Achtergrond

Winterverwachtingen wetenschappelijk bekeken

Elk jaar in oktober komt de vraag: wat voor een winter krijgen we? Er zouden drie wintervoorspellers zijn waarover ook wetenschappelijke artikelen zijn verschenen: zonnevlekken, El Niño en sneeuw in Rusland. Wat zegt de wetenschap hierover?

Voor alle drie zijn aanwijzingen voor een fysisch mechanisme via de stratosfeer. De vraag is daarbij echter altijd of het signaal sterk genoeg is om in de grote variaties van het winterweer zichtbaar te zijn. Van El Niño en zonnevlekken zijn lange meetreeksen beschikbaar. Daaruit blijkt dat de voorspellende kracht voor onze winter heel beperkt is. De Siberische sneeuw wordt veel korter goed gemeten en hoewel er voorspellende waarde zou kunnen zijn voor december, is die in ieder geval te zwak om een zinvolle verwachting op te baseren. Voorzover we nu weten, is dus de enige wetenschappelijk onderbouwde voorspelling voor de winter: “Het kan vriezen, het kan dooien”. Door de opwarming van de aarde is de kans op vriezen afgenomen, maar ook dat sluit strenge winters nog lang niet uit.

Zonnevlekkencyclus

De laatste 60 jaar vielen strenge winters vaak samen met een minimum van de 11-jarige zonnevlekkencyclus. Dit is uitgezet in figuur 1a. Winters met een laag zonnevlekkengetal zijn links, met een hoog getal rechts. Koude winters staan laag, zachte winters hoog. Er zijn iets meer koude winters linksonder dan linksboven, maar het verschil is niet groot. De winters met Elfstedentochten zijn rood aangegeven. Deze komen in deze periode wel duidelijk vaker voor bij een laag zonnevlekkengetal, alleen in 1956 werd er een Elfstedentocht verreden die niet samenviel met een zonnevlekkenminimum. Het aantal Elfstedentochten is echter klein, waardoor er geen conclusies kunnen worden getrokken op basis van statistiek. 

Figuur 1a. Verband tussen het zonnevlekkengetal en de wintertemperatuur in De Bilt sinds 1952. Rode jaartallen geven een Elfstedentocht aan, de rechte lijn een lineair verband.
Verband tussen het zonnevlekkengetal en de wintertemperatuur in De Bilt sinds 1952. Rode jaartallen geven een Elfstedentocht aan, de rechte lijn een lineair verband.
Figuur 1b. Hetzelfde maar dan voor 1901-1951
Hetzelfde maar dan voor 1901-1951
Figuur 2. De wintertemperatuur in De Bilt en het zonnevlekkengetal voor alle winters van 1750 tot en met 2011. De correlatie is zo laag dat het verband net zo goed door toeval veroorzaakt zou kunnen zijn.
Figuur 2. De wintertemperatuur in De Bilt en het zonnevlekkengetal voor alle winters van 1750 tot en met 2011. De correlatie is zo laag dat het verband net zo goed door toeval veroorzaakt zou kunnen zijn.

Als er een natuurkundige wet zou zijn dat Elfstedentochten meestal samenvallen met een zonnevlekkenminimum zou je verwachten dat deze wet ook vóór 1951 op zou gaan. Helaas blijkt dat niet het geval te zijn. De meeste Elfstedentochten in de periode 1909-1950 zijn verreden met een hoog zonnevlekkengetal, boven het gemiddelde voor deze periode. Ook de gemiddelde wintertemperatuur was in deze periode juist iets hoger bij een zonnevlekkenminimum dan in andere jaren (zie de blauwe lijn in figuur 1b die het gemiddelde verband aangeeft).

De wintertemperatuur in Nederland wordt al sinds 1706 bijgehouden, het zonnevlekkengetal sinds 1749. Uiteraard zijn de oudste metingen minder nauwkeurig, maar ze geven toch wel een goede indruk of het een strenge winter was of niet. Figuur 2 laat zien dat er nauwelijks een verband tussen zonnevlekken en wintertemperatuur is als je alle waarnemingen analyseert.

Waarom laten de afgelopen 60 jaar dan wel een verband zien? De meest waarschijnlijke verklaring is de wet van de kleine getallen. Er waren deze tijd maar zes Elfstedentochten. Net zoals er een redelijke kans is dat je vijf keer kop gooit met zes keer een muntje opgooien, is ook de kans dat je door puur toeval vijf Elfstedentochten bij een zonnevlekkenminimum vindt niet verwaarloosbaar klein. De standaard wetenschappelijke methode is dan om een test te bedenken om met onafhankelijke data het verband te ontkrachten of verifiëren. De periode vóór 1951 biedt die mogelijkheid, en laat zien dat als er een éénduidig verband is, het heel erg zwak is, en dus onbruikbaar om winterverwachtingen op te baseren. Een andere mogelijkheid is dat het verband ingewikkelder is en strenge winters niet alleen van het zonnevlekkengetal afhangen maar ook van iets anders dat er voor zorgt dat de afgelopen 60 jaar Elfstedentochten wel vaak met een zonnevlekkenminimum samenvielen maar daarvoor niet. Zolang we niet weten wat dat is en een fysisch mechanisme gevonden hebben is dit echter pure speculatie.

Voor het directe effect van de zonneactiviteit op het winterweer is overigens wel een fysisch mechanisme voorgesteld. Bij een zonnevlekkenminimum neemt de hoeveelheid ultraviolette straling van de zon sterker af dan de hoeveelheid zichtbaar licht (hoeveel is nog onderwerp van discussie). Hierdoor wordt er op grote hoogte (zo'n 30 km) minder ozon aangemaakt, dat ook weer minder UV-straling absorbeert. Als gevolg hiervan koelt dit gedeelte van de stratosfeer af en verzwakt de westenwind rond de Noordpool in de winter op deze hoogte. Voor dit mechanisme bestaan duidelijke aanwijzingen. De hypothese is dat deze zwakkere wind op grote hoogte ook de kans op oostenwind aan de grond verhoogt. De langjarige waarnemingen laten echter zien dat dit effect te klein is om in de grote variaties van het winterweer zichtbaar te zijn.

Invloed El Niño en La Niña

El Niño en La Niña zijn de positieve en negatieve fase van een natuurlijke klimaatschommeling langs de evenaar in de Stille Oceaan. Deze schommelingen duren meestal ruim een half een jaar en zijn tot ongeveer een half jaar van te voren goed te voorspellen. El Niño en La Niña beïnvloeden het weer in grote delen van de wereld. Dit vormt de belangrijkste basis van seizoensverwachtingen wereldwijd. Een simpele verwachting is gewoon kijken hoe die invloed de afgelopen 100 jaar was en dat met de El Niño verwachting combineren. Grote weercentra draaien ook weermodellen die El Niño en het weer in de wereld samen tot zes maanden vooruit doorrekenen. Beide methoden worden gebruikt om seizoensverwachtingen te maken.

Uiteraard werkt dit niet in streken en seizoenen waar El Niño en La Niña het weer niet of nauwelijks beïnvloeden. De Nederlandse winter valt hier jammer genoeg onder. In Figuur 3 is te zien dat in jaren met El Niño (linkerkant) de winters net zo vaak streng waren als met La Niña (rechterkant) of geen van beide (midden). Het gegeven dat de komende winter La Niña actief zal zijn geeft dus geen grotere of kleinere kans op een strenge winter dan als het El Niño geweest zou zijn (of geen van beide).

Figuur 3. Het verband tussen El Niño (links) en La Niña (rechts) met de wintertemperatuur in De Bilt. El Niño of La Niña maakt niets uit voor de Nederlandse wintertemperatuur.
Figuur 3. Het verband tussen El Niño (links) en La Niña (rechts) met de wintertemperatuur in De Bilt. El Niño of La Niña maakt niets uit voor de Nederlandse wintertemperatuur.
Figuur 4. Gebieden op het noordelijk halfrond waar het gemiddeld wat warmer is bij El Niño (oranje-rood) of juist kouder (blauw). De kleur geeft aan hoe sterk het effect is vergeleken met de toevallige fluctuaties van het weer.
Figuur 4. Gebieden op het noordelijk halfrond waar het gemiddeld wat warmer is bij El Nño (oranje-rood) of juist kouder (blauw). De kleur geeft aan hoe sterk het effect is vergeleken met de toevallige fluctuaties van het weer.

Op een kaart is aan te geven hoe sterk het effect van El Niño of La Niña is op de wintertemperatuur. In Noord-Amerika zijn er duidelijke effecten (iets sterker in januari-maart), die daar dan ook gebruikt worden voor seizoensverwachtingen. In Europa is echter nergens een sterk genoeg effect van El Niño om een winterverwachting op te baseren.

Ook hier is er een fysisch mechanisme voorgesteld. El Niño veroorzaakt gemiddeld een iets zwakkere straalstroom op 10 kilometer hoogte. De wat minder sterke westenwind op deze hoogte zou ook de westenwind aan de grond wat verzwakken, waardoor de winters bij El Niño gemiddeld wat kouder zouden worden in Noord Europa en zachter in Zuid Europa. Dit effect is heel vaag zichtbaar op de Atlantische Oceaan, maar boven land blijkt ook dit signaal te verdrinken in de grilligheid van het weer. In Nederland hebben El Niño en La Niña geen enkel effect op het winterweer.

Sneeuw in Siberië

Recent zijn er aanwijzingen gevonden dat de hoeveelheid sneeuw in Siberië in oktober het winterweer in december zou kunnen beïnvloeden. Ook dit is in de waarnemingen vrij simpel na te rekenen. Sinds eind jaren '60 zijn er redelijk betrouwbare schattingen van de hoeveelheid sneeuw in Europa en Azië beschikbaar, hoewel de eerste jaren nog grotere onzekerheden hebben dan latere jaren. Inderdaad lijkt de hoeveelheid sneeuw in oktober verband te houden met de temperatuur in Nederland in december (Figuur 5, links).

Figuur 5. Mogelijk verband tussen sneeuw in Europa en Azië in oktober en de temperatuur in Nederland in december.
Figuur 5. Mogelijk verband tussen sneeuw in Europa en Azië in oktober en de temperatuur in Nederland in december.

Echter, ook hier speelt de wet van de redelijk kleine getallen: als je 16 keer naar een verband zoekt in even lange reeksen waar geen enkel verband zit, dan vind je gemiddeld één keer iets dat hier op lijkt. Helaas is er geen lange meetreeks om een onafhankelijk toets te doen of het verband ook daar opgaat. Het is enigszins verdacht dat er geen duidelijk verband is met de temperatuur in november, je zou denken dat het weer één maand na oktober sterker beïnvloed zou worden dan twee maanden later in december.

Het is op dit moment dus nog een open vraag of de hoeveelheid sneeuw in Siberië echt invloed heeft op het winterweer bij ons in december of dat het verband een toevallige samenloop van omstandigheden is. In ieder geval is het niet sterk genoeg om een zinvolle winterverwachting voor Nederland op te baseren.

 

Op een kaart is het zwakke verband tussen sneeuw in oktober en temperatuur in december zichtbaar in de landen rond de Noordzee. Veel duidelijker is er een lokaal effect: meer sneeuw in Siberië in oktober wordt vaak gevolgd door kouder weer op dezelfde plek in december. Sneeuw reflecteert zonlicht maar straalt warmte heel efficiënt uit en zorgt er zo zelf voor kouder weer.

Figuur 6. Gebieden waarin een groter sneeuwdek in Europa en Azië in oktober met kouder weer in december samenging over 1967-2010.
Figuur 6. Gebieden waarin een groter sneeuwdek in Europa en Azië in oktober met kouder weer in december samenging over 1967-2010.

Ook voor het effect van sneeuw in Siberië op de temperatuur onze streken is een verklaring bedacht. De sneeuw in oktober veroorzaakt een hogedrukgebied met koude lucht dat de straalstroom verstoort. Deze zou dan het signaal later weer doorgeven aan de stroming aan het oppervlakte, net als in het geval van de zonnevlekken en La Niña.

Update 2015: onderzoekers in Canada hebben op basis van veel langere reconstructies van de hoeveelheid sneeuw laten zien dat ook dit verband niet opgaat op onafhankelijke data voor het sateliettijdperk. Het lijkt dus toeval geweest te zijn en heeft dan ook geen voorspellende waarde.

Winterverwachtingen zinvol voor Nederland?

Veel onderzoekers proberen al heel lang goede voorspellers voor het weer van de komende winter te vinden. Beukennootjes tellen werkt niet, maar ook de effecten van het zonnevlekkengetal en La Niña blijken over meer dan 100 jaar beschouwd niet boven de chaos van het weer en zelfs boven de variaties van het gehele winterseizoen zichtbaar te zijn.

Voor de sneeuw in Siberië zijn vergelijkingen over zo'n lange tijd niet mogelijk. Over de afgelopen 43 jaar lijkt er een zwak verband te zijn. Verder onderzoek moet uitwijzen of dit toeval was of inderdaad een eigenschap van het klimaatsysteem. In ieder geval is ook dit verband veel te zwak om een zinvolle winterverwachting op te baseren.

Referenties

  • Cohen en Entekhabi, Eurasian snow cover variability and Northern Hemisphere climate predictability, Geophys. Res. Lett., 1999, doi:10.1029/1998GL900321
  • Rodwell, On the predictability of North Atlantic Climate, in The North Atlantic Oscillation, Eds Hurrell, Kushnir, Ottersen and Visbeck, AGU, 2003.
  • van Oldenborgh en Burgers, Searching for decadal variations in ENSO precipitation teleconnections, Geophys. Res. Lett, 2005, doi:10.1029/2005GL023110
  • Ineson et al, The role of the stratosphere in the European climate response to El Niño, Nature Geoscience, 2009, doi:10.1038/ngeo381
  • Ineson et al, Solar forcing of winter climate variability in the Northern Hemisphere, Nature Geoscience, 2011, doi:10.1038/ngeo1282
  • van Oldenborgh et al, Claim of solar influence is on thin ice: are 11-year cycle solar minima associated with severe winters in Europe? Environ. Res. Lett. 2013, doi:10.1088/1748-9326/8/2/024014
Niet gevonden wat u zocht? Zoek meer achtergrond artikelen