Achtergrond

Twee manieren om de Russische hittegolf te verklaren

Er lijkt een wetenschappelijke controverse te bestaan over de verklaring van de hittegolf die westelijk Rusland in de zomer van 2010 trof.

Dole et al. (GRL, 2011) vonden dat de hittegolf voornamelijk natuurlijke oorzaken had, terwijl Rahmstorf en Coumou (PNAS, 2011) schreven dat de hittegolf met een waarschijnlijkheid van 80% niet was voorgekomen zonder de grootschalige opwarming sinds 1980, die voor een groot gedeelte toegeschreven is aan de toename van broeikasgasconcentraties. We laten hier zien dat echter er geen tegenstelling is tussen beide conclusies: de sterkte van een klimaatgebeurtenis kan grotendeels het gevolg zijn van de grilligheid van het weer terwijl tegelijkertijd de kans erop door het versterkte broeikaseffect groter geworden is. Het is dus belangrijk de vraag helder te stellen als de oorzaken van extreme gebeurtenissen onderzocht worden. 

Tmax op 7 augustus 2010 in Europa (E-OBS v5)
Tmax op 7 augustus 2010 in Europa (E-OBS v5)

Inleiding
In de zomer van 2010 trof een extreme hittegolf westelijk Rusland. Gedurende meer dan een maand lagen de temperaturen ver boven oude records met temperaturen tot boven de 40 ºC, twaalf graden warmer dan normaal. De hittegolf veroorzaakte 55000 doden en zorgde voor meer dan tien miljard euro aan schade.

De hittegolf kwam begin juli op gang, bereikte eind juli zijn piek en was pas op 19 augustus ten einde. De aanhoudend hoge temperaturen werden veroorzaakt door een blokkade: een hogedrukgebied dat de normale aanvoer van gematigde lucht uit het westen tegenhoudt. In 2010 was deze blokkade ongewoon sterk en langdurig. De temperatuur kwam gemiddeld over deze periode meer dan 5 ºC hoger uit dan normaal voor de tijd van het jaar.

Gezien de gevolgen van de hittegolf werd de vraag gesteld in hoeverre het door de mens veroorzaakte versterkte broeikaseffect heeft bijgedragen aan deze hittegolf. Hierop zijn tot nu toe twee schijnbaar tegengestelde antwoorden gegeven. Dole et al. publiceerden in 2011 in Geophysical Research Letters dat de sterkte van de gebeurtenis grotendeels door natuurlijke variaties in het weer verklaard kan worden. Rahmstorf en Coumou (Proceedings of the National Academy of Sciences, 2011) bestrijden dit en stellen dat er 80% kans is dat deze hittegolf niet had plaatsgevonden zonder klimaatverandering. Wij nemen aan dat ze hiermee bedoelen dat de kans op zo'n hittegolf met een factor vijf is toegenomen. Wij beargumenteren hier dat beide conclusies niet met elkaar in tegenspraak zijn omdat ze verschillende aspecten van de hittegolf beschrijven. Dole et al. verklaren de sterkte ervan, en Rahmstorf en Coumou de kans er op. Het is zeer wel mogelijk dat de sterkte door natuurlijke factoren verklaard kan worden, terwijl tegelijkertijd de kans is toegnomen door het versterkte broeikaseffect. In dit artikel schetsen we hoe beide conclusies met elkaar in overeenstemming gebracht kunnen worden. Een zorgvuldige bepaling van de exacte toename van de kans vergt een uitgebreidere analyse dan hier gepresenteerd wordt.

Waarnemingen
De hittegolf vond grofweg plaats in het gebied 50º–60º NB, 35º–55º OL. De daggemiddelde temperatuur in juli gemiddeld over dit gebied sinds 1960 is uitgezet in figuur 1.

Figuur 1. Waargenomen temperatuurafwijkingen (zwart) in het gebied van de hittegolf in 2010 (50º–60ºNB, 35º–55ºOL), sinds 1960. Ter vergelijking is ook 1.9 keer de gladgestreken wereldgemiddelde temperatuurafwijking ingetekend (rood). De groene lijn geeft
Figuur 1. Waargenomen temperatuurafwijkingen (zwart) in het gebied van de hittegolf in 2010 (50º–60ºNB, 35º–55ºOL), sinds 1960. Ter vergelijking is ook 1.9 keer de gladgestreken wereldgemiddelde temperatuurafwijking ingetekend (rood). De groene lijn geeft

Als we zouden aannemen dat het klimaat sinds 1950 niet is veranderd zou een temperatuur zoals die in 2010 gemeten was, vijf graden boven normaal, ongeveer eens in de 1000 jaar voorkomen, met een ondergrens van 250 jaar. Echter, het klimaat is wel veranderd, de temperatuur in dit gebied is in 1950-2009 ongeveer 1,9 keer keer zo snel gestegen als de wereldgemiddelde temperatuur, vergelijkbaar met het temperatuurverloop in Nederland. Deze trend is significant en consistent met de trends in andere zomermaanden en gebieden ten westen en zuiden van het gebied van de hittegolf. De metingen vóór 1950 verschillen sterk van meetstation tot meetstation en hebben periodes zonder metingen, deze vertrouwen we niet genoeg om de trend uit te bepalen. De waarde van 2011, na de hittegolf, is ook goed in overeenstemming met de stijgende trend in de temperatuur.

Als we aannemen dat het enige effect van klimaatverandering een verhoging van de temperatuur is, kunnen we uitrekenen hoeveel de kans op zo'n uitschieter als de hittegolf van 2010 groter is geworden door de opwarming. We vinden in dat geval dat de kans ongeveer eens in de 250 jaar is, met een ondergrens van 90 jaar. Op basis van alleen de waarnemingen, met een aanname dat warme extremen evenveel in temperatuur stijgen als het gemiddelde, vinden we dus een toename van de kans op zo'n hittegolf met een factor drie à vier. Hierbij moet worden opgemerkt dat het gebied van de hittegolf minder dan 1% van het landoppervlakte van de aarde beslaat en zo'n onwaarschijnlijke hittegolf dus elke paar jaar ergens ter wereld voorkomt.

Modelresultaten
Om de kans op hittegolven beter te kunnen beschrijven en de aannames van de berekeningen hierboven te controleren hebben we klimaatmodellen nodig, computerprogramma's waarin de natuurkundige wetten van de atmosfeer worden nagebootst. Het weatherathome project gebruikt de computers van vrijwilligers om een klimaatmodel (HadAM3P) duizenden keren door te rekenen voor de afgelopen decennia, met toenemende concentraties van broeikasgassen. Met de enorme hoeveelheid data die dit oplevert kunnen ook heel zeldzame gebeurtenissen zoals de Russische hittegolf onderzocht worden.

Om te beginnen hebben we onderzocht of het model in staat is de essentiële kenmerken van de hittegolf weer te geven. Hittegolven in dit gebied hangen in het model net als in de werkelijkheid samen met een blokkade. De gemiddelde temperatuur in het model is echter iets te hoog en de variaties van jaar op jaar te groot; hiervoor hebben we gecorrigeerd. Na deze correctie lijkt het temperatuurverloop goed op dat in de waarnemingen, met een soortgelijke trend (figuur 1). Voor een nauwkeurige bepaling van de kans op de hittegolf moeten deze afwijingen beter onderzocht worden en verschillende klimaatmodellen gebruikt worden, dit is in deze verkennende studie nog niet gedaan.

Figuur 2. Herhalingstijden van de condities van temperatuur en stromingspatroon in het klimaatmodel voor de jaren 1960 (groen), de jaren 2000 (blauw) en in een reconstructie van de werkelijkheid (ERA-interim, zwart). De verticale zwarte pijl geeft aan hoe
Figuur 2. Herhalingstijden van de condities van temperatuur en stromingspatroon in het klimaatmodel voor de jaren 1960 (groen), de jaren 2000 (blauw) en in een reconstructie van de werkelijkheid (ERA-interim, zwart). De verticale zwarte pijl geeft aan hoe

De resultaten van het klimaatmodel zijn uitgezet in figuur 2. Op de horizontale as staat hoe vaak een hittegolf voorkomt, in termen van een herhalingstijd. Een herhalingstijd van 100 jaar betekent dat elk jaar de kans 1 op 100 is. Op de verticale as staat de temperatuurindex die een combinatie is van de temperatuur en het drukpatroon. De verdeling van hittegolven onder condities zoals die in de jaren '60 van de vorige eeuw voorkwamen zijn groen ingetekend. Hoe hoger de temperatuur, hoe minder vaak zo'n gebeurtenis voorkomt.. De blauwe stippen geven hetzelfde aan voor de periode 2000-2009. Er zijn twee manieren om hiernaar te kijken. De zwarte pijl geeft aan hoe groot de temperatuurafwijking in 2010 was (uit de ERA-interim heranalyse). Slechts een klein gedeelte hiervan komt door het verschil tussen de jaren 1960 en de jaren 2000, de verticale rode pijl. De rest is gewoon toeval, de grilligheid van het weer. Dit bevestigt de analyse van Dole et al. dat de hittegolf voor het grootste gedeelte een natuurlijke oorsprong had.

De andere manier van kijken is de horizontale rode pijl. Deze laat zien dat de kans op een gebeurtenis zoals die in 2010 voorkwam onder de condities van de jaren 1960 eens in de 100 jaar was. In de jaren 2000 is deze kans veel groter geworden, eens in de 33 jaar. De kans op zo'n hittegolf is dus drie keer hoger geworden. Dit komt goed overeen met de schatting uit de waarnemingen. De modelresultaten bevestigen ook de aanname die we toen maakten dat alleen de gemiddelde temperatuur opschuift: de groene en blauwe curve lopen grotendeels evenwijdig aan elkaar met alleen een verticale verschuiving.

Conclusies
Er zijn verschillende manieren om de rol van klimaatverandering in extreme weergebeurtenissen te beschrijven. Dit wordt geïllustreerd met de Russische hittegolf van 2010. De sterkte van de hittegolf werd grotendeels bepaald door een toevallige weerfluctuatie, een hogedrukgebied dat de normale aanvoer van koele lucht blokkeerde. Er zijn geen aanwijzingen dat dit nu vaker voorkomt dan vroeger. Echter, door de opwarming van dit gebied is de temperatuur bij dezelfde blokkade nu wat hoger geworden dan die vroeger was. Dit relatief kleine verschil vertaalt zich in een veel grotere kans om een drempelwaarde te overschrijden. Een eerste berekening geeft aan dat een 5 ºC afwijking zoals waargenomen in de hittegolf van 2010 voor driekwart een natuurlijke oorzaak heeft, maar dat dit tegelijkertijd nu grofweg drie keer waarschijnlijker is dan vijftig jaar geleden.

Otto, F.E.L., N. Massey, G.J. van Oldenborgh, R.G. Jones en M.R. Allen, Reconciling two approaches to attribution of the 2010 Russian heat wave Geophys. Res. Lett., 2012, doi:10.1029/2011GL050422.

Dole, R., M. Hoerling, J. Perlwitz, J. Eischeid, P. Pegion, T. Zhang, Xiao-Wei Quan, Taiyi Xu, and D. Murray (2011), Was there a basis for anticipating the 2010 Russian Heat Wave? Geophys. Res. Lett., 38, L06702, doi:10.1029/2010GL046582

Rahmstorf,S., and D. Coumou (2011), Increase of extreme events in a warming world, PNAS, 108, 17905-17909, doi:10.1073/pnas.1101766108

Voetnoot bij de auteurs Friederike Otto1, Neil Massey2, Geert Jan van Oldenborgh3, Richard Jones4 en Myles Allen1:

Environmental Change Institute, School of Geography and the Environment, University of Oxford, Oxford, OX1 3QY, UK
Smith School of Enterprise and the Environment (SSEE) and Atmospheric Oceanic and Planetary Physics (AOPP), University of Oxford, Oxford, OX1 3QY, UK.
Department of Climate Research and Seismology, Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut, 3730 AE De Bilt, The Netherlands.
Hadley Centre for Climate Prediction and Research, Met Office, Exeter, EX1 3PB, UK.

Niet gevonden wat u zocht? Zoek meer achtergrond artikelen