Toestand van het klimaat 2003
Waarom zachte winters en warme lentes?
De toestand van het klimaat in Nederland 2003
31 december 2003
Peter Siegmund en Wim Verkley KNMI
In de voorgaande hoofdstukken is opgemerkt dat zachte winters en warme lentes in Nederland worden gekenmerkt door een overheersend zuidwestelijke wind. Ook is gebleken dat in de laatste tientallen jaren een zuidwestelijke wind in de winter en de lente vaker is voorgekomen, waardoor ons klimaat extra is opgewarmd. Dat lijkt geen toeval te zijn. In dit hoofdstuk komen mogelijke wetenschappelijke verklaringen van dit fenomeen aan bod.
De toestand van het klimaat in Nederland 2003
Veranderingen in de windrichting in Nederland hangen samen met de ligging van hoge en lage drukgebieden in Europa. Het blijkt dat die drukgebieden deel uitmaken van grootschalige patronen die aan schommelingen onderhevig zijn. Dergelijke patronen staan al sinds de jaren dertig wetenschappelijk in de belangstelling. Bekende voorbeelden zijn de Noord Atlantische Oscillatie (NAO) en de Zuidelijke Oscillatie. De NAO heeft grote invloed op de West-Europese winters. De Zuidelijke Oscillatie hangt sterk samen met El Niño en is vooral van belang voor de tropen. In 'De toestand van het klimaat in Nederland 1999'( zie verder lezen) is uitvoerig ingegaan op de NAO en de Zuidelijke Oscillatie. Recent onderzoek aan de NAO suggereert een verband tussen de afbraak van de ozonlaag, het door de mens versterkte broeikaseffect en wijzigingen in het West-Europese windklimaat. Dat verband geeft mogelijk een verklaring voor de zachte winters en de warme lentes van de afgelopen decennia.
De Noord Atlantische Oscillatie
In essentie verwijst de NAO naar variaties in het verschil in luchtdruk tussen de Azoren (een eilandengroep ten westen van Portugal) en IJsland. Is dat luchtdrukverschil groot, dan leert de wet van Buys Ballot dat West Europa te maken krijgt met een sterke westelijke stroming. Uit waarnemingen blijkt dat het bijbehorende drukpatroon (zie figuur 3.1) zich in het winterhalfjaar uitstrekt over de hele Noord Atlantische Oceaan, overeenkomstig de naam. De mate waarin het NAOluchtdrukpatroon in de werkelijke drukverdeling tot uitdrukking komt, varieert in de loop van de tijd en wordt uitgedrukt in een getal: de NAO-index. Een hoge NAO-index betekent voor Nederland een sterke zuidwesten wind nabij het aardoppervlak. In de winter en het vroege voorjaar leidt deze wind tot aanvoer van zachte oceaanlucht en daarmee tot hogere temperaturen.
Figuur 3.1. Het NAO-luchtdrukpatroon. Het minimum (blauw) ligt in de buurt van IJsland. Het maximum (oranje) valt samen met de Azoren.
De NAO-index varieert sterk van week tot week. Over langere periodes gemiddeld vertoont de NAO-index een geleidelijke daling van begin 1900 tot aan 1970, gevolgd door een relatief sterke stijging tot aan 1990 (zie figuur 3.2). Deze stijging is met name zichtbaar in de maanden februari, maart en april. Inmiddels lijkt de index weer wat af te nemen, al is de waarde nog steeds hoog. De invloed van de windrichting op de tienjaargemiddelde temperatuur in Nederland in de loop van de 20e eeuw (zie figuur 2.2b) verloopt parallel aan de ontwikkeling van de NAO-index.
Figuur 3.2 Het tienjarig gemiddelde verloop van de NAO-index (boven) en de NHO-index (onder) in de loop van de 20e eeuw, gedurende de winter. De rode lijn is het gemiddelde van 10 jaar. Data: NAO, Climate Rseearch Unit, University of East Anglia, UK; NHO, Colorado State University, V.S.
De veranderlijkheid van de NAO-index is al jarenlang een van de belangrijke onderwerpen in het klimaatonderzoek. De aandacht ging tot voor kort vooral uit naar natuurlijke invloeden, zoals de rol van Noord-Atlantische zeewatertemperaturen en El Niño.
De NAO als onderdeel van de Noordelijk Halfrond Oscillatie
Recent onderzoek heeft een nieuw driedimensionaal drukpatroon geïdentificeerd dat zich uitstrekt tot ongeveer 50 km hoogte en het hele noordelijke halfrond beslaat: de Noordelijk Halfrond Oscillatie (NHO). Figuur 3.3 toont het NHO-patroon op 20 km hoogte. De NHO laat een samenhang zien tussen de temperatuur en de druk van de atmosfeer op grote hoogte (de stratosfeer) en de wind nabij het aardoppervlak. Zo blijkt in de winter een relatief lage temperatuur in de stratosfeer boven de Noordpool gepaard te gaan met een sterke westenwind in zowel de stratosfeer als daaronder, met hogere temperaturen in Nederland tot gevolg.
Figuur 3.3 Het NHO-luchtdrukpatroon op ongeveer 20 km hoogte.
De mate waarin het NHO-patroon de werkelijke situatie beschrijft wordt uitgedrukt in de NHO-index. De ontwikkeling van de NHO-index verloopt parallel met die van de NAO-index (zie figuur 3.2). Het patroon van de NHO nabij het aardoppervlak komt ook overeen met het patroon van de NAO. In wezen is de NAO dus een onderdeel van de Noordelijk Halfrond Oscillatie. Het onderzoek naar de veranderlijkheid van de NAO-index is daarmee in een ander licht komen te staan omdat invloeden van de hogere luchtlagen in beeld gekomen zijn.
De invloed van de hogere luchtlagen op de NHO
De afgelopen tientallen jaren zijn de hogere luchtlagen (de stratosfeer) wereldwijd aanmerkelijk kouder geworden. In de lagere stratosfeer (15-20 km hoogte) is de afkoeling sinds de jaren tachtig het sterkst boven de polen, aan het eind van de winter en het begin van de lente. In dezelfde periode is ook de westenwind op onze breedtegraad boven de Atlantische Oceaan zowel in de stratosfeer als nabij het aardoppervlak sterker geworden en is de NHO-index toegenomen, in overeenstemming met de hierboven beschreven driedimensionale structuur van het NHO patroon.
Uit wetenschappelijk onderzoek blijkt dat de stratosfeer om twee redenen zo sterk aan het afkoelen is. Voor de lagere stratosfeer is de oorzaak vooral gelegen in de afbraak van ozon. De hogere stratosfeer koelt af door zowel de ozonafbraak als de toename van het broeikaseffect. Dat laatste moge wat vreemd overkomen: het broeikaseffect warmt de aarde immers op? Het punt is hier dat het broeikaseffect de lagere atmosfeer opwarmt, als het ware ten koste van de hogere atmosfeer, die er juist door afkoelt. De afbraak van ozon en de toename van het broeikaseffect zijn beide het gevolg van menselijke activiteiten.
Het is dus mogelijk dat menselijke activiteiten samenhangen met de hoge waarde van de NHO-index en daarmee met de extra warme winters en lentes die Nederland de afgelopen tientallen jaren heeft meegemaakt. Het feitelijke wetenschappelijke bewijs hiervoor is evenwel nog niet geleverd. Een aantal modelstudies vertoont onder invloed van de ozonafbraak en het versterkte broeikaseffect inderdaad een stijging van de NHO-index in de winter. Er zijn nog wel grote onderlinge verschillen in de sterkte van de stijging. Ook kan nog niet geheel worden uitgesloten dat de toename van de NHO-index vanaf 1970 een natuurlijke fluctuatie is. In dit verband dient te worden opgemerkt dat de NHO-index ook relatief hoog was rond 1920, toen van een menselijke invloed op het klimaat nog nauwelijks sprake was.
Naast de hogere luchtlagen hebben ook de oceanen een belangrijke invloed op de NHO, die hier onbesproken blijft.
Zachte winters en warme lentes in de 21e eeuw?
Het broeikaseffect zal in de loop van de 21e eeuw verder toenemen, waardoor de stratosfeer naar verwachting verder zal afkoelen. Ook de afbraak van ozon zal waarschijnlijk nog enkele decennia aanhouden. De meeste onderzoeken geven aan dat de NHOindex in de winter tot halverwege de 21e eeuw gemiddeld aan de hoge kant zal zijn. Een dergelijke ontwikkeling heeft relatief hoge winter- en lentetemperaturen in West-Europa tot gevolg.
Eerste uitgave:
31-12-03
