Achtergrond

Stormklimaat en hoogwaters

Voor een laag liggend land als Nederland is de hoogte van (toekomstige) stormvloeden extreem belangrijk. We onderzoeken hier de vraag of en hoe de klimaatverandering de hoogte van extreme waterstanden tijdens stormvloeden beïnvloedt.

We doen dat aan de hand van een 17 leden tellend ensemble van runs met een waterstandsmodel voor de Noordzee. Dit grote ensemble bevat genoeg data om betrouwbare uitspraken over veranderingen in de bij wet voorgeschreven 10.000 jaar terugkeerwaarde van waterstanden te kunnen maken.

Stormvloed
Stormvloed

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd in Meteorologica 18(2) 2009, 10-11. 

Volgens de Deltawet mogen de belangrijkste waterkeringen maar eens in de 10.000 jaar overstroomd worden. De daarbij horende dijkhoogte moet uit de bestaande meetreeksen afgeleid worden. Omdat deze niet langer dan 120 jaar zijn vereist dat een extrapolatie over twee ordes van grote. Iedereen zal beseffen dat dat tot grote onzekerheden in de uitkomst leidt. Deze grote onzekerheid maakt het lastig, zo niet onmogelijk, om iets te zeggen over veranderingen in de waterstand tijdens stormvloeden als gevolg van klimaatverandering. Let op – we hebben het hier puur over het effect van de wind op de locale waterstand (stormvloed), bovenop de door warmteuitzetting of het afsmelten van gletsjers veroorzaakte stijging van de globale zeespiegel.

Om de statistische onzekerheid bij het extrapoleren sterk te verkleinen hebben we gebruik gemaakt van het al eerder in Meteorologica voorgestelde ESSENCE ensemble (Sterl et al. 2008) van maar liefst 17 runs met een klimaat model voor de periode 1950-2100. Dit grote ensemble leidt tot een goede statistiek van extreme gebeurtenissen. De gemodelleerde winden laten een geringe toename van hoge windsnelheden over de zuidelijke Noordzee zien. Deze toename komt echter uitsluitend op rekening van zuidwesten winden. Omdat winden uit die richting niet tot hoge stormvloeden langs de Nederlandse kust leiden, verwachten we geen verandering in hoge stormvloeden.

Om dit vermoeden te bevestigen hebben we WAQUA/DCSM98, het op het KNMI operationeel gebruikte waterstandsmodel voor de Noordzee, met de wind en druk velden uit ESSENCE aangedreven. Ondanks de, vergeleken met de operationeel gebruikte HIRLAM forcering, grove resolutie van ESSENCE blijkt WAQUA/DCSM98 goed in staat om de statistiek van hoge waterstanden langs de Nederlandse kust te reproduceren (Figuur 1).

Figuur 1: Gumbel plot voor waterstanden in Hoek van Holland. Zwart: 120 jaar waarnemingen (1888-2005, dik) en GEV fit (dun). Rood: simulatie data van acht keer 108 jaar van ESSENCE-WAQUA/DCSM98 (dik) en bijbehoorende fits (dun) voor het huidige klimaat (1
Figuur 1: Gumbel plot voor waterstanden in Hoek van Holland. Zwart: 120 jaar waarnemingen (1888-2005, dik) en GEV fit (dun). Rood: simulatie data van acht keer 108 jaar van ESSENCE-WAQUA/DCSM98 (dik) en bijbehoorende fits (dun) voor het huidige klimaat (1

Deze figuur vraagt wat uitleg. Zoals in het eerder genoemde artikel over ESSENCE uitgelegd, worden herhalingstijden van extreme gebeurtenissen geschat door een GEV verdeling aan de jaarmaxima te fitten. Het resultaat wordt als functie van de Gumbel variate (onderste x-as in Figuur 1) geplot, die direct aan de herhalingstijd (bovenste x-as) gerelateerd is. De data punten worden geplot door aan het hoogste jaarmaximum een terugkeertijd van (N+1) jaar toe te kennen (N = aantal jaren in tijdreeks). Het op een na hoogste maximum krijgt een herhalingstijd van (N+1)/2, etc. In de figuur zijn de punten de data en de dunne lijnen de GEV fits. Duidelijk is te zien dat de hoogste waargenomen waterstand (1953!) zeer extreem was – hij ligt ver boven de fit (dunne zwarte lijn).

De GEV fit kan worden doorgetrokken naar een herhalingstijd van 10.000 jaar. De daarbij behorende statistische onzekerheid (dikke zwarte balk rechts) loopt van 3,8 m tot 6,8 m, met een beste schatting van 4,5 m. Deze grote onzekerheidsmarge wordt bevestigd door de ESSENCE resultaten. De acht dunne rode lijnen in Figuur 1 zijn GEV fits aan telkens 108 ESSENCE jaarmaxima. De onzekerheid kan oplopen tot 10 m! Met een zo grote onzekerheid is een verandering als gevolg van de klimaatverandering nooit vast te stellen. Alleen als we alle ESSENCE maxima voor het huidige klimaat ( = 1950-2000) bij elkaar vegen (blauw) krijgen we met minder dan 1 m een betrouwbaarheidsinterval dat klein genoeg is om veranderingen eventueel aan te kunnen tonen.

Figuur 2: Gumbel plot voor waterstanden in Hoek van Holland volgens het ESSENCE-WAQUA/DCSM98 ensemble. Zwart: waarnemingen, blauw: huidig klimaat (1950-2000), rood: toekomstig klimaat (2050-2100). Waarnemingen en simulaties voor het huidige klimaat zoals
Figuur 2: Gumbel plot voor waterstanden in Hoek van Holland volgens het ESSENCE-WAQUA/DCSM98 ensemble. Zwart: waarnemingen, blauw: huidig klimaat (1950-2000), rood: toekomstig klimaat (2050-2100). Waarnemingen en simulaties voor het huidige klimaat zoals

Figuur 2 laat naast de jaarmaxima voor het huidige klimaat (waarnemingen en ESSENCE) ook die voor het toekomstige klimaat (2050-2100) zien. De drie GEV fits zijn nagenoeg identiek, en de onzekerheidsintervallen voor de twee ESSENCE periodes ook. Binnen het ESSENCE ensemble verandert de statistiek van de waterstand extremen tijdens stormvloeden dus niet – alleen komen die in de toekomst bovenop een gestegen zeespiegel.

Referentie:
A. Sterl, G.J. van Oldenborgh, W. Hazeleger, and H. Dijkstra (2008), Extreme maximumtemperaturen in de toekomst, Meteorologica, 17(3) (2008), 4-7.

Niet gevonden wat u zocht? Zoek meer achtergrond artikelen