen, maar met andere dag-op-dag variaties van het weer (zie box 2.2 ESSENCE project). Deze verzameling berekeningen wordt een `ensemble' genoemd. Het geeft dus voor elk jaar zeventien mogelijke waarden voor de temperatuur.

Box 2.2 Het ESSENCE project
In het ESSENCE project is met een klimaatmodel zeventien keer het klimaat van 1950 tot het jaar 2100 nagebootst. Elke simulatie had een miniem andere begintoestand in 1950. Door het chaotische karakter van het weer laat elke versie van het klimaatmodel daarom een iets ander klimaat zien (denk aan de spreekwoordelijke `vlinder van Lorenz'). De verschillen worden veroorzaakt door de natuurlijke variaties. Het gemiddelde van de zeventien berekeningen, waar dus de natuurlijke variaties grotendeels zijn uitgefilterd, toont de klimaatverandering door de toename van broeikasgassen in het recente verleden en wat we mogelijk nog in de toekomst kunnen verwachten. De afwijkingen van het gemiddelde geven een schatting van de natuurlijke fluctuaties (`het weer').


De berekeningen werden uitgevoerd in samenwerking met het IMAU van de Universiteit van Utrecht en het rekencentrum SARA in Amsterdam. De rekentijd op een supercomputer in het Duitse Stuttgart werd door het Europese project DEISA ter beschikking gesteld. Het gebruikte model is ECHAM5/MPI-OM van het Max-Planck-Instituut voor Meteorologie in Hamburg. Voor dit model is gekozen omdat het het huidige klimaat goed nabootst. De uitkomsten van dit model komen in de 21e eeuw ongeveer overeen met het KNMI'06 W+ scenario. De berekeningen hebben in totaal acht maanden geduurd en ongeveer vijftig TeraByte (= ruim duizend DVD's) aan data opgeleverd.


De gemodelleerde stijging van de wereldgemiddelde temperatuur stemt tot op heden goed overeen met de waargenomen stijging. Ook het grootschalige patroon van de opwarming toont een goede overeenkomst met de waarnemingen: snellere opwarming boven grote landmassa's, in gebieden waar sneeuw en ijs verdwijnt en in droge gebieden. Door deze overeenstemming kunnen we er op vertrouwen dat de voornaamste grootschalige processen die de temperatuurstijging veroorzaken goed gerepresenteerd worden in dit model.

In de details is de overeenstemming minder goed. Eén van de grootste discrepanties is in West-Europa, wat op de wereldkaart maar een klein gebied is. Hier is de opwarming in werkelijkheid veel sneller verlopen dan het model aangeeft. Dit geldt overigens ook voor andere klimaatmodellen. In een groot gedeelte van Europa is de discrepantie van de trend tussen de waarnemingen en de modelberekeningen hoogstwaarschijnlijk niet het gevolg van toevallige fluctuaties.

De oorzaak van het verschil tussen het model en de waarnemingen is dat de processen, die hierboven als redenen voor de waargenomen snelle opwarming in Nederland genoemd zijn, in het model minder sterk zijn dan in de waarnemingen. De gemiddelde toename van de (zuid)westen wind in de late winter en vroege lente wordt door klimaatmodellen weliswaar ook voorspeld, maar deze verandering is kleiner dan de waargenomen toename. In de lente en zomer neemt in het klimaatmodel de zonnestraling aan de grond toe, maar minder sterk dan in de waarnemingen. De toename van zonnestraling wordt in het model veroorzaakt door een afname van de bewolking.

Met het klimaatmodel kan ook onderzocht worden of de kans op warme extremen toeneemt. In de berekening van de herhalingstijden uit de waarnemingen werd aangenomen dat die kans niet veranderd is en dus kan worden bepaald uit de fluctuaties in het verleden. In het klimaatmodel zien we echter dat in de zomer de temperatuur van warme extremen sneller stijgt dan die van de gemiddelde zomertemperatuur: de kans op warme extremen neemt toe. Dit wordt veroorzaakt door uitdrogingseffecten, zoals die nu al elk jaar een rol spelen in zuidelijke gebieden van Europa.

In de herfst, winter en lente geeft het model echter geen aanwijzingen dat warme extremen vaker voorkomen. Dit betekent dat de temperaturen in deze seizoenen in 2006/2007 een gevolg van uitzonderlijk toeval waren, of dat de processen die in deze seizoenen voor uitzonderlijk hoge temperaturen zorgden niet goed in het klimaatmodel gerepresenteerd worden.

Conclusies
De hoge temperaturen in Nederland van de afgelopen jaren bevestigen dat het klimaat in Nederland opwarmt. De opwarming gaat twee keer zo snel als de wereldgemiddelde temperatuurstijging in een gebied dat zich uitstrekt van Frankrijk tot Polen. De snellere opwarming wordt hoogstwaarschijnlijk niet veroorzaakt door natuurlijke klimaatvariaties.
Oorzaken voor de sterkere temperatuurstijging zijn gevonden in een sterke toename van de hoeveelheid westenwind in de late winter en het vroege voorjaar en een toename van de zonnestraling in voorjaar en zomer. Een verband met het versterkte broeikaseffect ligt voor de hand, maar is nog niet aangetoond.

Zelfs bovenop deze snelle opwarming blijven de hoge temperaturen van herfst 2006 en winter 2007 zeer uitzonderlijk, met herhalingstijden van honderden jaren.

Klimaatmodellen beschrijven de klimaatverandering over heel grote gebieden goed, maar onderschatten de temperatuurtrend in West-Europa tot nu toe. Ook voorspellen ze hier alleen in de zomer een toename van de kans op warme extremen bovenop de trend, terwijl die ook zijn waargenomen in de herfst, winter en lente. Het KNMI doet intensief onderzoek om de lokaal waargenomen snellere temperatuurstijging en extreme seizoenen beter te begrijpen.

Box 2.3 Trends in de wereldgemiddelde temperatuur
Het versterkte broeikaseffect komt het duidelijkst boven de natuurlijke variaties uit in de wereldgemiddelde temperatuur. Over de laatste 40 jaar is de wereldgemiddelde temperatuur met zo'n 0,7 °C gestegen. Er zijn echter nog meer factoren die de meetwaarden van de wereldgemiddelde temperatuur beïnvloeden.


  • Niet alleen broeikasgassen zoals CO2 bepalen hoeveel straling het aardoppervlak ontvangt en uitstraalt. Stofdeeltjes (aërosolen) houden zonnestraling tegen. Dit zorgt voor afkoeling in sterk vervuilde gebieden. Ook na grote vulkaanuitbarstingen koelt de aarde door stof in de hogere luchtlagen af. In 1991 was er bijvoorbeeld een tijdelijke wereldwijde afkoeling van 0,2 °C door de uitbarsting van de vulkaan Pinatuba op de Filippijnen.
  • Weer- en klimaatschommelingen zorgen voor toevallige fluctuaties. Van jaar tot jaar zijn El Niño en La Niña het belangrijkst, van maand op maand ook het weer in grote landmassa's, vooral Azië. In 1998 was El Niño uitzonderlijk sterk en heeft de wereldgemiddelde temperatuur meer dan 0,2 °C verhoogd. In 2008 veroorzaakt een sterke La Niña een afkoeling van 0,1 tot 0,2 °C.
  • De temperatuur wordt niet overal op aarde gemeten, vooral in de poolgebieden staan weinig thermometers. De ontbrekende gebieden worden weggelaten in de reeks die door de Climate Research Unit (CRU) van de Universiteit van East-Anglia wordt gemaakt. Voor de reeks van het NASA Goddard Institute for Space Studies (GISS) wordt een ruwe schatting gemaakt van de temperatuur in deze gebieden op basis van de schaarse gegevens die er wel zijn. Dit veroorzaakt een onzekerheid van ±0,1 °C in de wereldgemiddelde temperatuur. De sterke opwarming van het Noordpoolgebied de laatste jaren wordt in de CRU-reeks minder sterk meegenomen.

Door deze effecten wijken trends over korte tijdvakken vaak af van de langjarige trend. De trend over de afgelopen 8 jaar bijvoorbeeld hangt dan ook sterk van de gebruikte dataset af. In de CRU-reeks is de temperatuurstijging gemiddeld 0,01 °C per jaar over 2000-2007, in de GISS-reeks is dit 0,03 °C per jaar. De onzekerheden daarin zijn echter zo groot dat de langjarige waarde van zo'n 0,02 °C per jaar binnen de foutenmarges van beide schattingen ligt.