Erasmusbrug (de Zwaan) bij ochtendmist (foto: Wendelien van Oldenborgh)
Achtergrond

Mist en nevel afname in Europa

Mist heeft een van de sterkste klimaattrends die we kennen: in grote delen van Europa is het aantal mistdagen sinds midden jaren zeventig ongeveer gehalveerd.

Mist veroorzaakt niet alleen verkeersproblemen op de weg en in de luchtvaart, het beïnvloedt ook de temperatuur aan de grond sterk en speelt daarmee een rol in het klimaatprobleem. We hebben geprobeerd uit te zoeken welke factoren in deze afname belangrijk zijn, als eerste aanzet naar het maken van mistscenario’s. Ook zal voor een goede beschrijving van de opwarming van Europa de rol van mist goed gesimuleerd moeten worden.

Eigenlijk heeft iedereen het gevoel dat het vroeger veel erger mistte dan tegenwoordig. De zware "pea-souper" uit het Londen van Sherlock Holmes met zicht van 10 meter komt nauwelijks meer voor. Karel Knip vroeg zich in 2002 al af of de afname zoals hij die ervaart echt was. Het blijkt inderdaad dat het aantal dagen met beperkt horizontaal zicht op vrijwel alle Nederlandse stations tot 2001 afneemt. (Na 2001 zijn door de automatisering van de zichtmetingen de waarden niet vergelijkbaar met daarvoor.) Waarnemers vertellen tientallen jaren dezelfde punten als maatstaf genomen te hebben. De homogeniteit van de metingen lijkt dus redelijk in orde en de afname in Nederland reëel.

Waarnemingen

Het NCEP heeft een dataset met synoptische waarnemingen van stations wereldwijd met data over 1976-2006. Na wat kwaliteitscontrole hielden we in Europa 334 stations onder de 1000m met voldoende data over. De gemiddelde hoeveelheid dichte mistdagen (minimum zicht op synoptische tijden 03, 09, 15, 21 UTC minder dan 200m) en neveldagen (minder dan 2km) in het winterhalfjaar (oktober-maart) en zomerhalfjaar (mei-september) staan uitgezet in figuur 1. Hieruit blijkt dat mist het meeste voorkomt in de Alpendalen en in Oost-Europa in de winter. Langs de Atlantische kust van Europa en in het Middellandse Zeegebied komt vrijwel geen mist voor.

Figuur 1. Aantal dagen met dichte mist en nevel in het winter- en het zomerhalfjaar in Europa gemiddeld over 1976-2006.
Figuur 1. Aantal dagen met dichte mist en nevel in het winter- en het zomerhalfjaar in Europa gemiddeld over 1976-2006.

Trends

In figuur 2 zijn de relatieve trends uitgerekend; de af- of toename in procenten ten opzichte van de gemiddelde waarde. Een afname van 2,2% per jaar komt overeen met een halvering over 30 jaar. Bijna overal waar veel mist voorkomt is deze gemiddeld ongeveer met deze factor afgenomen, met voor dichte mist grote variaties tussen stations. Voor tweederde van de stations betreft het zichtmetingen op een luchthaven. De afname op deze luchtvaartstations is consistenter tussen nabijgelegen stations dan de afname op de overige stations. Vermoedelijk is dit een gevolg van een ruimtelijk minder veranderende omgeving in combinatie met procedureel betere metingen op vliegvelden (J. van der Meulen, pers. comm.).

Figuur 2. Relatieve afname van het aantal mistdagen per jaar (in %) over 1976-2006 ten opzichte van het gemiddelde. Een afname van 3% komt overeen met een halvering in 30 jaar.
Figuur 2. Relatieve afname van het aantal mistdagen per jaar (in %) over 1976-2006 ten opzichte van het gemiddelde. Een afname van 3% komt overeen met een halvering in 30 jaar.

Mist en temperatuur

De relatie tussen mist en temperatuur is gecompliceerd. Op koude nachten ontstaat vaak stralingsmist, maar de mistvorming remt de afkoeling ook weer door de vrijkomende condensatiewarmte. Op een mistige ochtend blijft het kouder doordat veel zonnestraling gereflecteerd wordt. Om dit enigszins te ontwarren hebben we gebruik gemaakt van paren nabijgelegen stations (minder dan 100 km van elkaar), waarvan er één goed zicht heeft (>15 km) terwijl het andere een lager zicht meldde. Een groot gedeelte van de temperatuurverschillen tussen die stations kan dan aan het lage zicht toegeschreven worden, maar er kunnen altijd locale factoren zijn die ook de temperatuur beïnvloeden. Als check hebben we de invloed van bewolking op dezelfde manier behandeld.

De resultaten staan in figuur 3. Voor bewolking vinden we de bekende resultaten terug: overdag koelt bewolking af (zwarte lijnen), ‘s nachts is een bewolkte nacht juist warmer (rode lijn). Dit is te verklaren doordat de bewolking overdag voornamelijk zonnestraling onderschept en ‘s nachts juist warmtestraling naar de aarde terug straalt.

Figuur 3. Links: Gemiddeld temperatuurverschil tussen een willekeurig station en een referentiestation binnen 100 km met een onbewolkte hemel als functie van de bewolkingsgraad. Rechts: hetzelfde als functie van het horizontale zicht met als referentie ee
Figuur 3. Links: Gemiddeld temperatuurverschil tussen een willekeurig station en een referentiestation binnen 100 km met een onbewolkte hemel als functie van de bewolkingsgraad. Rechts: hetzelfde als functie van het horizontale zicht met als referentie ee

Mist en nevel hebben overdag een soortgelijk effect: ze kaatsten ook zonnestraling terug, bovendien kost het opbreken van mist ook warmte. ‘s Nachts is er echter geen opwarmend effect van mist en nevel zichtbaar: stations met nevel zijn gemiddeld juist iets kouder dan nabijgelegen stations met goed zicht, stations met mist (zicht minder dan 1 km) zelfs veel kouder. We denken dat het ontbreken van een opwarmend effect veroorzaakt wordt doordat, in tegenstelling tot wolken, de bovenkant van de mist vrijwel dezelfde temperatuur heeft als de grond. Binnen de mist wordt de warmte door convectie efficiënt van de grond naar de stralingszone net onder de misttop vervoerd. De lagere temperatuur bij mist hangt waarschijnlijk nog steeds samen met het feit dat de mist op een door lokale omstandigheden kouder station eerder ontstaat. We concluderen daarom alleen dat nevel en mist in tegenstelling tot bewolking ‘s nachts geen duidelijke opwarming veroorzaken.

Een gedeelte van de hogere zichtcategorieën bestaat uit droge heiigheid door luchtvervuiling; dit is het directe aërosoleffect dat al lang bekend is en in klimaatmodellen gesimuleerd wordt. Het gedeelte dat samenhangt met nevel en mist is echter nieuw en wordt nog niet meegenomen. We schatten aan de hand van het temperatuureffect van figuur 3 en de afname van figuur 2 dat de afname van mist en nevel 10%-20% aan de opwarming van de dagtemperatuur heeft bijgedragen. In Oost-Europa is de bijdrage veel groter, tot 50%. De bijdrage aan de trend aan de nachttemperatuur kan uit deze analyse niet bepaald worden, maar is zeker kleiner. Deze extra term verklaart dus een gedeelte van de factor twee discrepantie tussen waarnemingen en modellen in de opwarming tot nu toe in Europa.

Oorzaken

De meteorologische literatuur geeft aan onder welke omstandigheden mist ontstaat. Het grootste deel van de mist in Europa is stralingsmist, die ontstaat als op heldere nachten waterdamp boven de koude grond condenseert. Aan de kust komt ook advectiemist van zee voor. In heuvelachtig of bergachtig terrein is beperkt zicht op de toppen vaak het gevolg van een laaghangende wolk die de grond raakt, de hoogste stations (>1000m) zijn om deze bijdrage te verminderen van de analyse uitgesloten.

Stralingsmist ontstaat onder de juiste weersomstandigheden (lichte wind, heldere hemel, stabiele grenslaag) in het juiste seizoen (lange nachten) op bepaalde plaatsen (vochtig, slecht warmte geleidende bodem, niet te ruw, niet te vlak) afhankelijk van de hoeveelheid condensatiekernen (vervuilde lucht). We hebben van een paar van deze factoren statistisch onderzocht hoe ze met de trend samenhangen. Een probleem is dat ze niet onafhankelijk van elkaar zijn. Om een voorbeeld te noemen: de concentratie aërosolen hangt voor gegeven emissies af van de dikte van de grenslaag en de aanvoerrichting van de lucht, wat weer meteorologische variabelen zijn. Deze niet-lineaire effecten zijn statistisch niet te ontrafelen.

Luchtkwaliteit en verstedelijking

Het patroon van de afname van de mist lijkt sterk op dat van de afname van de uitstoot van zwavel. Sinds de jaren zeventig is in West-Europa de luchtkwaliteit sterk verbeterd, de SO2-emissies daalden met meer dan een factor drie tussen 1980 en 2005. In Oost-Europa begon de afname wat later, rond 1990, maar ook daar is de lucht veel schoner geworden. In figuur 4 hebben we de correlatie tussen het patroon van de mistafname en het patroon van de afname van zwavel-emissies uitgezet. De correlatie is het grootst bij 5km, wat gewoon de industriële heiigheid is, maar significant tot 200m. Luchtvervuiling heeft dus ook invloed op dichte mist. Dit was eigenlijk sinds de beruchte vuurwerkmist van nieuwjaar 1993 en 2008 al duidelijk, maar blijkt ook voor heel Europa en gewone luchtkwaliteit op te gaan.

Andere factoren die stralingsmist sterk beïnvloeden zijn de ruwheid van het terrein, de beschikbaarheid van vocht en de nachtelijke afkoeling. In stedelijk gebied met een hogere nachttemperatuur, grotere ruwheid en weinig vocht komt hierdoor minder mist voor dan daarbuiten. De verstedelijking van Europa kan dus ook een rol gespeeld hebben in de gemeten afname van de hoeveelheid mistdagen. Het patroon klopt echter niet. In Oost-Europa was er tussen 1976 en 2006 nauwelijks sprake van groei van de steden, terwijl daar juist de grootste afname van mistdagen waargenomen werd. Dit uit zich in lagere correlatiecoëfficiënten tussen de trend in verstedelijking en de trend in het aantal dagen met beperkt zicht, de blauwe lijn in figuur 4.

Figuur 4. De spatiële rank-correlatie tussen de trend in zwavelemissies (1990-2007) en de trend in het aantal dagen met lage minimum zichtwaardes (rood), idem voor de correlatie met de trend in de hoeveelheid stedelijk gebied (blauw). De groene lijn geeft
Figuur 4. De spatiële rank-correlatie tussen de trend in zwavelemissies (1990-2007) en de trend in het aantal dagen met lage minimum zichtwaardes (rood), idem voor de correlatie met de trend in de hoeveelheid stedelijk gebied (blauw). De groene lijn geeft
Figuur 5. Aantal dagen per jaar met beperkt horizontaal zicht in De Bilt, Zürich-Kloten en Potsdam.
Figuur 5. Aantal dagen per jaar met beperkt horizontaal zicht in De Bilt, Zürich-Kloten en Potsdam.

Niet alleen de ruimtelijke verdeling van de trends, ook het tijdsverloop komt goed overeen met de zwavelemissies. We hebben ook lange reeksen van horizontaal zichtmetingen in De Bilt, Zürich-Kloten (met dank aan MeteoSwiss) en Potsdam (van de website van de Deutsche Wetterdienst) kunnen vinden. In de Bilt is er een licht verschil in trends voor en na 1985 (figuur 5), in Zürich duidelijker voor en na 1970, en in Potsdam rond 1975, met een sterke afname begin jaren 1990. Deze knikpunten zijn voor dichte mist ongeveer hetzelfde als voor de 2km nevel, waarvan duidelijk is dat die door aërosolen beïnvloed wordt. De overeenkomsten in tijdverloop geven dus een extra aanwijzing dat luchtvervuiling ook dichte mist meetbaar beïnvloedt.

Circulatie

Een mistdag in Nederland heeft gemiddeld een hogere luchtdruk en een zwakke oostelijke stroming. Dit laatste is te beschrijven als sterke anomale oostelijke stroming die de klimatologische westcirculatie overtreft (figuur 6). Deze grootschalige situatie geeft de meeste kans op een koude heldere nacht met weinig wind en dus stralingsmist. (We laten zeemist aan de kust even buiten beschouwing.) In het winterhalfjaar vinden we dat ook een winter met veel mistdagen dezelfde eigenschappen heeft als een enkele mistdag: gemiddeld een anticyclonale circulatie en een anomale oostelijke stroming van dezelfde grootte als de klimatologische westelijke stroming (dus in totaal kleine drukverschillen). In de zomer is dit echter niet zo: een mistige maand wordt gemiddeld voorafgegaan door natte maanden, terwijl de maand zelf juist weer droog is. Het opschalen van dagelijkse circulatie geassocieerd met mist naar een seizoensgemiddelde circulatie lukt dus alleen in de winter, waartoe we ons verder beperken.

Figuur 6. Links: composiet van anomale luchtdruk [hPa] op dagen met mist (zicht minder dan 200 m) in De Bilt voor zomer en winter. Rechts: regressie van de luchtdruk gemiddeld over een half jaar op het aantal mistdagen in dat halfjaar [hPa]. In de winter
Figuur 6. Links: composiet van anomale luchtdruk [hPa] op dagen met mist (zicht minder dan 200 m) in De Bilt voor zomer en winter. Rechts: regressie van de luchtdruk gemiddeld over een half jaar op het aantal mistdagen in dat halfjaar [hPa]. In de winter

Hetzelfde beeld van een anomale oostcirculatie boven het station bij meer mist vinden we in het grootste deel van Europa terug. Alleen op de Balkan is er een vreemd effect: daar geeft een meer oostelijke circulatie meer nevel maar juist minder dichte mist. In West en Centraal Europa is een anti-cyclonale circulatie geassocieerd met meer mist, maar in Oost-Europa is het omgekeerd. Daar is de hoeveelheid vocht een limiterende factor, en die wordt juist bij een cyclonale stroming aangevoerd.

De afgelopen 60 jaar is de frequentie van westcirculaties ten noorden van de Alpen in de tweede helft van de winter (januari-maart) duidelijk toegenomen. (De afgelopen twee jaren waren sterke uitzonderingen op deze trend.) Als we de gevoeligheid van mist en nevel voor de westelijke stroming vermenigvuldigen met de trend daarin, dan blijkt dat die toegenomen westcirculatie zo’n 10-20% van de afname van mist- en neveldagen verklaard. De verandering in circulatie heeft bijgedragen, maar andere factoren waren belangrijker.

Toekomstbeeld

De meeste klimaatmodellen voorspellen een verdere toename van de westelijke circulatie in de winter. De 0 tot 1 m/s toename in geostrofe wind van de KNMI’06 scenario’s correspondeert in de winter met een verdere afname van mist en nevel van 0-25%. In de zomer geven sommige, maar niet alle, klimaatmodellen een afname in neerslag tot 2100, wat de zomermist ook doet afnemen in de “+”-scenario’s (d.i. met gewijzigd stromingspatroon in West Europa).

De RCP emissiescenario’s die voor het volgende IPCC rapport gebruikt worden gaan uit van een verdere afname van de aërosolemissies in Europa van 60%-90% in 2050. Het is onbekend hoe realistisch dit is, maar dit gegeven het verband met de dichte mist en nevel zou dit tot een verdere reductie in dagen met beperkt zicht leiden.

Dan zijn er nog alle andere mogelijke factoren: verstedelijking, grondwaterstand, afnemende nachtelijk uitstraling door het broeikaseffect of door directe warmtegeneratie aan de grond. Hoewel we deze nog niet geanalyseerd hebben, lijkt de kans dat trends daarin in de toekomst anders zullen zijn dan de afgelopen 35 jaar niet groot. We gaan er daarom van uit dat deze factoren niet voor meer mist zullen zorgen.

Samenvattend kunnen we stellen dat de trends in circulatie en aërosolemissies er waarschijnlijk voor zullen zorgen dat het aantal dagen met mist of nevel verder terug zal lopen, en dat de andere langzaam veranderende factoren die mist beïnvloeden dit niet zullen tegenwerken. Uit deze statistische analyse kunnen we echter nog geen schatting maken hoeveel dat zou kunnen zijn. Waarschijnlijk is het daarvoor nodig een regionaal klimaatmodel aan te passen zodat het mist goed representeert. Dit zou ook de simulatie van de regionale temperatuurtrends kunnen verbeteren.

Met dank aan Geert Groen voor veel nuttig commentaar op het manuscript.

Literatuur

  • Knip, K., NRC Handelsblad, Grimmmist, 5 oktober 2002.
  • Vautard, R., P. Yiou en G.J. van Oldenborgh, 2009: Decline of fog, mist and haze in Europe over the past 30 years, Nature Geoscience, 2, 115-119.
  • Van Oldenborgh, G.J., P. Yiou en R. Vautard, On the roles of circulation and aerosols in the decline of mist and dense fog in Europe over the last 30 years, Atmospheric Chemistry and Physics, 10, 4597-4609.
Niet gevonden wat u zocht? Zoek meer achtergrond artikelen