Waarom de regen maar niet ophield: het zeldzame weer achter de overstromingen 2021

Er is inmiddels veel onderzoek gedaan naar de kans op zo'n grote hoeveelheid neerslag in korte tijd, naar de precieze meteorologische omstandigheden die hiervoor zorgden en naar de rol van klimaatverandering. In nieuw KNMI-onderzoek hebben we gekeken hoe de kans op zware regenval in het getroffen gebied samenhangt met de unieke meteorologische situatie van toen.
De overstromingen van 5 jaar geleden werden veroorzaakt door de uitzonderlijke hoeveelheid neerslag die in een paar dagen viel over een relatief klein gebied. Zo viel er van 13 tot en met 15 juli 2021 gemiddeld over het Maas-stroomgebied 108 mm regen, en lokaal nog veel meer. Dat al die neerslag over dit ene gebied viel, kwam doordat het regengebied op dezelfde plek bleef liggen. Was het regengebied blijven bewegen, dan was de neerslag over een groter gebied verspreid gevallen en waren de overstromingen uitgebleven.

Zo'n stilliggend lagedrukgebied wordt in de meteorologie vaak een 'cut-off low' genoemd, in het Nederlands een afgesnoerd lagedrukgebied of 'koudeput', omdat er koude, arctische lucht in opgesloten zit. In de animatie in afbeelding 1 is duidelijk te zien dat het lagedrukgebied zich afsnoert van het gebied met sterke westenwinden ten noorden van Nederland, tussen 13 en 15 juli 2021 nauwelijks van zijn plek beweegt en de bijbehorende regen voortdurend in hetzelfde gebied laat vallen.

Afbeelding 1. Animatie van het afsnoeren van het lagedrukgebied en bijbehorende regenval, 10–18 juli 2021. Data: ECMWF/ERA5, © KNMI.

Omdat zo'n koudeput bij ons zo weinig voorkomt in de zomer, kunnen we uit 100 jaar aan metingen niet afleiden hoe groot de kans is dat er zoveel neerslag uit valt. Daarom maken we gebruik van het weermodel van het ECMWF (European Centre for Medium-range Weather Forecasts), waarmee dagelijks weers- en seizoensverwachtingen worden gemaakt. Dit model heeft ruim 10.000 jaar aan synthetisch weer geproduceerd: weer dat niet is opgetreden, maar wél had kunnen optreden in het huidige klimaat. Zoveel jaren bieden de mogelijkheid om toch meerdere van dit soort zeldzame situaties te bestuderen.

De vingerafdruk van extreme regen

In de ECMWF-gegevens hebben we de 10 meest extreme 3-daagse zomerneerslag situaties geselecteerd. De hoeveelheden variëren tussen de 112 en 155mm over het Maas-stroomgebied, dus ze zijn alle 10 minstens zo extreem als de situatie van 5 jaar geleden. 
Voor deze 10 extremen hebben we gekeken of de meteorologische situaties op elkaar lijken. Daarvoor hebben we 4 variabelen geanalyseerd die iets zeggen over de intensiteit en de locatie van extreme neerslag: het windpatroon op zo'n 12 kilometer hoogte (waar ook de straalstroom waait), de dauwpunttemperatuur aan het aardoppervlak (een maat voor hoe vochtig de lucht is nabij de grond), de verticale opbouw van de atmosfeer en de totale hoeveelheid vocht in de atmosfeer. 
Het gemiddelde windpatroon van de 10 extremen laat een koudeput zien met hoge luchtvochtigheid (afbeelding 2), en dat lijkt sterk op de weersituatie van 5 jaar geleden. De 10 individuele extremen wijken maar weinig af van dit gemiddelde patroon, dat dus typisch is voor de meest extreme zomerregenval in het Maas-stroomgebied.

Om de kans op extreme regenval uit een koudeput met hoge luchtvochtigheid te bepalen, hebben we voor elk van de 10.000 jaren gekeken of de weersituatie met de hoogste neerslagsom van die zomer goed lijkt op het typische patroon van de 10 meest extreme gevallen. In slechts 4 procent van de jaren was het natste zomerweer van dat jaar zo'n koudeput — gemiddeld leidt een koudeput dus eens in de 25 jaar tot het jaarlijkse zomerse neerslagextreem.
We kunnen nu de statistiek van neerslagextremen uit zo'n koudeput vergelijken met de statistiek van neerslagextremen die door andere weersituaties worden veroorzaakt, in de overige 96 procent van de gevallen (afbeelding 3). De koudeput-extremen laten inderdaad een ander verband zien tussen herhaaltijd en hoeveelheid neerslag (in rood) dan de overige neerslagextremen (in blauw). 

Belangrijk om te benadrukken: een koudeput produceert niet per definitie meer neerslag, meestal zelfs niet. Maar voor herhaaltijden zeldzamer dan eens in de 1.000 jaar gaat een koudeput gepaard met veel meer neerslag dan andere weersituaties. Met andere woorden: de aller-extreemste regenhoeveelheden, die statistisch maar eens in de duizenden jaren voorkomen, komen vrijwel alleen uit een koudeput. Herhaaltijden zijn gebaseerd op weermodelgegevens en kunnen anders zijn voor de werkelijkheid. De herhaaltijd van het 2021 regenval-extreem wordt geschat op eens in de 400 jaar.

Wat leren we hieruit?

De extreme regenval van 13–15 juli 2021 werd veroorzaakt door een bijzondere weersituatie: een afgesnoerd lagedrukgebied dat lang op dezelfde plek bleef hangen, met veel vocht in een atmosfeer waarin makkelijk buien konden ontstaan. Deze weersituatie is redelijk zeldzaam, maar kan in het stroomgebied van de Maas tot nog extremere regenval leiden dan andere weersituaties met regen ooit kunnen produceren.
Dit onderzoek laat zien dat we alert moeten zijn mocht een dergelijke weersituatie zich weer voordoen; in potentie komt daar namelijk extreem veel regen uit voort. Ook is het voor de waterveiligheid van belang om te weten hoe klimaatverandering de kans op dit soort weersituaties eventueel verandert. De verwachting is dat verdere opwarming in het algemeen de hoeveelheid regen uit zomerse buien doet toenemen, dus ook uit de buien die ontstaan rondom een koudeput. Maar daarbovenop kan ook de kans dat een koudeput optreedt veranderen. Dat heeft dan directe gevolgen voor de vereiste hoogte van de rivierdijken om overstromingen te voorkomen.

KNMI-klimaatbericht door Antje van der Gaast, Leon van Voorst en Henk van den Brink