Meteorologica maart 2019

Jaargang 28 -

nr.

1 - Maart 2019

meteorologica

DE ELFSTEDENTOCHT HOE VAAK NOG? Uitgave

van de

Nederlandse Vereniging

ter

Bevordering

van de

Meteorologie

Climate Physics Master’s Programme at Utrecht University, The Netherlands This Master’s programme offers a unique combination of theoretical courses and practical training in all aspects of the climate system. Physics, dynamics and chemistry of the atmosphere, the oceans, the glaciers and ice sheets and their interaction are the core of this programme.

Our research fields: • Ocean Circulation and Climate • Physical Oceanography of the Coastal Zone • Atmospheric Dynamics and the Hydrological Cycle • Atmospheric Physics and Chemistry • Ice and Climate

More information: Utrecht University, The Netherlands Institute for Marine and Atmospheric Research

www.uu.nl/masters/climate

2

Meteorologica 1 - 2019

Inhoudsopgave 4

4

Pagodemetingen in De Bilt Theo Brandsma

10 Winddroogtes en winterkou bedreigen Europese energiezekerheid

Karin van der Wiel, Laurens Stoop, Frank Selten

14 Twintig jaar klimaatstation Paramaribo

Michiel van Weele, Paul Fortuin, Ankie Piters

18 NVBM voorjaarssymposium – De Zon in de Nederlandse Energiemix

10

Bestuur NVBM

20 Column – Is water nat?

21 Van

de hoofdredacteur

De winter van 2018-2019 was allesbehalve koud. Als gevolg daarvan kon (alweer) geen Elfstedentocht worden georganiseerd. De laatste tocht werd gehouden in 1997, 22 jaar geleden; de huidige Elfstedentochtloze periode is inmiddels langer dan ooit. Een gevolg van de opwarming? Mogen we ooit nog een lange, aaneengesloten vorstperiode en gemiddeld 15 cm ijsdikte in Friesland verwachten? Volgens de analyse van Geert Jan van Oldenborgh en coauteurs (pagina 28) kunnen we deze vraag positief beantwoorden. In het huidige klimaat is de kans op een tocht ongeveer 8 procent, en afhankelijk van de sterkte van de toekomstige opwarming kunnen we nog één à vijf tochten tegemoet zien. De auteurs raden schaatsliefhebbers dan ook aan hun lidmaatschap van de Friese Elfstedenvereniging voorlopig nog niet op te zeggen. In wat ooit tropisch Nederland was, Suriname, heeft men met zulke overwegingen weinig van doen. Toch zijn de klimaatprocessen in de tropen belangrijker dan menigeen vermoedt. Vandaar dat het KNMI twintig jaar geleden besloot een meetstation in Paramaribo op te richten. Het artikel van Michiel van Weele en

coauteurs (pagina 14) geeft een uitgebreid overzicht van de vele resultaten die de Paramaribomeetreeks heeft opgeleverd. De continue meetreeks van de hogere lagen van de atmosfeer heeft nieuwe inzichten opgeleverd wat betreft de atmosferische dynamica in de tropen, met name over de Quasi-Biannual Oscillation (QBO). Vanwege de bedroevend lage dekkingsgraad van meetstations in de tropen is de meetreeks van Paramaribo dan ook uniek te noemen, en derhalve van eminent belang. Wat dichter bij huis, in De Bilt, werd de temperatuur lange tijd gemeten in een zogenaamde pagodehut. Om te bepalen hoe deze metingen zich verhouden tot waarnemingen in moderne hutten heeft het KNMI een pagodehut nagebouwd (volgens de tekeningen van destijds) en gedurende een periode van twee jaar vergelijkende metingen gedaan. In zijn artikel op pagina 4 beschrijft Theo Brandsma de resultaten van deze (en eerdere) vergelijkende metingen. Het blijkt dat vooral op warme en windstille dagen de verschillen behoorlijk groot zijn. Deze resultaten zijn dan ook van belang voor de duiding van de homogenisering van de temperatuurreeksen.

Huug van den Dool

21 Haarijs in Hoog Soeren waargenomen op zaterdag 19 januari 2019

Henk de Bruin, Willemijn Hoebert

22 Promoties – Het broeikasklimaat tijdens het Midden tot Laat Eoceen gesimuleerd met het CESM 1.0.5 klimaatmodel

Michiel Baatsen

26 Weermuziek – De lente

Harry Geurts

28 Klimaatoverzicht – Hoeveel Elfstedentochten kunnen we nog verwachten?

Geert Jan van Oldenburgh, Hans Visser, Theo Brandsma, Hylke de Vries

30 Column – Kretologie

Leo Kroon

31 NVBM Sponsors en Colofon

Advertenties 2 IMAU – Universiteit Utrecht 9 CaTeC 13 KNMI 19 Wageningen Universiteit 32 Wittich en Visser

Voorkant Schaatsers in Ryptsjerk, Friesland, op 22 December 2007 (foto: Paul van Eijden)

Meteorologica 1 - 2019

3

Pagodemetingen in De Bilt Theo Brandsma (KNMI) Het KNMI heeft in 2016 gehomogeniseerde temperatuurreeksen voor de vijf hoofdstations in gebruik genomen. Deze reeksen zijn op dagbasis gecorrigeerd voor de belangrijkste inhomogeniteiten. Voor De Bilt betrof de correctie een temperatuursprong rond 1950. Deze was het gevolg van een combinatie van een verplaatsing van een beschutte naar een open locatie en een overgang van de pagode naar de Stevenson thermometerhut. Dit artikel geeft meer duidelijkheid over de bijdrage van de overgang pagode/Stevenson in de correctie. We gebruiken daarvoor zowel vergelijkende metingen tussen pagode en Stevenson in de periode 1947-1950 als recente vergelijkende metingen tussen een zo goed mogelijk nagebouwde pagode en een Stevenson op het testveld van het KNMI. De resultaten voor de historische en de huidige metingen laten zien dat vooral de maximumtemperatuur in het zomerhalfjaar in de pagode hoger is dan in de Stevenson. Achtergrond In 2016 heeft het KNMI de temperatuurreeksen van de vijf hoofdstations (De Helder, De Bilt, Groningen, Vlissingen en Maastricht) op dagbasis gecorrigeerd voor de belangrijkste inhomogeniteiten (Brandsma, 2016). De gehomogeniseerde reeksen van de vijf hoofdstations geven een consistent beeld van klimaatverandering in ruimte en tijd. Bij De Bilt was sprake van inhomogeniteit rond 1950 als gevolg van een combinatie van een verplaatsing van de metingen van een beschutte naar een open locatie en de overgang van de pagode naar de Stevenson thermometerhut. Vanwege het ontbreken van geschikte parallelmetingen ter plaatse is voor de correctie van De Bilt station Eelde gebruikt als parellelreeks. Een deel van de correctie kan verklaard worden met historische en recente parallelmetingen tussen de pagode en de Stevenson.

Het is interessant om de bijdrage van de verandering in type hut te kwantificeren voor een beter begrip van de temperatuurcorrectie. De oude vergelijkende metingen tussen pagode en Stevenson hut vonden plaats in de periode 1947-1950 (Figuur 1). Dit was vlak voor de verplaatsing van het meetveld en de overgang pagode naar de Stevenson hut. Brandsma (2011) heeft deze metingen al kort besproken. De recente vergelijkende metingen (Figuur 2) vinden plaats sinds september 2016. Hiervoor is een reconstructie gemaakt van de oude pagode (zie Kader). De huidige metingen maken het mogelijk om in meer detail naar de effecten van windsnelheid en straling/ bewolking te kijken. In dit artikel vergelijken we de eerste twee jaar van de moderne metingen met de historische metingen in de periode 1947-1950. We beperken ons daarbij tot de temperatuurverschillen tussen de pagode en de Stevenson. De weersafhankelijkheid van de verschillen is onderwerp van een vervolgstudie. Verplaatsingen en thermometerhutten op het KNMI terrein in De Bilt (1901-heden) De operationele temperatuurwaarnemingen in De Bilt zijn sinds 1901 op vier verschillende locaties op het KNMI-terrein verricht. Deze locaties zijn ingetekend als locaties A t/m D in een plattegrond van het KNMI terrein van 1960 (Figuur 3). De plattegrond geeft ook de hoogte van begroeiing en gebouwen op dat moment. Sinds het begin van de waarnemingen in De Bilt is de temperatuur gemeten in drie verschillende thermometerhutten: 1. Pagode (t/m 15 september 1950) 2. Stevenson (16 september 1950 - 25 juni 1993) 3. KNMI schotelhut (26 juni 1993 - heden).

Figuur 1. Pagodehut en Stevensonhut op de oudste locatie met op de achtergrond het oude KNMI (het klooster). Foto genomen in noordelijke richting. 4

Meteorologica 1 - 2019

Figuur 2. Opstelling met gereconstrueerde pagode op het KNMI-testveld. Foto genomen in noordelijke richting. In dit artikel vergelijken we temperatuurmetingen (op 2.2 m boven maaiveld) in de Stevensonhut en in de pagode.

3. KNMI schotelhut (26 juni 1993 - heden). Tabel 1 geeft een tijdlijn van de verschillende combinaties en laat daarin ook de positie van de hier gebruikte parallelmetingen zien. 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 200

2010

hut, locatie Pagode, A Stevenson, A/B Stevenson, B Stevenson, C Schotel, C Schotel, D Stevenson/pagode, C

Tabel 1. Overzicht van de combinaties van thermometerhutten en locaties voor de operationele

Tabel 1. Overzicht van de combinaties van thermometerhutten en locatemperatuurwaarnemingen in De Bilt (blauw) en de hier gepresenteerde parallelmetingen (rood) in ties voor de operationele temperatuurwaarnemingen in De Bilt (blauw) de periode 1901-2020. De locaties zijn beschreven in Figuur 3. en de hier gepresenteerde parallelmetingen (rood) in de periode 1901Locatie A was een beschutte locatie vlakbij het toenmalige – en nog bestaande – KNMI 2020. De locaties zijn beschreven in Figuur 3.

gebouw (klooster). De nieuwbouw kwam in 1953 gereed, dus na de verplaatsingen in 1950/51. De foto in Figuur 1 laat zien dat er begroeiing aanwezig was tussen locatie A en Tabel 1 geeft van de verschillende combinaties enplek van het klooster op deeen plektijdlijn van de nieuwbouw. Locatie A bevindt zich ongeveer op de laat daarin ook devan positie van de hier gebruikte parallelmede huidige hoofdingang het KNMI. ligt circa 85 ten westen van locatie A. locatie De overgang van locatie tingen Locatie zien. BLocatie Amwas een beschutte vlakbij hetA naar B viel samen met de overgang van pagode naar Stevenson. De overgang naar locatie B had te toenmalige – en nog bestaande – KNMI gebouw (klooster). maken met de geplande nieuwbouw. Net als locatie A geldt locatie B als een beschutte De nieuwbouw kwam in 1953 gereed, dus na de verplaatsinlocatie. Uiteindelijk is locatie B minder dan een jaar operationeel geweest. De verplaatsing gen De foto in de Figuur 1 laatC zien van in de 1950/51. beschutte locatie B naar open locatie (Figuurdat 4) er wasbegroeiing abrupt. Er zijn geen aanwezig was gevonden tussen locatie en het klooster op de plek parallelmetingen die beide A locaties vergelijken. Mogelijk heeft menvan last-minute dat de nieuwbouw de metingen op locatie te veel zouden en is toenFiguur 3. Plattegrond van het KNMI-terrein in De Bilt in 1960. Locatie deingezien nieuwbouw. Locatie A bevindt zichBongeveer opverstoren de plek besloten tot verplaatsing naar locatie C. A was de operationele locatie t/m 15 september 1950, locatie B van van de huidige hoofdingang van het KNMI. De verplaatsing naar locatie D was het gevolg van de herinrichting van het 16 september 1950 t/m 26 augustus 1951, locatie C van 27 augustus landgoed Locatie B ligt circa 85 m ten westen van locatie A. De Sandwijck direct ten westen van locatie C. Dit zorgde tijdelijk voor toenemende overgang locatie A naar B viel de overgang beschutting van dichtbij de thermometerhut door samen de groei met van struiken en bomen. De1951 – 25 september 2008 en locatie D van 26 september 2008 tot metingen raakten hierdoor verstoord (Brandsma, 2011). Uit vergelijkende metingen isheden. De (inmiddels weer afgebroken) nieuwbouw kwam gereed in van pagode naar Stevenson. De overgang naar locatie B had gebleken dat de overgang van Stevenson naar KNMI-schotelhut niet heeft geleid tot1953. Locatie A bevindt zich op de plaats van de huidige hoofdingang te maken met de geplande nieuwbouw. Net als locatie A geldt inhomogeniteiten in de temperatuur (Brandsma en Van der Meulen, 2008). Dat geldt ook van het KNMI. De huidige vergelijkende metingen vinden plaats circa 60 locatie B als een beschutte locatie. Uiteindelijk is locatie B voor de verplaatsing van locatie C naar locatie D (Brandsma, 2011).

m ten noorden van locatie C (diamant). minder dan een jaar operationeel geweest. De verplaatsing Beschrijving van de parallelmetingen 1947-1950 van de beschutte locatie B naar de open locatie C (Figuur 4) De vergelijkende temperatuurmetingen tussen pagode en Stevenson op het KNMI-terrein was Erplaats zijningeen parallelmetingen dieTabel beide in Deabrupt. Bilt vonden de periode 25 maart 1947 – 31gevonden augustus 1950. 2 verdeelt maaiveld. Zowel de gewone thermometer als de minimum/ locaties vergelijken. Mogelijk heeftA en men ingezien deze periode in drie deelperioden. De locaties B zijnlast-minute ingetekend in de plattegrond van maximum thermometer werd afgelezen, waarbij de laatste Figuur (zoals hierbovende besproken). De opstelling in Figuur dat de 3nieuwbouw metingen op locatie B te2 heeft veelbetrekking zoudenop de betrekking heeft op het voorgaande interval. Hier gebruiken situatie waarbij zowel de pagode als Stevenson zich bevonden op locatie A (periode 1). verstoren en is toen besloten tot verplaatsing naar locatie C. we de aflezingen van de minimum/maximum thermometer om de dagminimum (Tn) en dagmaximum (Tx) temperatuur Periode Locatie op dag t uit te rekenen. Tn en Tx hebben betrekking op het 1. 25 maart 1947–28 februari 1949 Pagode en Stevenson op terrein A 2. 1 maart 1949–31 maart 1950 Pagode op terrein A, Stevenson op terrein B interval tussen 18:40 uur van dag t-1 en 18:40 uur van dag t. * 3. 1 april 1950–31 augustus 1950 Pagode op terrein A, Stevenson op terrein B Bij de metingen in het tijdvak 1 april 1950 – 31 augustus Tabel 2. Detaillering van de in Tabel 1 getoonde parallelmetingen in periode 1947-1950 in drie aparte perioden. De pagode betreft operationele metingenparallelmetingen en de Stevenson de parallel metingen 1950 (periode 3) staat vermeld dat de natte bol geventileerd Tabel 2. Detaillering vansteeds de indeTabel 1 getoonde in peri* ( natte bol thermometer in de Stevensonhut geventileerd). ode 1947-1950 in drie aparte perioden. De pagode betreft steeds de is. Uit tekeningen uit die tijd blijkt dat een ventilator via een operationele metingen en de Stevenson de parallel metingen (*natte bol De parallelmetingen slangetje verbonden was met de natte-bolthermometer. Het in de periode 1947-1950 werden verricht om 7:40, 13:40 en 18:40 UTC demaaiveld. Stevensonhut geventileerd). thermometer op 2.2 m boveninhet Zowel de gewone thermometer als de minimum/maximum kan zijn dat de hut hierdoor iets beter geventileerd is dan de thermometer werd afgelezen, waarbij de laatste betrekking heeft op het voorgaande hut zonder natte-bolventilatie. Parallelmetingen in de periode interval. Hier gebruiken we de aflezingen de minimum/maximum De verplaatsing naar locatie D van was het gevolg vanthermometer de herin-om de 1989-1995 wijzen uit dat de temperatuurverschillen tussen dagminimum (Tn) en dagmaximum (Tx) temperatuur op dag t uit te rekenen. Tn en Tx richting van het landgoed Sandwijck direct ten westen van een geventileerde en niet-geventileerde Stevenson hut verhebben betrekking op het interval tussen 18:40 uur van dag t-1 en 18:40 uur van dag t. locatie BijC.deDit zorgde voor toenemende beschutting metingen in hettijdelijk tijdvak 1 april 1950 – 31 augustus 1950 (periode 3) staat waarloosbaar zijn (Brandsma en Van der Meulen, 2008). De dichtbij dede thermometerhut de groei van struiken en metingen bevinden zich in het KNMI archief en zijn al eerder vermeld dat natte bol geventileerd is.door Uit tekeningen uit die tijd blijkt dat een ventilator via een slangetje verbonden raakten was met dehierdoor natte-bolthermometer. kan zijn dat de hut gedigitaliseerd voor het onderzoek naar de homogeniteit van bomen. De metingen verstoordHet (Brandsma, hierdoor iets beter geventileerd is dan de hut zonder natte-bolventilatie. Parallelmetingen 2011). Uit vergelijkende metingen is gebleken dat de overde temperatuurmetingen in De Bilt (Brandsma, 2011). in de periode 1989-1995 wijzen uit dat de temperatuurverschillen tussen een geventileerde gang van Stevenson naarhutKNMI-schotelhut niet heeft geleid en niet-geventileerde Stevenson verwaarloosbaar zijn (Brandsma en Van der Meulen, tot inhomogeniteiten inzich deintemperatuur Van der voor 2008). De metingen bevinden het KNMI archief(Brandsma en zijn al eerderen gedigitaliseerd het onderzoek naar Dat de homogeniteit de temperatuurmetingen De locatie Bilt (Brandsma, Meulen, 2008). geldt ookvan voor de verplaatsing invan 2011). C naar locatie D (Brandsma, 2011). Beschrijving van de parallelmetingen 2016-2018

Beschrijving van de parallelmetingen 1947-1950 De metingen van de nagebouwde pagode vergelijken we met metingen in een kunststof De vergelijkende temperatuurmetingen tussen Stevenson hut die nog op het KNMI aanwezig was. In de periodepagode 1947-1950en wasStesprake van een houten hut. De eerdergenoemde Brandsma en Vaninderde Meulen venson opStevenson het KNMI-terrein in De studie Bilt van vonden plaats (2008) wijst echter uit dat ook de temperatuurverschillen tussen de houten en kunststof periode 25 maart 1947 – 31 augustus 1950. Tabel 2 verdeelt Stevenson hut verwaarloosbaar zijn. deze periode in drie deelperioden. De locaties en Bvan zijn Figuur 2 geeft een overzicht van de opstelling, 60 m tenAnoorden de oude ingetekend in dein plattegrond van Figuur locatie C (diamantje Figuur 3) op het huidige testveld. 3 Net(zoals als in dehierboven periode 1947-1950 vinden de metingen de pagode eninStevenson op eenbetrekking hoogte van 2.2op m boven besproken). De inopstelling Figuurplaats 2 heeft de het maaiveld. Naast de temperatuurmetingen in de pagode en Stevenson doen we ook situatie waarbij zowel de pagode als Stevenson zich bevonden metingen in een KNMI-schotelhut op 1.5 en 2.2 m boven het maaiveld. Verder is een opanemometer locatie A te(periode 1). zien op 2.2 m boven maaiveld. De huidige vergelijkende temperatuurmetingen De parallelmetingen inmetdede operationeel periode 1947-1950 vinden plaats gebruikte PT-500 werden sensoren. Figuur 4. Locatie C (midden boven). Foto genomen in zuidelijke richting. verricht om 7:40, 13:40 en 18:40 UTC op 2.2 m boven het Meteorologica 1 - 2019

5

0.8 0.6 period 1

0.4 0.2 0.0 -0.2 0.8 0.6

dT (C)

period 2

0.4 0.2

dTn dTx

0.0 -0.2 0.8 0.6 period 3

0.4 0.2 0.0 -0.2 1

2

3

4

5

6

7

8

Month

9

10

11

12

Figuur 5. Maandgemiddelde temperatuurverschillen (pagode – Stevenson) voor Tn, Tx in de periode 1947-1950. Voor de periode zie Tabel 2.

Beschrijving van de parallelmetingen 2016-2018 De metingen van de nagebouwde pagode vergelijken we met metingen in een kunststof Stevenson hut die nog op het KNMI aanwezig was. In de periode 1947-1950 was sprake van een houten Stevenson hut. De eerdergenoemde studie van Brandsma en Van der Meulen (2008) wijst echter uit dat ook de temperatuurverschillen tussen de houten en kunststof Stevenson hut verwaarloosbaar zijn. Figuur 2 geeft een overzicht van de opstelling, 60 m ten noorden van de oude locatie C (diamantje in Figuur 3) op het huidige testveld. Net als in de periode 1947-1950 vinden de metingen in de pagode en Stevenson plaats op een hoogte van 2.2 m boven het maaiveld. Naast de temperatuurmetingen in de pagode en Stevenson doen we ook metingen in een KNMIschotelhut op 1.5 en 2.2 m boven het maaiveld. Verder is een anemometer te zien op 2.2 m boven maaiveld. De huidige vergelijkende temperatuurmetingen vinden plaats met de operationeel gebruikte PT-500 sensoren. Met de huidige parallelmetingen gaan we na of we de temperatuurverschillen tussen de pagode en de Stevenson kunnen reproduceren en of we de weersafhankelijkheid van dTn

1.6

dTx

period 1

0.8 0.4 0.0 -0.4 1.6 0.8

period 2

dT (C)

1.2 0.4 0.0 -0.4 1.6 1.2

period 3

0.8 0.4 0.0 -0.4 2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12

1

Month

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12

Figuur 6. Boxplot van de dagelijkse temperatuur verschillen (pagode – Stevenson) voor Tn, Tx in de periode 1947-1950. De onder- en bovenkant van de box corresponderen met respectievelijk het 25 en 75 percentiel, de whiskers met het 10 en 90 percentiel en de horizontale lijn is de mediaan. Voor de periode zie Tabel 2. Door de verdeling van de dT’s kunnen in incidentele gevallen de whiskers en/of mediaan samenvallen met de onder- of bovenkant van de box. 6

Meteorologica 1 - 2019

Metingen 1947-1950 Voor Tx laat Figuur 5 zien dat de pagode warmer is dan de Stevenson en dat dit vooral optreedt in het zomerhalfjaar. In de wintermaanden kan de Tx van de pagode zelfs iets lager zijn dan die van de Stevenson. Maandgemiddeld loopt dTx op van 0.32 °C (juni) in periode 1 tot 0.42 °C (juli) in periode 2 en 0.71 °C (juni) in periode 3. De dTn is minder uitgesproken dan de dTx. De boxplots in Figuur 6 geven een indruk van de spreiding van de dagelijkse verschillen in Tn en Tx. De dTn fluctueert rond nul terwijl voor dTx de verschillen in het zomerhalfjaar duidelijk positief zijn. De extreme dTx (90 percentiel) varieert van 0.9 °C (juni) in periode 1 tot 1.1 °C (juli) in periode 2 en 1.3 °C (juni) in periode 3. De grootste dTx bedragen 1.2 °C, 1.3 °C en 2.2 °C voor respectievelijk de perioden 1 (20 juni 1947), 2 (15 juli 1949) en 3 (7 juni 1950). Op die dagen was Kader 1 – De KNMI pagodehutten

Gereconstrueerde (links) en oorspronkelijke (rechts) pagode.

1.2

1

de temperatuurverschillen, afhankelijk van zowel type hut als huthoogte, in detail kunnen bestuderen. In dit artikel richten we ons alleen op het vergelijken van de historische en recente temperatuurverschillen tussen pagode en Stevenson in de periode 1947-1950. De vergelijking heeft betrekking op de eerste twee jaar metingen van 1 september 2016 – 31 augustus 2018. De Tn, Tx en de gemiddelde temperatuur Tmean zijn berekend uit de 10-minuut samples en hebben betrekking op het interval 0-0 UTC.

Tot 16 september 1950 werd de temperatuur in De Bilt operationeel gemeten op 2.2 m hoogte, in een pagode. Voor het huidige onderzoek hebben we geprobeerd deze pagode op basis van beschrijvingen in de KNMI jaarboeken en beschikbare foto’s zo nauwkeurig mogelijk na te bouwen. Een bouwtekening van de hut was echter niet beschikbaar, waardoor de reconstructie licht af zou kunnen wijken van het origineel. In het KNMI-jaarboek van 1905 bijvoorbeeld vinden we de volgende beschrijving van de pagode: de genoemde thermometerhut heeft een piramidevormig dak, bestaande uit vier achtereenvolgens met een tusschenruimte van 10 cm gedeeltelijk over elkander grijpende deelen en gedragen door acht in een vierkant van 2.50 m zijde geplaatste palen. Naar beneden is de hut open; op een afstand van 14 cm onder de thermometers, en op gelijke hoogte met den rand van het dak, bevindt zich een horizontaal scherm, uit twee 25 cm breede planken bestaande, met een tusschenruimte van 15 cm, welke voor straling gesloten is door een derde 17 cm lager geplaatste, 38 cm breede plank.

0.4

0.3 dT (C)

Temperature dTn dTx dTmean

0.2

0.1

0.0 1

2

3

4

5

6 7 Month

8

9

10

11

12

Figuur 7. Maandgemiddelde temperatuurverschillen (pagode – Stevenson) voor Tn, Tx en Tmean (berekend met behulp van de 2-jarige periode september 2016 – augustus 2018).

Tx in de pagode respectievelijk 23.3, 24.9 en 32.1 °C. Uit het seizoensverloop van dTx blijkt dat de grootte van dTx toeneemt met de temperatuur. De grootste dTx vallen echter niet per definitie op de warmste dagen. Als de warmte (vooral) het gevolg is van advectie van warme lucht (dus veel ventilatie), dan beperkt dat het verschil in Tx tussen pagode en Stevenson. Als de warmte echter het gevolg is van straling met weinig wind dan vergroot dat het temperatuurverschil. Er zijn dus forse verschillen in dTx tussen drie perioden. Dat periode 2 en 3 grotere verschillen laten zien dan periode 1 heeft mogelijk te maken met de iets andere ligging van locatie B ten opzichte van het hoofdgebouw (klooster). Bij opstelling A staat het klooster direct ten noorden van de hutten. Vooral in het zomerhalfjaar wordt de zuidkant van dat gebouw bij zonnig weer de hele dag opgewarmd en straalt dan uit naar de twee hutten. Op locatie B is dit effect minder groot en zorgt daarmee mogelijk voor een iets koelere Stevensonhut dan de pagode op locatie A. Dat de pagode in periode 3 in de zomer een stuk warmer is dan in periode 2 is moeilijk te verklaren. De kunstmatige ventilatie zou een effect kunnen hebben, maar volgens eerder onderzoek zou dat effect klein moeten zijn (Brandsma en Van der Meulen, 2008). Natuurlijke variabiliteit kan deels een rol spelen. Metingen 2016-2018 Net als voor de metingen in de periode 1947-1950 zien we hier de grootste verschillen tussen pagode en Stevenson in de Tx in het zomerhalfjaar (Figuur 7). In tegenstelling tot de 1947-1950 metingen blijft dTx ook in de wintermaanden positief. Maandgemiddeld varieert dTx tussen 0.13 °C in januari en 0.46 °C in de maand juni. De variatie in dTn is klein, van 0.12 °C in oktober/december tot 0.18 °C in mei/ juni. In dit geval kunnen we ook de gemiddelde dagtemperaturen (Tmean) vergelijken. De dTmean varieert van 0.12 °C in december tot 0.27 °C in mei. De boxplots in Figuur 8 laten voor dTn weinig variatie zien. Voor dTx variëren de maximale verschillen (90 percentiel) tussen 0.3 °C (januari/december) en 0.7 °C (mei). De dTx wordt maximaal 1.0 °C (op 20 september 2016, 29 april 2017 en 12 december 2017, met Tx pagode respectievelijk 20.7, 14.2 en 5.1 °C). Net als bij dTn is voor dTmean de variatie klein vergeleken met die van dTx. Wel is er een duidelijk seizoensverloop met de grootste dTmean in het zomerhalfjaar. Vergelijkbaar met de historische metingen laat het sei-

zoensverloop van dTx zien dat de grootte van dTx toeneemt met de temperatuur. Ook hier geldt dat de grootste dTx niet per definitie op de warmste dagen hoeft te vallen. In tegenstelling tot de vroegere metingen kunnen we hier de verschillen in dagelijkse gang bestuderen (Figuur 9). Deze figuur laat zien dat de verschillen in de ochtend snel oplopen en tussen 10 en 12 UTC maximaal zijn. In namiddag nemen de verschillen langzaam weer af. Opvallend is dat de curves voor het voorjaar en de zomer dicht bij elkaar liggen. Discussie De vergelijking van de temperaturen in de gereconstrueerde pagode en de Stevenson laat ruwweg hetzelfde beeld zien als de metingen in de periode 1947-1950. Vooral Tx in het zomerhalfjaar is hoger in de pagode dan in de Stevenson. Voor Tn zijn de verschillen klein en veel minder duidelijk dan voor Tx. Daarnaast zijn er voor de historische metingen verschillen tussen de drie perioden. Aan de ene kant speelt natuurlijke variatie daarbij een rol, aan de andere kant lijken ook kleine verplaatsingen (de Stevenson van locatie A naar B) van belang te zijn. Voor de historische metingen zijn de extreme verschillen in Tx (90 percentiel) ongeveer twee keer zo groot als de maandgemiddelde verschillen. Voor de huidige metingen is dat iets kleiner. Tegelijkertijd laten de historische metingen voor de maandgemiddelde verschillen in Tn meer variatie zien dan de huidige metingen. Mogelijk speelt de grotere natuurlijke ventilatie op de locatie van de huidige metingen – die in vergelijking tot locaties A/B veel opener is – hierbij een rol. Daarnaast hebben de huidige metingen geen last van de directe invloed van gebouwen. Kramer et al. (1954) vergeleken temperatuurmetingen in een speciaal ontworpen kleine hut (voor micro-meteorologische metingen) met de metingen in de pagode. Zijdelings refereren ze aan parallelmetingen tussen pagode en Stevenson en merken op dat zij geen temperatuurverschillen van betekenis zien. Uit hun verhaal is echter niet duidelijk hoe zij tot dit inzicht komen. Hun conclusie valt niet te rijmen met de hier besproken metingen. De overgang van pagode naar Stevenson in 1950 en de verplaatsing van terrein A/B naar terrein C in 1951 hebben samen geleid tot een inhomogeniteit in de temperatuurreeks van De Bilt. Vooral de breuk in het jaarmaximum van Tx dTn

dTx

dTmean

1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112

1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112

1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112

0.8

0.6

dT (C)

0.5

0.4

0.2

0.0

Month

Figuur 8. Boxplot van de dagelijkse temperatuurverschillen (pagode – Stevenson) voor Tn, Tx en Tmean (berekend met behulp van de 2-jarige periode september 2016 – augustus 2018). Zie verder het bijschrift van Figuur 6. Meteorologica 1 - 2019

7

de mediaan of het gemiddelde. De correctie voor Tn is niet te verklaren uit de parallelmetingen pagode/ Stevenson. Tn is echter zeer gevoelig voor beschutting. Dit effect is echter complex omdat een toename van 0.4 beschutting in de regel zorgt voor (a) een afname van de windsnelheid, (b) een afname van de nachtelijke uitstrawinter ling. Effect (a) zorgt voor een afname spring 0.3 van Tn door de versterkte opbouw summer van de stabiele grenslaag, en effect autumn (b) voor een toename van Tn door een beperking van de uitstraling. Naarmate begroeiing/bebouwing rondom het 0.2 meetpunt hoger wordt gaat effect (b) overheersen. De parallelmetingen in de periode 2003-2005 laten zien dat effect 0.1 (b) overheerst op de locaties A/B. De maandgemiddelde Tn verschillen tus0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 sen de meest beschutte locatie (de Hour (UTC) oude locatie B) en de referentie (locatie Figuur 9. Verschillen in de dagelijkse gang van temperatuur (pagode – Stevenson) in de periode D; vergelijkbaar met locatie C) kunseptember 2016 – augustus 2018 voor de vier seizoenen. nen zelfs oplopen tot 1.2 °C. De orde grootte van deze verschillen is gelijk (Txx) is bekend. Visser (2007) berekende zelfs een sprong aan die van de correctie in Brandsma (2016). van 3.7 °C in Txx. Bij de homogenisatie in 2016 is voor In een vervolgstudie zal verder ingegaan worden op de deze inhomogeniteit op een statistische manier gecorrigeerd, weersafhankelijkheid van de temperatuurverschillen tussen waarbij Eelde als parallelstation gebruikt is (Brandsma, 2016). pagode en Stevenson. Daarnaast willen we een analyse doen De grootste correcties bedroegen 1.9 °C. Dit betreft de 95 van het effect van de verlaging van de meethoogte (van 2.2 m percentiel waarde voor de maand augustus. Daarboven is de naar 1.5 m) rond 1960. In de huidige versie van de homogecorrectie constant gehouden op 1.9 °C. De Txx is dus met nisatie van de vijf hoofdstations zijn de temperatuurcorrecties maximaal 1.9 °C gecorrigeerd, dus een stuk lager dan de door alleen afhankelijk van de temperatuur zelf. Op individuele dagen kan de werkelijke correctie daarom afwijken van de Visser gevonden breuk. Naast de breuk in Tx laat de vergelijtoegepaste correctie. De vervolgstudie kan mogelijk bijdragen king met Eelde in Brandsma (2016) ook een breuk in Tn zien aan het verder verbeteren van de correctie op die individuele waarbij Tn in de zomer in de oude situatie gemiddeld circa 0.8 °C hoger was dan in de nieuwe situatie. Afhankelijk van dagen. naar welke metingen we kijken, kunnen we ongeveer de helft Concluderend kunnen we stellen dat de correctie in de van de correctie in Tx verklaren uit de temperatuurverschillen maximumtemperatuur in De Bilt rond 1950 voor een belangtussen de pagode en de Stevenson. De andere helft moet dus rijk deel het gevolg is van de overgang pagode-Stevenson. De uit de verplaatsing naar het open terrein C komen. correctie in Tn is vooral het gevolg van de verplaatsing van Zoals bekend zijn er bij die verplaatsing geen parallelmelocatie A/B naar C/D. Tezamen met de vergelijkende metintingen verricht. We hebben daarom in de periode 2003-2005, gen in de periode 2003-2005 laten de hier besproken paralop het KNMI-terrein in De Bilt, vijf verschillende locaties lelmetingen zien dat de correcties in de gehomogeniseerde met elkaar vergeleken (Brandsma, 2011). Hoewel de situatie temperatuurreeksen van De Bilt realistisch zijn. Dat is in van rond 1950 niet direct vergelijkbaar is met de situatie in overeenstemming de constatering in Brandsma (2016), dat na de periode 2003-2005 geven de resultaten wel een indruk van homogenisatie alle vijf hoofdstations vergelijkbare langjarige de orde-grootte van de verschillen. De maandgemiddelde Tx trends laten zien in Tn en Tx. verschillen tussen de meest beschutte locatie (de oude locatie B; locatie A is in dit experiment niet meegenomen omdat Literatuur Brandsma, T., Parallel air temperature measurements at the KNMI observatory in De deze zich bevond waar nu de hoofdingang van het huidige Bilt (the Netherlands) May 2003 - June 2005. KNMI publication: WR-2011-01, pp56, KNMI gebouw is) en de referentie (locatie D; vergelijkbaar 2011. met locatie C) liepen op tot 0.5 °C. Samen met het maximale Brandsma, T., Homogenization of daily temperature data of the five principal stations in maandgemiddelde verschil pagode – Stevenson komt dit qua the Netherlands (version 1.0). KNMI Technical Report: TR-356, pp43, 2016. orde grootte overeen met de correcties in Brandsma (2016). Brandsma, T. en J.P. van der Meulen. Thermometer Screen Intercomparison in De Bilt Als we ervan uitgaan dat de maximale correctie ongeveer twee (the Netherlands), Part II: Description and modeling of mean temperature differenkeer de gemiddelde correctie bedraagt, dan is de correctie van ces and extremes. Int. J. Climatology, 28, 389-400, 2008. doi:10.1002/joc.1524. 3.7 °C (Visser, 2007) voor Txx mogelijk niet realistisch. VisKramer, C., J.J. Post en J.P.M. Woudenberg. Nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van ser gebruikte een lineair model voor en na de breuk. De vraag temperatuur- en vochtigheidsbepalingen in buitenlucht met behulp van kwikthermometers, Mededelingen en Verhandelingen 60, KNMI, 1954. is of dat de beste keuze was. Daarbij moeten we er rekening mee houden dat de onzekerheid voor de correcties behorende Visser, H. Kans op extreem warme dagen in Nederland: Een analyse van historische data, modelvoorspellingen en consequenties voor de volksgezondheid. MNP Rapport bij de hoge percentielwaarden een stuk groter is dan die voor dT (C)

0.5

550032010/2007, 2007.

8

Meteorologica 1 - 2019

M E E T I N S T R U M E N TAT I E

Specialist in klimaatmeet instrumentatie

Van Kluit tot Cloud : Bodemvochtigheid en EC HydraProbe

AVO

GroPoint Profile

CaTeC heeft een breed assortiment van sensoren, dataloggers en meetinstrumentatie waaronder sensoren die de volgende bodemparameters kunnen bepalen: Bodemvochtigheid, EC waarden, Bodemtemperatuur en Waterpotentiaal. Toepassingen: • Land- en Tuinbouw • Onderzoek • Monitoring (bijvoorbeeld dijk bewaking) Nieuwe bodemvochtsensoren bij CaTeC: HydraProbe, een bewezen betrouwbare bodemvochtsensor voor steekproeven en permanente metingen. Wereldwijd geroemd om zijn nauwkeurigheid voor elk type bodem dankzij een unieke meettechniek en zijn stevigheid onderstreept met 5 jaar fabrieksgarantie. GroPoint Profile, is één sensor die op verschillende dieptes kan meten zonder dat hier afgraving voor nodig is. Hiermee wordt de bodem minimaal verstoord. Daarnaast wordt er op elke diepte een groot meetvolume gemeten waardoor kleine onregelmatigheden minder invloed hebben op de meting. De AVO : een compleet on-line universele datalogger. Hiermee kunt u via de cloud uw data monitoren, analyseren en veilig opslaan.

Turfschipper 114 | 2292 JB Wateringen | Tel. 0174 272330 | info@catec.nl | www.catec.nl Meteorologica 1 - 2019

9

Winddroogtes en winterkou bedreigen Europese energiezekerheid Karin van der Wiel (KNMI), Laurens Stoop (IMAU, KNMI), Frank Selten (KNMI) Door de energietransitie wordt zowel de energieproductie als het energieverbruik in toenemende mate afhankelijk van de weersomstandigheden. Daardoor wordt de maatschappij op een nieuwe manier gevoelig voor de gevolgen van het weer en eventuele veranderingen daarin. In dit artikel onderzoeken we de meteorologische condities die leiden tot situaties met een hoog potentieel energietekort. Energietransitie Om verdere klimaatverandering te voorkomen moet de mondiale uitstoot van broeikasgassen drastisch verminderd worden. Een noodzakelijke stap om dat doel te bereiken is de transitie van fossiele brandstoffen als bron van energie naar hernieuwbare energiebronnen. Eén van de problemen daarbij is de sterke weersafhankelijkheid van de energieproductie uit wind en zon. Dit maakt de transitie ingewikkeld, want ook in periodes met ongunstig weer moet de levering van elektriciteit gegarandeerd worden. In deze studie onderzoeken wij situaties met een groot ‘potentieel energietekort’ waarin een groot verschil optreedt tussen energievraag en energieproductie uit wind en zon. Wanneer deze situaties bekend en begrepen zijn, kan men daar rekening mee houden in het ontwerp van het toekomstige energienet zodanig dat, wanneer de productie van windenergie op de Noordzee tegenvalt, of wanneer de vraag naar energie uitzonderlijk hoog is, de continue levering van elektriciteit niet in de problemen komt. Technologische oplossingen die waarschijnlijk van groot belang zullen zijn in een toekomstig hoog-hernieuwbaar energiesysteem zijn, onder andere, back-up biomassa of nucleaire energiecentrales (waarvan de energieproductie precies gepland kan worden), verbindingen tussen energienetten over grote gebieden (zodat er energie geïmporteerd kan worden in geval van een lokaal tekort), batterijen (voor opslag in tijden van overproductie), en vraagsturing (dynamische elektriciteitsprijzen, smart grids). In een robuust toekomstig energiesysteem zullen de situaties die wij hier analyseren, hoog potentieel energietekort, niet tot een werkelijk tekort en stroomuitval mogen leiden. Onze analyse is gebaseerd op een groot ensemble-experiment met het mondiale klimaatmodel EC-Earth (v2.3, ~100

km horizontale resolutie; Hazeleger et al., 2012). Dit experiment heeft 2000 jaar gesimuleerd weer opgeleverd voor het huidige klimaat. Wij hebben vervolgens de volledige 2000 jaar aan weergegevens doorgerekend met een energiemodel (Kader 1) en zo een schatting van 2000 × 365 dagen aan energieproductie en energievraag verkregen. Deze grote hoeveelheid gegevens maakt het mogelijk om extreme situaties in detail te bestuderen, aangezien deze extremen werkelijk in de modelgegevens voorkomen. Er hoeven dus geen statistische aannames gemaakt te worden over de kenmerken van de staart van de verdeling, in tegenstelling tot studies die gebaseerd zijn op relatief korte tijdreeksen van waarnemingen. We analyseren een groot West-Europees gebied (15 landen) en nemen aan dat elektriciteit instantaan over het gehele gebied gedeeld kan worden (‘copper-plate assumption’). Variaties op tijdschalen korter dan één dag worden niet meegenomen, in werkelijkheid moeten ook op zeer korte tijdschalen energievraag en -productie in balans zijn. Ondanks deze twee aannames geeft de analyse relevante meteorologische inzichten in situaties van groot potentieel energietekort in een energiesysteem dat sterk afhankelijk is van hernieuwbare energiebronnen.

Jaarlijkse gang van energievariabelen De jaargemiddelde productie van hernieuwbare energie in ons model is 2.7 TWh/dag. Doordat het ‘s winters gemiddeld harder waait dan ‘s zomers, wordt er dan gemiddeld meer energie geproduceerd (zwarte lijn in Figuur 1a), ondanks het gegeven dat de dagen in de zomer langer zijn, waardoor zonne-energie dan rendabeler is dan in de winter. Voor de ontwikkeling van een stabiel energienet met een continue levering van elektriciteit is echter de variabiliteit van energieproductie van groter belang dan de gemiddelde productiewaarden. De standaard afwijking van hernieuwbare energieproductie is 1.1 TWh/dag; deze variabiliteit is groter in de wintermaanden dan in de zomermaanden (groter kleurenvlak in Figuur 1a). De gesimuleerde waarden liggen iets lager dan wat gevonden wordt op basis van de waarnemingen (ERA-interim data; Dee et al., 2011; jaargemiddelde productie: 3.2 TWh/dag, standaard afwijking: 1.3 TWh/dag). Deze onderschatting in het model is redelijk constant geduFiguur 1. 2D histogram van (a) energieproductie, (b) energievraag, (c) potentieel energietekort rende het jaar. Er is geen correctie (TWh/dag). Kleuren geven het aantal dagen met een bepaalde energieproductie, tekort of vraag als op de gesimuleerde meteorologifunctie van de dag in het jaar weer (de gegevens zijn geteld in bins van 3 dagen breed, 0.05 TWh/dag sche variabelen toegepast. hoog), blauwe stipjes zijn de outliers (slechts 1 waarneming per bin), de zwarte lijn geeft de gemiddelde De gemodelleerde energievraag is jaarlijkse gang aan, de witte lijn de gemiddelde jaarlijkse gang uit ERA-interim. De gestreepte lijn in (c) gemiddeld 7.9 TWh/dag, en ligt ‘s geeft de drempel voor 1-in-10 jaar potentieel tekort situaties aan. winters hoger dan ‘s zomers van10

Meteorologica 1 - 2019

energieverbruik neemt hierdoor toe. De beschreven situatie leidt tot een hoog potentieel energietekort. Het is een voorbeeld van een ‘compound event’: de combinatie van meerdere drivers en/ of hazards die samen leiden tot maatschappelijk of natuurlijk risico (Zscheischler et al., 2018). Lage windsnelheden limiteren hernieuwbare energieproductie en tegelijkertijd leiden lage temperaturen tot een hogere energievraag, en samen leidt dit tot een hoog potentieel energietekort. Als we de situatie kwantitatief bekijken: Figuur 2. Typisch weerpatroon ten tijde van een 1-in-10 jaar situatie met hoog potentieel energietekort. 1-in-2.2 jaar lage energieproducLuchtdruk aan het oppervlakte (hPa, rode contouren, interval 2.5 hPa) en in kleuren de anomalie van tie in combinatie met 1-in-0.3 jaar (a) 10 m windsnelheid (m/s), (b) inkomende zonnestraling (W/m2), (c) 2 m temperatuur (°C). hoge energievraag leidt tot 1-in-10 jaar hoog potentieel tekort. wege het hoge energieverbruik van verwarmingsinstallaties Ter verificatie van deze modelresultaten hebben we de (Figuur 1b). Er is weinig variatie in het energiegebruik ‘s berekening herhaald op basis van ERA-interim data en op zomers, vooral doordat de toename van de energievraag voor basis van eenzelfde 2000 jaar ensemble-experiment uitgeairconditioning kleiner is dan die voor verwarming (Kader 1). voerd met het HadGEM2-ES klimaatmodel (Martin et al., EC-Earth is ‘s zomers wat te koud, waardoor de kleine ver2008). Beide datasets geven vergelijkbare resultaten als de hoging van energievraag door airconditioning gemist wordt, hier gepresenteerde gegevens op basis van EC-Earth. maar in de ERA-interim data is dit effect wel te zien. Deze temperatuurafwijking is echter niet van groot belang voor Persistentie van hogedrukgebieden deze studie, want we zullen later zien dat het risico op tekorten voornamelijk in de wintermaanden ligt. De gesimuleerde energievraag ligt hoger dan de gesimuleerde productie, en dit leidt tot een potentieel energietekort (Figuur 1c). Gemiddeld over het ensemble is het potentieel tekort vrij constant gedurende het jaar: 5.1 TWh/dag. Variabiliteit rond dit gemiddelde is hoog, voornamelijk in de winter. We selecteren de 1-in-10 jaar gebeurtenissen op basis van het berekende potentieel energietekort, met een selectiedrempel van 8.0 TWh/dag (gestreepte lijn in Figuur 1c). De 200 geselecteerde dagen vallen allemaal in de maanden november tot maart. Meteorologische condities die leiden tot hoog potentieel energietekort Dagen met een hoog potentieel tekort worden gekenmerkt door een grootschalig hogedrukgebied over Centraal Europa (Figuur 2). Het gebrek aan luchtdrukgradiënten leidt tot lage windsnelheden in geheel Europa (Figuur 2a), en over grote delen van het continent is de windsnelheid lager dan die waarbij windturbines stroom beginnen te leveren. In het Noordzeegebied, waar veel windmolens staan, is de windsnelheid veel lager dan normaal, en het energiepotentieel ligt daar dan ook zo’n 63% onder normaal. De totale productie van windenergie over het gebied is hierdoor minimaal. Inkomende zonnestraling is lager dan normaal in het Middellandse Zeegebied, maar hoger dan normaal over Centraal Europa (Figuur 2b). In Zuid Europa ligt energieproductie van zonnepanelen dus iets onder normaal (3% lager dan normaal energiepotentieel), al is dit in de wintermaanden sowieso al relatief laag vanwege de kortere dagen. De heldere condities over Centraal Europa leiden ‘s nachts tot sterke afkoeling door uitgaande langgolvige straling, en in combinatie met advectie van koude lucht uit het oosten leidt dit tot zeer lage temperaturen nabij het oppervlakte (Figuur 2c). Het Europees

Figuur 3. (a,b) Tijdreeksen van potentieel energie tekort voor geselecteerde (a) 1-daagse situaties, (b) 14-daagse situaties van hoog potentieel energietekort (TWh/dag). Lichtblauwe lijnen geven 200 individuele gebeurtenissen weer; de donkerblauwe lijn is het gemiddelde hiervan, en de grijze arcering geeft de lengte van de situatie aan. (c) Histogram van de maand in het jaar waarin deze situaties voorkomen. Meteorologica 1 - 2019

11

al., 2013). Het zou daarom goed zijn dit onderzoek te herhalen met een model van hogere resolutie, zodat getest kan worden of de onderzochte situaties van persistente hoge druk hierdoor beïnvloed worden. Verder worden de effecten van complexe kustlijnen en orografie op windsnelheden en temperatuur natuurlijk ook beter gesimuleerd in modellen van hogere resolutie.

Figuur 4. Ruimtelijke verdeling van geïnstalleerd vermogen van (a) windturbines, (b) zonnepanelen (GW/gridcel) in een geprojecteerd toekomstig scenario. Let op de niet-lineaire kleurschaal; de waarde in de rechterbovenhoek geeft het totaal geïnstalleerd vermogen weer.

De meteorologische condities zoals beschreven in de vorige sectie (Figuur 2) gelden voor een ééndaags hoog potentieel energietekort. Zulke situaties zouden opgevangen kunnen worden in het energienet door het gebruik van opgeslagen energie (in batterijen, waterstofcentrales, waterkrachtcentrales, Tesla auto’s, etc.) of met een verschuiving van energieverbruik (vraagsturing, dynamische energieprijzen, etc.). Wij hebben een vergelijkbare analyse uitgevoerd voor 7- en 14-daagse periodes van hoog potentieel energietekort. Qua meteorologie zijn deze periodes vergelijkbaar: een groot hogedrukgebied, lage windsnelheden op land en boven de Noordzee en lage temperaturen. Wanneer het hogedrukgebied echter persistent blijkt en dus lang op zijn plek blijft liggen, dan houdt ook het hoog potentieel energietekort meerdere dagen aan (Figuur 3a,b). Het is onwaarschijnlijk dat batterijen of vraagsturing voldoende capaciteit hebben om werkelijke energietekorten in zulk soort persistente situaties te voorkomen. Back-up energiecentrales met lage CO2 uitstoot of hernieuwbare energiebronnen die niet meegenomen zijn in deze analyse zullen dan moeten bijspringen. Alle situaties van hoog potentieel energietekort, onafhankelijk van de totale tijdsduur, vallen in de wintermaanden (november-maart, Figuur 3c). Grofschalige weer- en klimaatmodellen hebben moeite met het realistisch simuleren van persistente hogedrukgebieden. Onderzoek heeft uitgewezen dat nieuw ontwikkelde modellen van hogere resolutie de opbouw, persistentie en afbraak van deze blokkades beter beschrijven (Berckmans et Kader 1 – Energiemodel Het EC-Earth klimaatmodel is gebruikt om 2000 jaar weersimulaties te genereren voor het huidig klimaat. We gebruiken een relatief simpel energiemodel om uit de gemodelleerde meteorologische variabelen dagelijkse hernieuwbare energieproductie uit wind en zon, en de energievraag te bepalen. WIND – 10 m wind snelheden worden met behulp van een powerlaw-profiel geschaald naar wind op hoogte (80 m boven land, 120 m boven zee). Deze geschaalde windsnelheden worden aan de hand van een power-curve (Jerez et al., 2015), en een toekomstige ruimtelijke verdeling van windturbines (Figuur 4a), omgezet naar windenergieproductie in TWh/dag. ZON – Inkomende zonnestraling wordt gebruikt om energieproductie van zonnepanelen te bepalen. De efficiëntie 12

Meteorologica 1 - 2019

Conclusie Onze analyse van de meteorologische gevoeligheid van een hoog-hernieuwbaar energiesysteem laat zien dat de energietransitie leidt tot nieuwe maatschappelijke risico’s aangaande het weer. Het toenemende aantal windturbines en zonnepanelen in Nederland en Europa maakt de productie van energie steeds meer weersafhankelijk. Bovendien wordt door bijvoorbeeld de introductie van warmtepompen ook het verbruik van elektriciteit in toenemende mate afhankelijk van het weer. Ongunstige weersomstandigheden kunnen dus leiden tot ongewenste situaties, met in het slechtste geval stroomuitval tot gevolg. Met het hier gepresenteerde onderzoek hopen wij een steentje bij te dragen aan een succesvolle Europese energietransitie. De resultaten laten zien dat er niet alleen voldoende capaciteit geplaatst moet worden om gemiddeld genoeg energie te kunnen leveren, maar dat het nieuw te bouwen energiesysteem ook moet kunnen leveren ten tijde van winterkou en lage windsnelheden. Alleen dan zal de energietransitie succesvol kunnen zijn. Referenties

Berckmans et al. (2013): Atmospheric blocking in a high resolution climate model: Influences of mean state, orography and eddy forcing. Atmospheric Science Letters, 14, 34-40. Dee et al. (2011): The ERA-Interim reanalysis: configuration and performance of the data assimilation system. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 137, 553597. Jerez et al. (2015): The CLIMIX model: a tool to create and evaluate spatially-resolved scenarios of photovoltaic and wind power development. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 42, 1-15. Hazeleger et al. (2012): EC-Earth V2.2: description and validation of a new seamless earth system prediction model. Climate Dynamics, 39, pp. 2611-2629. Martin et al. (2008): The HadGEM2 family of met office unified model climate configurations. Geoscientific Model Development, 4, 723-757. TamizhMani et al. (2003): Photovoltaic module thermal/wind performance: long-term monitoring and model development for energy rating, in: NCPV and solar program review meeting, volume 2003, NREL. Terasvirta (1994): Specification, estimation, and evaluation of smooth transition autoregressive models. Journal of the American Statistical Association, 89, 208-218. Zscheischler et al. (2018): Future climate risk from compound events. Nature Climate Change, 8, 469-477.

van zonnepanelen gaat omlaag als de temperatuur van de panelen stijgt. De temperatuur van de panelen wordt in het model bepaald door de luchttemperatuur, de windsnelheid en de inkomende straling (TamizhMani et al., 2003). Ook hier wordt een toekomstige ruimtelijke verdeling van zonnepanelen aangenomen (Figuur 4b). VRAAG – We bepalen de energievraag aan de hand van een empirisch model gekalibreerd met historische data van elektriciteitsgebruik (ENTSO-E data, 2006-2015). Het model is een dubbele lineaire regressie met een geleidelijke transitie tussen twee regimes (Terasvirta, 1994). Op deze manier wordt zowel de energievraag voor verwarming (0.1 TWh/dag/°C) als de energievraag voor airconditioning (0.02 TWh/dag/°C), beide afhankelijk van de temperatuur, meegenomen. Er zijn geen aannames gemaakt over mogelijke toekomstige veranderingen van energievraag.

Werken bij het KNMI: the best place to be voor onderzoekers! Het weer is grillig, de bodem beweegt en het klimaat verandert. Voor onze veiligheid en welvaart moeten we weten welke risico’s en kansen dit oplevert. En: hoe we ons het beste kunnen voorbereiden. Die kennis heeft het Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut (KNMI) in huis als het nationale kennis- en datacentrum voor weer, klimaat, oceanografie en seismologie. Betrouwbaar, onafhankelijk en gericht op wat Nederland nodig heeft. Voor een veilig Nederland dat voorbereid is op de invloed van weer, klimaat en aardbevingen.

Voorbereiden, waarschuwen en adviseren

In ons dichtbevolkte land van water, wind en dijken leven we al eeuwenlang met de elementen. Nu de aarde opwarmt, de zeespiegel stijgt en extreem weer vaker voorkomt, groeit de kans dat het weer ons onaangenaam verrast. De weerkamer van het KNMI staat 24/7 paraat om Nederlanders te waarschuwen als er gevaarlijk of extreem weer dreigt. Tijdig, gericht en met oog voor de impact van het verwachte weer.

Uniek onderzoek bij het KNMI

In de R&D vakgroepen van het KNMI wordt gewerkt aan verbetering van het waarneemsysteem en van de modellen. Unieke expertise ligt op het gebied van satellietmetingen van de atmosferische samenstelling. Het KNMI heeft de wetenschappelijke leiding over het TROPOMI satellietinstrument dat in 2017 succesvol is gelanceerd. TROPOMI is de opvolger van OMI, en brengt de mondiale luchtkwaliteit in kaart. Ook wordt gewerkt aan innovatieve metingen met kleine sensoren op de grond. Op het gebied van modellering wordt gewerkt aan het HARMONIE hogeresolutie model.

Werken bij het KNMI?

Voor onze R&D vakgroepen zoeken we regelmatig onderzoekers, zowel OIO’s als post-doc’s, die een bijdrage willen leveren aan ons internationaal hoog gewaardeerde onderzoek. Kijk voor onze actuele vacatures op www.werkenvoornederland.nl/knmi.

Evalueren, onderzoek en wetenschap

Na elke gebeurtenis maken we de balans op. We plaatsen incidenten in een bredere context. We willen ervan leren en nieuwe kennis opdoen. Zodat we risico’s preciezer kunnen bepalen en onze kwaliteit als kennisinstituut kunnen waarborgen. Uniek aan het KNMI is de koppeling tussen operationeel en wetenschap. Praktijkervaringen kunnen meteen wetenschappelijk onderzocht worden. Kennis kan direct ingezet worden ten behoeve van de operationele diensten van het KNMI.

Meteorologica 1 - 2019

13

Twintig jaar klimaatstation Paramaribo Michiel van Weele (KNMI), Paul Fortuin (Rijkswaterstaat), Ankie Piters (KNMI) In maart 1999 werden in Paramaribo de eerste waarnemingen gedaan. Sinds dat jaar worden wekelijks temperatuur, druk, waterdamp en ozon tot 30 km hoogte gemeten met een ozonsonde. Verder is er een meetplatform voor verschillende instrumenten. Het klimaatstation is een Nederlandse bijdrage aan het Global Atmosphere Watch Programme van de WMO. De klimaatreeksen van Paramaribo leveren hieraan een geografisch unieke bijdrage vanwege het gegeven dat de ITCZ twee keer per jaar over het station trekt waardoor lucht uit beide halfronden wordt bemeten. Voor het KNMI zijn de metingen van grote waarde voor de validatie van onder andere TROPOMI en Aeolus, twee satellietmissies die onder wetenschappelijke leiding van het KNMI staan. Korte geschiedenis Klimaatstation Paramaribo is niet zomaar ontstaan. Naast de historisch lange en goede betrekkingen tussen de Meteorologische Dienst van Suriname (MDS) en het KNMI, zijn er een paar interessante ontwikkelingen geweest die uiteindelijk tot de oprichting van het station in 1998 hebben geleid. Mede met de hulp van het KNMI werd er een meteorologisch meetnet en meetprogramma opgesteld. Oud-KNMI’er Kees van Scherpenzeel was van 1969 tot 1975 in Suriname en kon via een ontwikkelingshulp-programma meedenken en -werken aan dit meetnet. Ook heeft hij de oprichting van het MDS gebouw in Paramaribo in 1975 voorbereid, de plaats waar het klimaatstation (Figuur 1) zich sinds 1998 bevindt. In de jaren 1990 werkte hij mee aan een renovatieprogramma van de MDS. Hierover raakte hij regelmatig in gesprek met twee andere KNMI’ers, Radchis Oemraw en Paul Fortuin. Radchis Oemraw is geboren in Suriname en deelde op het KNMI een kamer met klimaatwetenschapper Paul Fortuin, wiens moeder in Paramaribo geboren is omdat haar vader daar destijds enige tijd werkte. Tijdens koffiepauzes (met sigaar, dat kon toen nog) vertelde Radchis Oemraw over de jungle waarin hij was opgegroeid, en als Kees van Scherpenzeel erbij was kwamen ook meteorologische zaken op de MDS ter sprake. Al doende is de gedachte geboren om in Paramaribo een meetstation op te richten. De inspiratie was er, en de noodzaak diende zich snel aan. Paul Crutzen Eerder in de jaren 1980 werd ontdekt hoe het ozongat zich boven de zuidpool vormde en in de jaren 1990 kwam er aandacht voor de dynamische en chemische processen in de ozonlaag wereldwijd. De tropen kwamen hierbij in beeld als een nog zeer onvolledig verkend gebied, en niet alleen wat betreft de ozonlaag. De tropische atmosfeer vult ruwweg de helft van het volume van de mondiale atmosfeer, maar heeft een zeer beperkt aantal meteorologische stations waar

regulier radiosondemetingen worden verricht. De doorbraak voor een meetstation in Paramaribo kwam tijdens een bezoek van Nobelprijswinnaar (in 1995) Paul Crutzen op het KNMI. Daar benoemde hij als gezaghebbend atmosferisch chemicus het belang van atmosferisch onderzoek in de tropen en stipte daarbij de strategische ligging van Paramaribo aan. Door het halfjaarlijks overkomen van de band met sterkste tropische convectie, de Intertropical Convergence Zone (ITCZ), ligt Paramaribo meteorologisch gezien namelijk een deel van het jaar op het noordelijk halfrond (ITCZ ten zuiden van Paramaribo) en een ander deel op het zuidelijk halfrond. Zo kan in Paramaribo lucht van beide halfronden bemeten worden, maar ook van de ITCZ zelf. Projecten en meetcampagnes Na de aanbeveling van Paul Crutzen ging het snel. Er werd een onderzoeksvoorstel genaamd RADCHIS (Research on Atmospheric Dynamics and CHemistry In Suriname) geschreven door Paul Fortuin, vernoemd naar zijn Surinaamse kamergenoot. Dit voorstel werd door NWO in 1998 goedgekeurd. In datzelfde jaar werd een samenwerkingscontract ondertekend door de toenmalig directeur van de MDS, Cor Bekker, en door Hennie Kelder namens het KNMI. In maart 1999 werd het eerste instrument geïnstalleerd, een Brewer spectrometer, die naast totale ozonkolom ook inkomende UV-straling meet. Deze werd in september dat jaar aangevuld met een ozonsonderingsstation, om verticale profielen van ozon, wind, druk, temperatuur en vochtigheid te meten (Figuur 2). Een zeer bekwaam operator team van de MDS, nu onder leiding van directeur Sukarni Sallons-Mitro, heeft sindsdien het meetprogramma en de uitbreidingen daarop op professionele wijze in stand gehouden. Het RADCHIS project (1998-2002) werd in 2004 gevolgd door het Europese project STAR (Support for Tropical Atmospheric Research, 2004-2006), onder leiding van Gé Verver. Tijdens STAR werd de infrastructuur van station

Figuur 1. Het meetplatform bovenop het dak van de MDS. Hierop staan de Brewer en het stralingsstation. Ook de antenne voor ontvangst van het signaal van de radiosonde is hier geplaatst (foto: Arnoud Apituley, KNMI). 14

Meteorologica 1 - 2019

Figuur 2. Het oplaten van een ozonsonde bij de MDS (foto: Arnoud Apituley, KNMI).

Paramaribo uitgebreid en geschikt gemaakt voor het uitvoeren van internationale meetcampagnes. Met complexe spectroscopische instrumenten als een FTIR (zie Tabel 1 voor een beknopte uitleg van de instrumenten) en een MAX-DOAS werd tijdens een meetcampagne gemeten aan de sporegassen in de atmosfeer boven Paramaribo, aangevuld met Ramanlidarmetingen van cirruswolken en waterdamp. De lidarmetingen werden ondersteund door radiosonderingen waaraan een zogenaamde SnowWhite frozen mirror hygroscoop verbonden was voor accurate waterdampmetingen. Tijdens het STAR project werd ook een Summer School georganiseerd, waarin aan Surinaamse studenten inzicht werd gegeven in de metingen. Vanaf het begin is de Anton de Kom Universiteit in Paramaribo nauw betrokken geweest bij het klimaatstation, van de oprichting en ontwikkeling tot en met het uitvoeren van wetenschappelijk onderzoek. In de loop der tijd zijn er aan het klimaatstation meetinstrumenten toegevoegd (en sommige ook weer weggehaald), zoals in Tabel 1 aangegeven. De complete set metingen is aanleiding geweest voor het uitvoeren van studies over atmosferische chemie en compositie (minstens 13), over atmosferische processen en dynamica (15), over het valideren van satellietinstrumenten (18), over instrumentontwikkeling en kalibratie (3), en over klimaatverandering (3). De lijst aan onderwerpen laat zien dat met recht van een klimaatstation kan worden Brewer #159

1999 – heden

Ozonkolom, spectrale UV straling, Umkehr

Ozonsondes

1999 – heden

T, RH, wind en ozon

In-situ ozonmeter

2002 – heden

Ozon op grondniveau

Total Sky imager

2002 – 2008

Bedekkingsgraad

Stralingsstation

2007 – heden

Kort- en langgolvige straling. Directe en diffuse straling

MAX DOAS (Differential Optical Absorption Spectroscopy)

2005 – 2015

Sporegassen (o.a. NO2, SO2, CH2O) en H2O

Solar FTIR (FourierTransform Infrared Spectroscopy)

2005 – heden

Sporegassen (o.a. CH4, CO2 en CO)

Raman Lidar

2004 – 2005

Aerosolen

Snow White frozen mirror hygroscope

2004 – 2005

Waterdamp in de hogere troposfeer en stratosfeer

Tabel 1. De belangrijkste instrumenten, hun meetgeschiedenis in Paramaribo en de set aan waarnemingen. Instrumentbijdragen zijn er (geweest) vanuit Nederland (KNMI), Duitsland (IUP-Univ. Bremen; AWI-Bremerhaven), Verenigde Staten (NOAA) en Japan (Univ. Hokkaido). De meetcampagnes vanuit het project STAR vonden plaats in 2004 en 2005.

Figuur 3. De langjarig gemiddelde seizoensgang van relatieve vochtigheid (boven) en de noord-zuid component van de meridionale wind (onder) in de troposfeer boven Paramaribo.

gesproken. De metingen dragen permanent bij aan internationale meetnetten en meetprogramma’s, zoals die van het NDACC (Network for the Detection of Atmospheric Composition Change), SHADOZ (Southern Hemisphere ADditional OZonesondes, een NASA project), en het WOUDC (World Ozone and UV Data Centre). Ze zijn onderdeel van het Global Atmosphere Watch (GAW) programma van de WMO (World Meteorological Organization). In 2018 is klimaatstation Paramaribo kandidaatstation geworden van het BSRN (Baseline Surface Radiation Network) van het Global Climate Observing System (GCOS). Er zijn tevens voorbereidingen om Paramaribo als GRUAN (GCOS Reference Upper Air Network) station in te richten, gericht op hoge kwaliteit sondemetingen in de bovenlagen van de atmosfeer. De wetenschappelijke studies die rond het klimaatstation zijn uitgevoerd hebben tot verschillende wetenschappelijke resultaten geleid. We bespreken hier kort enkele belangrijke

Figuur 4. Schematische weergave van de meridionale circulatiecellen boven en ten noorden van Paramaribo. Hadleycel (met subcel) is weergegeven met een stippellijn. In lichtblauw het gebied met negatieve potentiele vorticiteit met de subcel in de TTL. De roze pijlen tonen de zonale wind (schuin omlaag is oostwaarts). Groen is land, blauw de Atlantische oceaan. Paramaribo ligt op locatie Y0. Meteorologica 1 - 2019

15

hoogte [km]

een noordwaartse uitstroming rond 12 km hoogte, zoals schematisch is weergegeven in Figuur 4. Wat opvalt in het meridionale windveld is dat er in deze periode sprake lijkt te zijn van meerdere meridionale circulatiecellen die op elkaar gestapeld liggen, zoals met stippellijnen is aangegeven in Figuur 4. Zo is er in de TTL (Tropische Tropopauze Laag) een naar de evenaar gerichte stroming boven de Hadleycel. Binnen de Hadleycel lijkt er van januari tot en met april sprake van twee boven elkaar liggende tegengestelde meridionale stromingen. Fortuin et al. (2003) toonden aan dat de cel boven Figuur 5. Doorlopend meetrecord van de QBO over de perioden 1964-1990 (op basis van Baldwin et de reguliere Hadleycel een gevolg kan al., 2001) en 1999-2019 met enkele onderbrekingen in de periode 2013-2016 op basis van de sonzijn van inertiële instabiliteit in de demetingen van Paramaribo. Getoond wordt de richting van de zonale wind in de stratosfeer (boven tropische atmosfeer. Dit treedt op wan±19 km hoogte). Rood geeft aan westenwind, blauw oostenwind. neer de subtropische jet gedurende de winter van het noordelijk halfrond nieuwe inzichten met betrekking tot de atmosferische circudichterbij de evenaar komt. Door de sterke noord-zuid gradilatie in de tropen waarin de waarnemingen van klimaatstation ënt van de wind in combinatie met de kleine waarde van de Paramaribo een belangrijke rol spelen: (i) circulatiecellen in Coriolisparameter in de tropen kan de potentiële vorticiteit de tropische troposfeer, naast de bekende Hadleycel, en (ii) (som van planetaire en lokale vorticiteit) gemakkelijk negade recente, onverwachte onderbreking in de Quasi-Biennial tief worden in de hogere troposfeer boven en ten noorden Oscillation (QBO). van Paramaribo. De gestapelde meridionale cellen (ook wel “stacked pancakes” genoemd) heffen de instabiliteit op door Circulatiecellen in de tropen westelijk impulsmoment (afkomstig van de zuidwaarts migreDe wereld-omspannende gordel van diepe convectie die de rende subtropische jet) zuidwaarts en oostelijk impulsmoment ITCZ vormt is tevens de bron van twee bekende grootschalige (dominant in de tropische hogere troposfeer) noordwaarts te atmosferische circulatiecellen: transporteren. Bevestiging van de hypotheses is gevonden door Fortuin et • De Hadleycel in de troposfeer, met stijgende lucht in de al. (2007), toen men tijdens de STAR meetcampagne merkte tropen en dalende lucht in de subtropen, te herkennen aan de dat de zuidwaartse aanvoer van hoge cirruswolken boven oostelijke passaatwinden aan het aardoppervlak. Paramaribo gekoppeld is aan de bovenste subcel in de TTL. • De Brewer-Dobson circulatie in de stratosfeer met stijDe uitstroom van vochtige lucht door diepe convectie bij de gende lucht in de tropen en dalende lucht op hogere breedtes. evenaar is rond 12 km hoogte noordwaarts gericht in de Hadleycel, en de vochtige lucht wordt vervolgens met de subcel Figuur 3 toont de gemiddelde jaarlijkse gang in de tropische in de TTL verder omhoog getild waarbij het vocht nog verder atmosfeer van de relatieve vochtigheid (in de bovenste plaat) condenseert en als cirrus zuidwaarts wordt getransporteerd en de meridionale wind (de noord-zuid component, in de richting Paramaribo. onderste plaat). Uit de contouren van de luchtvochtigheid is op te maken dat de tropopause rond 17 km hoogte ligt (< Een onverwachte onderbreking in de Quasi-Biennial 10% relatieve vochtigheid) en dat er sprake is van twee natte Oscillation (QBO) regenseizoenen. De regenseizoenen worden ingeleid als de De QBO is een bijna-tweejaarlijkse oscillatie in de zonameridionale wind direct boven het aardoppervlak van richting le (oost-west) winden die zich in de tropische stratosfeer verandert. Dan is er sprake van convergentie en dus van stijafspeelt. Al sinds haar ontdekking in 1953 handhaaft deze gende luchtbewegingen, oftewel de ◦ C ITCZ komt over. Dit gebeurt tussen 4 april en juni en tussen december en 30 januari, respectievelijk de lange en 25 2 de korte regentijd. Daartussen liggen 20 de lange en de korte droge tijden, met 0 de ITCZ respectievelijk ten noorden 15 (van augustus tot november) en ten −2 zuiden (van februari tot maart) van 10 Paramaribo. 5 −4 Tijdens de korte droge periode is L E E L E L L E L L E L L de Hadleycel boven Suriname duide0 2000 2005 2010 2015 lijk te zien in het meridionale windveld, met een naar de evenaar gerichte Figuur 6. Het temperatuurverschil (het maandgemiddelde minus de langjarig gemiddelde seizoensinstroming van de noordoostpassaat gang) op basis van de sondemetingen in Paramaribo. Episoden met een El Niño (E) of een La Nina in de grenslaag (0-3 km hoogte) en (L) staan aangegeven bij de x-as. 16

Meteorologica 1 - 2019

oscillatie zich onverstoord, gekenmerkt door een langzaam dalend regime van oosten- dan wel westenwinden, vanaf de formatie bij de stratopauze (op ±50 km hoogte) tot aan de uitsterving rond de tropopauze. Figuur 5 laat dit proces zien voor een assemblage van oudere metingen in de tropen (in de bovenste plaat) met de metingen boven Paramaribo station sinds 1999 (in de onderste plaat). De verrassing was enorm toen de QBO in 2016 een ‘hik’ liet zien, beginnend met niet eerder vertoonde snelle stijging van het westenwindregime in 2016 en vervolgens alsnog een verdere daling in 2017. Wat kan hiervan de oorzaak zijn? De verstoring van de QBO heeft in de atmosferische wetenschapswereld al veel aandacht gekregen en er zijn meerdere verklaringen geopperd. De QBO wordt theoretisch verklaard uit de overdracht van impulsmoment van atmosferische golven die in de tropische troposfeer opgewekt worden. Het westelijk- dan wel oostelijk impulsmoment van deze golven zal zich verticaal voortplanten door de stratosfeer totdat het een windveld tegenkomt met dezelfde snelheid en richting als de fasesnelheid van de golf, waarbij het impulsmoment zal worden overdragen aan deze achtergrondstroming. Op die manier kan de ondergrens van bijvoorbeeld een westelijke stroming in de stratosfeer zich steeds verder naar beneden verplaatsen door absorptie van westelijk impulsmoment, terwijl golven met oostelijk impulsmoment zich onverhinderd verder omhoog zullen voortplanten totdat zij een oostelijke stroming tegenkomen en daarbij hun impulsmoment overdragen. Wat zijn mogelijke verklaringen van de recente onderbreking? Opmerkelijk is dat deze zich voordoet tijdens een El Niño van 2015/2016. El Niño is een fenomeen dat zich vooral afspeelt in de oostelijke Stille Oceaan, wanneer het normaliter koude water van de Humboldtstroom vervangen wordt door warmer oppervlaktewater. Ongebruikelijk aan deze El Niño was dat die reeds rond de zomer begon (rond Kerst is normaal). Tijdens een El Niño ontstaat er meer opwaartse luchtstroming boven het opgewarmd gebied en verwacht men meer convectie en zogenaamde Kelvingolven die oostwaarts impulsmoment omhoog transporteren, de stratosfeer in. Deze versterkte opwaartse stroming zou invloed kunnen hebben op de neerwaartse propagatie van de QBO, wellicht genoeg om de plotse opwaartse beweging van de westelijke stroming in de stratosfeer in de hand te werken (Barton en McCormack, 2017). De onderbreking zou dan vooral met de timing van deze El Niño te maken hebben. Een andere theorie is die van een “westelijke brug” in de subtropische stratosfeer. Newman et al. (2016) tonen aan dat via deze brug westelijk impulsmoment, afkomstig van Rossbygolven op hogere breedtegraden, naar de tropen wordt getransporteerd. Het effect is dat op circa 20 km hoogte in de tropen de neerwaartse propagatie van de oostwaartse stroming wordt tegengehouden. Een derde mogelijke verklaring is dat de onderbreking in de QBO een aanwijzing is dat het wereldwijde klimaat verandert. Het is een robuust resultaat van klimaatmodellen dat de mondiale opwarming een versterking van de Brewer-Dobson circulatie veroorzaakt. Dit impliceert een sterkere opwaartse luchtstroming in de tropische stratosfeer die wellicht een opwaartse knik in de neerwaartse propagatie van de QBO kan veroorzaken. De 20-jaar lange meetreeks en de geografisch strategische ligging maken Paramaribo station uitermate geschikt om de samenhang tussen klimaatverandering en de ontwikkelingen met de QBO te bestuderen. Ten slotte laten we in Figuur 6 de temperatuurverschillen zien voor de laatste twintig jaar en als functie van de hoogte,

Figuur 7. De verticale verdeling van ozon boven Paramaribo gemeten op 27 december 2018 door de Microwave Limb Sounder (satelliet, in rood) vergeleken met de ozonsonde op dezelfde dag (in zwart).

en het langjarige maandelijkse gemiddelde. De episodes met een El Niño of een La Niña worden hierin aangegeven. Een duidelijke opwarming van de hele troposfeer is te zien tijdens de El Niño van 2015-2016. In de onderste grenslaag is vanaf 2012 een opwarming te zien, met name als de noordoostpassaat aanwezig is. Dit laatste signaal duidt er op dat het zeeoppervlak ten noorden van Paramaribo recent warmer is geworden. Samenvattend, de sondemetingen in Paramaribo bieden een schat aan informatie voor verdere studies die bijdragen aan de wetenschappelijk kennis van de meteorologische processen in de tropen, de tropische stratosfeer en de eventuele veranderingen daarin vanwege de wereldwijde opwarming van het klimaat. Andere toepassingen Naast de meerwaarde voor fundamenteel onderzoek worden de waarnemingen vrijwel permanent gebruikt voor de validatie van de ozonwaarnemingen door (nieuwe) satellietinstrumenten, met telkens verschillende bewerkingsalgoritmes. Sinds 1999 is er met de ozonwaarnemingen bijgedragen aan de validatie van de totale kolom en profielmetingen van de ozonlaag met de satellietinstrumenten GOME (19952011), SCIAMACHY (2002-2012), OMI en MLS (2004-), de GOME-2 serie (2006-; 2012-; 2018-) en TROPOMI (2017-). Satellietmetingen zijn geen directe metingen; de hoeveelheid ozon wordt afgeleid uit de hoeveelheid licht die door ozon in de atmosfeer wordt geabsorbeerd. Met behulp van een complex rekenalgoritme wordt vervolgens de hoeveelheid ozon op verschillende hoogtes afgeleid. Om de nauwkeurigheid van deze berekeningen te bepalen moeten er voor allerlei verschillende situaties in situ metingen worden gedaan. Paramaribo levert deze metingen met de ozonsondes die tot bijna 35 km hoogte komen. Figuur 7 toont het ozonprofiel zoals afgeleid van de Microwave Limb Sounder (MLS) op 27 december 2018 in de stratosfeer boven Paramaribo. Dit satellietinstrument geeft door de gekozen meettechniek een nauwkeurige waarneming van de hoogteverdeling van ozon boven ±13 km hoogte. De zwarte lijn in Figuur 7 laat het in Paramaribo met de ozonsonde gemeten (hier gladgestreken) profiel zien voor dezelfde dag. De beide lijnen vallen goed samen. Dit is echter niet altijd het geval. Een lange meetreeks is belangrijk om te bestuderen in welke situaties de satellietreeks afwijkt van de sondemetingen. Daaruit volgt informatie om het satellietalgoritme verder te verfijnen. Zeer recent is de ESA Earth Explorer Meteorologica 1 - 2019

17

Aeolus gelanceerd: een experimentele satelliet die met een geavanceerde lidar aan boord verticale windprofielen meet. Er wordt verwacht dat deze metingen met name in de tropen een verbeterend effect kunnen hebben op de weersverwachting. Opnieuw is Paramaribo strategisch gunstig gelegen om met de windmetingen van de radiosondes een bijdrage te leveren aan de validatie van Aeolus. Een andere toepassing is afgeleid vanuit de spectrale UV waarnemingen met de Brewer spectrometer. Door deze spectrale UV-waarnemingen bij hoge zonnestand toe te voegen aan het empirisch algoritme van het KNMI voor de zonkracht in Nederland kon het zonkracht-algoritme verder uitgebreid worden. Dit wordt momenteel ingezet worden voor UV-verwachtingen op basis van de dikte van de ozonlaag wereldwijd (Allaart et al., 2004; www.temis.nl/uvradiation). De komende 20 jaar? De jaarlijkse kosten voor het in stand houden van het station bedragen ongeveer anderhalve ton euro. De helft hiervan gaat op aan materialen, ijkingen en onderhoud. De andere helft is bestemd voor de werkzaamheden van de MDS en het KNMI. Alle instrumenten, infrastructuur en opleiding zijn en worden betaald uit extern gefinancierde projecten. Omdat de Surinaamse overheid en de meteorologisch dienst onvoldoende middelen hebben voor het in stand houden van het waarneemstation lijkt continuering zonder voortdurende Nederlandse steun uitgesloten. Steunbetuigingen voor het voortzetten van het klimaatstation komen van onder meer de International Ozone Commission, het SHADOZ team van NASA en vanuit het GRUAN programma van de WMO. Ook bij individuele wetenschappers die de gegevens van Paramaribo gebruiken

voor eigen onderzoek is de steun groot. De wetenschappelijke meerwaarde en de unieke bijdrage van Paramaribo aan de WMO meetnetwerken staan buiten kijf. Voortzetting van het station met nog een keer 20 jaar is op dit moment ongewis. Het zal vragen om doorzettingskracht van betrokkenen, hernieuwde internationale samenwerking met nieuwe bijdragen van onderzoeksprojecten, en om overtuigingskracht richting geldschieters. Peter van Velthoven en Arnoud Apituley hebben hier recent belangrijk aan bijgedragen. Met de bestaande 20 jaar aan gegevens is er in ieder geval een mooi begin gemaakt voor een langdurige klimaatreeks. Toen Keeling in 1957 begon met CO2-metingen op de flanken van de vulkaan Mauna Loa kon hij niet weten dat de meetreeks een icoon voor de mondiale klimaatverandering zou worden. Als het lukt om de meetreeksen van Paramaribo voort te zetten, zou dat toekomstige generaties een unieke verificatie kunnen geven van (de veranderingen in) de tropische atmosfeer aan het begin van de 21e eeuw. Referenties

Allaart, M.A.F. et al., 2004. An empirical model to predict UV-index based on solar zenith angles and total ozone. Meteorol. Appl., 11, 59-65, doi:10.1017/ S1350482703001130. Barton, C. A. and McCormack, J. P., 2017. Origin of the 2016 QBO disruption and its relationship to extreme El Niño events. Geophys. Res. Lett., 44, 11,150–11,157, doi:10.1002/2017GL075576. Fortuin, J.P.F. et al., 2003. Inertial instability flow in the troposphere over Suriname during the South American Monsoon. Geophys. Res. Lett., 30, 1482, doi:10.1029/2002GL016754. Fortuin, J. P. F. et al., 2007. Origin and transport of tropical cirrus clouds observed over Paramaribo, Suriname (5.8N, 55.2W). J. Geophys. Res., 112, D09107, doi:10.1029/2005JD006420. Newman, P. A. et al., 2016. The anomalous change in the QBO in 2015–2016. Geophys. Res. Lett., 43, 8791–8797, doi:10.1002/2016GL070373.

NVBM voorjaarssymposium

12.30 Ontvangst met koffie en thee Spe 14.00

12.45 Algemene ledenvergadering Sprekers: 14.00 Jan Fokke Meirink (KNMI) Meting en verwachting van zonnestraling met Meteosat

15.00

14.30 Jan Vorrink (TenneT) De invloed van zon PV op het energiesysteem en het landelijke hoogspanningsnet 15.00 Koffie- en Theepauze 15.20 Chiel van Heerwaarden (Wageningen University) Lokale fluctuaties in inkomende straling en de bijbehorende uitdagingen voor netbeheer 15.50 Borrel Locatie: MeteoGroup, Agro-businesspark 99-101, Wageningen Datum en tijd: Vrijdag 5 april 2019, 12.30 h. Leden & studenten gratis, niet-leden 20 euro Aanmelden: www.nvbm.nl of via bestuur@nvbm.nl

18

Meteorologica 1 - 2019

Bachelor of Science

Soil, Water and Atmosphere

Master of Science in

Meteorology and Air Quality

Wageningen University Meteorology and Air Quality www.maq.wur.nl

Contact: Arnold Moene arnold.moene@wur.nl

Information: BSc: www.wur.nl/bbw MSc: www.wur.nl/mee

Meteorologica 1 - 2019

19

Is water nat? Huug van den Dool

Tijdens de “shutdown” in de Verenigde Staten (22 december 2018 – 26 januari 2019), waarover hieronder meer, stelde een scholier op het Open Forum Digest van de American Meteorological Society (AMS) de vraag “Is water nat?” Wat een vraag! Misschien meer een onderwerp voor Henk van Dorp, onze veel te jong overleden columnist. Of voor Henk de Bruin om er een vrolijk lied of limerick over te componeren. Hoe vaak ben ik niet natgeregend tussen mijn 6de en 20ste jaar toen ik verplicht van het onderwijs in Waddinxveen, Gouda en Utrecht mocht genieten. Of water nat is... Nou, er kwamen heel wat reacties van AMS leden, dat wil zeggen, antwoorden van de meest uiteenlopende aard. Ik denk dat het AMS gehoor (inclusief schrijver dezes) er niet zeker van was hoe serieus de studenten waren. Een enkeling dacht dat water ‘per definitie’ nat is, en daarmee was de kous af. Een tweede merkte op dat de vraag niet zo dom was als ‘ie leek. Wel dacht hij dat nattigheid alleen op de vloeibare fase van water kon slaan. Een derde, de linguïst, legde fijntjes uit dat water een woord is voor een bepaalde substantie, terwijl nat een woord is voor iets dat een eigenschap beschrijft. Dus zijn water en nat niet hetzelfde. Er kwam vervolgens een hele serie verwijzingen naar vaste stof fysica en scheikunde waar deze vraag blijkbaar speelt, met moeizaam verworven definities. Nu wordt het dus wel degelijk serieus, en niet alleen een geintje met woorden. Nat is de eigenschap van een vloeistof om zich uit te spreiden en te hechten aan (het oppervlak van) een vaste stof, zoals mijn regenbroek uit 1960. Het is dus niet alleen water dat iets anders nat kan maken, nee, elke vloeistof kan dat doen. De eigenschap ‘nat’ wordt mede bepaald door de vaste stof die al dan niet nat wenst te worden; de vleugels van een vlinder en het blad van de lotus zijn moeilijk nat te maken met H2O. In samenspel met het glas van een barometerbuis kan men water (kwik) nat (droog) noemen vanwege de holle (bolle) meniscus. Terug naar de taal blijkt dat de woorden water en wet (nat) dezelfde oorsprong hebben in het oud-Engels, dat wil zeggen in de taal van de Vikingen en dergelijke volkeren. Na een dag of vijf keerde de rust weer terug bij de bijna 100 jarige AMS. Misschien wat melig, het bovenstaande. Dat komt door de zogenaamde shutdown in de VS waardoor dit soort kringen wat melig worden. Het is al eerder gebeurd, zo’n shutdown (zie mijn column in Meteorologica van december 2013, p.17), maar de overheid was weer eens dicht, iets wat in Nederland nooit voorkomt, vandaar dat het begrip shutdown niet vertaald kan worden. Een shutdown is idioot en ontwrichtend (vooral als het 35 dagen duurt) op velerlei niveaus, maar ik beperk me hier tot ons vak. Mijn Nederlandse vakvriendjes vingen bot bij de bekende NOAA-labs als zij een Reanalysis product, een ENSO-update, een GHCN-analyse en dergelijke wilden inzien. Gesloten wegens een “lapse in funding” stond op de voorpagina van die websites, en verder kom je niet. Ik ben dan wel gepensioneerd maar ook ik kijk nog naar NOAA-websites, niet alleen voor de plaatjes, maar ook de getallen om in real-time duistere berekeningen uit te voeren, als een bejaarde alchemist die niet van ophouden weet. Ik voelde me 35 dagen ernstig gedupeerd. De meeste NOAA-labs hopen dat het aldus veroorzaakte ongemak bijdraagt aan de druk op Trump en/of Congress om de overheid weer te openen; ga alstublieft via BuZa over Trump klagen. Feitelijk hoeven ze hun website niet dicht te gooien. Maar dat doen ze vanwege de interne narigheid (ook dat nog!) 20

Meteorologica 1 - 2019

die veroorzaakt wordt door het scheiden van de bokken van de schapen. In ieder departement zijn de ambtenaren verdeeld in ‘essentieel’ en niet-essentieel. De laatste groep gaat tijdens een shutdown onbetaald bokkig thuis zitten. De essentiëlen moeten als schapen naar het werk vanwege de openbare veiligheid, en de NWS websites zijn dus wél open. Beide groepen zijn ontevreden, onbetaald en jaloers op elkaar. De niet-essentiëlen voelen zich in hun eer aangetast en gooien hun websites dicht zodat ze wél essentieel lijken voor wie informatie zoekt. Blijkbaar is hun werk van geen belang, een klein stapje verwijderd van ontslag. Ook de essentiëlen zijn ontevreden, zij moeten werken zonder salaris, en zijn jaloers omdat de niet-essentiëlen een beetje vakantie mogen gaan zitten houden. Ook mijn gade was thuis, officieel niet-essentieel verklaard. Was het een werkeloze periode in mijn huis? Nee, in het geheel niet. Terwijl ambtenaren slechts een voorgekauwd standaard zinnetje mogen uiten (‘alles gaat prima’) als de media navraag doen over de shutdown, mag de werknemersorganisatie luisterend naar de naam NWSEO wel van leer trekken en zelfs met leden van het Congress praten. Dat is heel wat voor een apolitieke ambtenaar. Mijn huis is een bolwerk van verzet. De vraag die zich voordeed was of het land nadelige gevolgen ondervond van de sluiting van de Weather Service, dat wil zeggen, zijn de weersverwachtingen minder goed als een bepaald percentage van de werknemers thuis zit. De NOAA opperhoofden beweerden dat alles prima ging; maar ja die houden de lijn Trump aan en slapen dus met de duivel. Gelukkig deden zich enkele drop-outs voor, dat wil zeggen, dramatisch lage scores voor de GFS (dat op 24 januari vervangen had moeten worden door de FV3, maar dat is tot 20 maart uitgesteld). Mijn betere helft gaf spoedig interviews namens NWSEO aan CNN, Washington Post en New York Times met een kijkje in de keuken om deze drop-outs te verklaren. Daarin werd gesteld dat problemen die zich onder alle omstandigheden in real-time kunnen voordoen niet worden aangepakt als deskundigen verplicht thuis zitten. Bijvoorbeeld een groep radiosondes volgt plotseling een nieuw protocol en kan niet gebruikt worden in de uitgangstoestand tot de computercode is aangepast. Bewijs maar eens dat dat (niet) de oorzaak is van de GFS drop-out. Het huis stond bol van de opwinding. De NOAA leiding was zeer verbolgen en schreef moeilijk plaatsbare tegenstukken, want de pers was duidelijk aan de NWSEO kant. Die interviews droegen iets bij aan de druk om de overheid weer te openen. Genoemde nieuwsorganisaties speelden dit spel met alle overheidsinstanties waar zij toegang toe konden vinden. Leuk detail: bij de belastingdienst (IRS) verscheen de helft van de essentiëlen met een lulsmoes NIET op het werk omdat ze baantjes bij McDonalds en dergelijke hadden genomen, waar men uiteraard wel betaalt voor werk. Menig Amerikaan zit meteen op zwart zaad na het missen van een enkel salaris. Hierboven had ik het alleen over ambtenaren. Het drama is veel erger voor contractwerkers. Terwijl ambtenaren achteraf betaald worden, ontvangen contractwerkers in deze periode van gedwongen nietsdoen geen cent. Oh, op 15 februari gingen we bijna weer dicht. Trump werd zodanig onpasselijk de begroting te moeten ondertekenen dat hij de noodtoestand heeft afgekondigd. Waar gaat dit land naar toe?

Weerbeelden Haarijs waargenomen in Hoog Soeren op zaterdag 19 januari 2019 Henk de Bruin, Willemijn Hoebert (NOS) Als tv-presentatrice van het NOS-weerbericht heeft de tweede auteur (WH) als taak in eenvoudige bewoordingen de essenties van het actuele weer te communiceren met het grote publiek. Kijkers sturen geregeld foto’s op van bijzondere weerverschijnselen. De rubriek Weerbeelden is een platform om de meest interessante beelden te tonen, en van commentaar te voorzien. De foto in dit nummer is ingezonden door Karlijn van Onzenoort (Apeldoorn) en is genomen op 19 januari 2019 in het bos bij Hoog Soeren (Figuur 1). Het betreft het bijzondere verschijnsel van haarijs, dat eerder werd beschreven in Meteorologica (de Bruin en van den Dool, 2013). De foto van Karlijn toont overduidelijk aan dat haarijs in Nederland voorkomt.

geplaatste ‘haren’ van ijs. Deze haren zijn slechts 0.01 tot 0.05 mm dik. De ijsstructuren zijn soms recht, maar vaak gekruld en kunnen uitgroeien tot een lengte van meer dan 10 cm. Door deze structuur heeft haarijs vaak een zijdeachtige glans (Figuur 2). Haarijs wordt gevormd bij windstil weer in een beperkt temperatuurtraject tussen -4 en -1 °C, op dood vochtig hout, meestal loofhout. Het verschijnsel is waargenomen op dood hout van de berk, de haagbeuk, de hazelaar, de els, de eik, de beuk, de esdoorn, de wilde lijsterbes en de wilde kers. Op naaldbomenhout is haarijs (nog) niet waargenomen. Wegener rapporteerde destijds dat haarijs een duidelijke gelaagdheid toont, wat een indicatie is voor een schoksgewijze aangroei. In sommige gevallen trekt haarijs insecten aan, wat erop wijst dat het voedingsstoffen bevat. Indien haarijs onder de boomschors van dood hout aangroeit, is het in staat het hout weg te drukken.

Figuur 1. Haarijs waargenomen op 19 januari 2019 te Hoog Soeren (foto: Karlijn van Onzenoort).

Historische achtergrond Alfred Wegener was de eerste die in 1918 het verschijnsel beschreef in zijn artikel “Haareis auf morschen Holz” (Haarijs op rottend hout). Hij suggereerde dat haarijs moet samenhangen met paddenstoelen en zwammen. Net als zijn in 1915 gepubliceerde theorie over continentendrift, werd tijdens zijn leven deze zwammentheorie door zijn tijdgenoten verworpen. Waar zijn continententheorie in de jaren zestig van de vorige eeuw werd aanvaard, zijn verklaring voor het verschijnsel haarijs werd pas in 2008 erkend na onderzoek door twee gepensioneerde Zwitserse onderzoekers, Gerhart Wagner en Christian Mätzler. Beschrijving en verklaring Haarijs betreft een gordijnachtige structuur van naast elkaar

Figuur 3. Radiale mergstralen in dood hout (ontleend aan Wagner en Mäztler, 2008).

Wagner en Mätzler onderzochten haarijs in hun garage en met behulp van biologen vonden zij dat zwammen (fungi) via aërobe dissimilatieprocessen dood houtmateriaal kunnen omzetten in organische materiaal, met CO2 en H2O als bijproducten. Een massabalansberekening toonde aan dat het op deze wijze vrijkomende water echter onvoldoende is om de massa van haarijs te verklaren. De belangrijkste bron voor ijs is daarom regenwater dat door het dode hout wordt opgezogen. De totale watersubstantie wordt door de CO2 gasdruk via de radiale houtvaten (Figuur 3) naar het houtoppervlak geperst waar het in de atmosfeer bevriest. Het blijkt dat de zwam Exidiopsis effusa haarijs op veel van de bestudeerde boomsoorten kan laten ontstaan. Aangezien biochemische processen sterk afhankelijk zijn van de temperatuur is het vrij bijzonder dat deze zwam actief is tijdens vorstperioden. Literatuur

Figuur 2. Uitvergroting van een deel van Figuur 1 (foto: Karlijn van Onzenoort).

Wegener, A., 1918: Haareis auf morschen Holz, Die Naturwissenschaften 6/1, 598. Wagner, G. en C . Mätzler, 2008: Haareis auf morschem Laubholz als biophysikalisches Phänomen, IAP Forschungsbericht Nr. 2008-05-MW, Institut für Angewandte Physik, Universität Bern. de Bruin, H. & H. van den Dool, Meteorologica, nr. 3., 2013.

Meteorologica 1 - 2019

21

Promoties Het broeikasklimaat tijdens het Midden tot Laat Eoceen gesimuleerd met het CESM 1.0.5 klimaatmodel Michiel Baatsen (IMAU) Wat gebeurt er met het klimaat op aarde als we de concentratie broeikasgassen in de atmosfeer verdubbelen of zelfs verviervoudigen? Deze vraag houdt klimaatwetenschappers al decennialang bezig en wordt steeds prangender naarmate de menselijke invloed op het klimaat toeneemt. Het gevolg is dat de stralingsbalans wordt verstoord en het klimaatsysteem geforceerd om zich aan te passen. Een voor de hand liggende manier om te trachten hierop een antwoord te vinden is door gebruik van computermodellen, waarin vervolgens gekeken wordt naar veranderingen in het gesimuleerde klimaat onder aangepaste randvoorwaarden. Achtergrond Een belangrijke beperking bij het gebruik van klimaatmodellen is het gebrek aan referenties wanneer deze ver buiten hun betrouwbare bereik opereren waarvoor ze goed gekalibreerd zijn. Gelukkig heeft de aarde in het verleden zelf al een groot aantal experimenten uitgevoerd, waarin het klimaat zowel kouder als warmer is geweest dan dat van vandaag. Om een goed precedent te vinden voor een mogelijk dramatisch toekomstscenario (bij het uitblijven van ingrijpende maatregelen), moet er ver in de tijd worden teruggekeken naar een tijd waarin het zo warm was dat er geen continentale ijskappen aanwezig waren. De Antarctische IJskap bestaat waarschijnlijk sinds de Eoceen-Oligoceen transitie (EOT, ongeveer 34 miljoen jaar geleden), die voorafgegaan werd door het bijzon-

Figuur 1. Schatting van het verloop van de diepzee temperatuur gedurende het Cenozoicum (de afgelopen 65 miljoen jaar, [1]), afgeleid uit de analyse van zuurstofisotopen (zwart, lopend gemiddelde in rood of blauw) in sediment op de oceaanbodem. Deze isotopen zijn niet enkel een maat voor de temperatuur maar ook het volume landijs op aarde, dat sinds de EOT aanzienlijk is. Tijdens het grootste gedeelte van het Cenozoicum is het klimaat op aarde koeler geworden. Sinds het Oligoceen ligt er een continentale ijskap op Antarctica en pas na het Plioceen vonden de ijstijden plaats met daarbij grootschalige ijsgroei op het Noordelijke Halfrond. Verschillende perioden van bijzondere warmte zijn aangeduid, waarvan het PETM (Paleocene Eocene Thermal Maximum), EECO (Early Eocene Climatic Optimum) en MECO (Middle Eocene Climatic Optimum) de meest uitgesprokene zijn. Het Priabonian Oxygen Isotope Minimum (PrOM) is een koeler intermezzo en de EOT is een overgang naar een langdurig koudere periode. Het Midden tot Laat Eoceen is aangeduid met een onderbroken blauwe kader en uitvergroot rechts onderin. 22

Meteorologica 1 - 2019

der warme Eoceen (Figuur 1). Het klimaat was aan het begin van deze periode niet alleen ongekend warm (zo’n 15 graden warmer dan nu), maar werd in vergelijking met dat van nu ook gekenmerkt door sterk verminderde contrasten tussen gebieden op lage en hoge breedtes. In zo’n gelijkmatig klimaat heersten vrijwel tropische condities in gebieden op gematigde of zelfs hoge breedtegraden, die lastig te reconstrueren blijken met beschikbare klimaatmodellen. Onderzoeksvragen In dit artikel wordt vooral gekeken naar het Midden tot Laat Eoceen, ongeveer 42 tot 34 miljoen jaar geleden (Figuur 1). Het klimaat kende toen in grote lijnen een gestage afkoeling ten opzichte van het vroege Eoceen wat vermoedelijk uiteindelijk resulteerde in de vorming van een ijskap op Antarctica ten tijde van de EOT. Het beter begrijpen van deze periode is cruciaal, omdat dit een beeld kan geven van de variabiliteit die heerste binnen een warm broeikasklimaat maar ook hoe de overgang naar koudere condities plaatsvond. Deze studie van het klimaat tijdens het Midden tot Laat Eoceen wordt zodoende opgebouwd uit drie delen: 1. Een reconstructie van de klimatologische condities die destijds heersten met gebruik van een klimaatmodel en een compilatie van de nieuwste prehistorische (proxy) gegevens; 2. Gevoeligheidsstudies van hoe dit gesimuleerde klimaat reageert op veranderingen in broeikasgasconcentraties en op verschuivingen in de globale geografie, die zich voordeden in de periode 38-30 miljoen jaar geleden; 3. Het achterhalen van de aanpassingen die nodig zijn in zo’n warm en gelijkmatig klimaat voordat een grootschalige ijsgroei op het Antarctische continent mogelijk is, zoals verondersteld wordt te hebben plaatsgevonden tijdens de EOT. Geografische reconstructie Om te beginnen is er een reconstructie nodig van de globale geografie tijdens het Midden tot Laat Eoceen (Figuur 2, [2]). Daarnaast hebben de plaat-tektonische modellen die aan de basis liggen van zulke reconstructies de nodige onzekerheden, die in acht genomen moeten worden. Met name de absolute referentie, die de gezamenlijke beweging van de continenten vastlegt ten opzichte van de rotatie-as van de aarde en plaatsvindt bovenop de relatieve verschuivingen die ze onderling ondervinden, is moeilijk te bepalen. Om die redenen wordt er een nieuwe reeks geografische reconstructies gemaakt,

om een beter beeld te krijgen van de mogelijke klimaatverandering tijdens het Laat Eoceen als gevolg van deze verschuivingen. De reconstructies dienen als basis voor meerdere simulaties [3], waarbij het Community Earth System Model (CESM) wordt gebruikt alsook de individuele oceaancomponent (Parallel Ocean program; POP).

Figuur 2. Geografische reconstructie van de aarde 38 miljoen jaar geleden, representatief voor het Midden tot Laat Eoceen [2]. De ligging van de meeste continenten is herkenbaar, met als voornaamste verschil dat Zuid-Amerika en Australië dichter bij Antarctica liggen dan nu en de Zuidelijke Oceaan doormidden delen. Verder zijn er geen ijskappen op Antarctica of Groenland en zijn enkele bergruggen (bijvoorbeeld De Andes en Himalaya) een stuk minder hoog. De botsing tussen India en Azië is tijdens het Eoceen in volle gang, waardoor de Middellandse Zee en Indische Oceaan worden gevormd. Hierdoor is ook het Tibetaans Plateau nog veel minder uitgesproken dan vandaag en bestaat een gedeelte van Centraal-Azië uit een ondiepe zee. Tot slot is de Arctische Oceaan grotendeels afgesneden van de rest van de grote watermassa’s, op enkele ondiepe passages na.

gebruikmakend van twee mogelijke tektonische referentiekaders en voor een variërende tijdsspanne (38 en 30 miljoen jaar geleden; Ma). Het laatste dient om de verschillende mogelijke geografische configuraties rondom de EOT te testen en ook

Modelsimulaties Naast geografische reconstructies (38Ma en 30Ma) worden in de gekoppelde versie van CESM verschillende atmosferische composities gebruikt, genaamd 1×, 2× en 4×PIC (Pre-Industrial Carbon). Hierbij wordt uitgegaan van het referentieklimaat van 1850, met respectievelijk 288 ppm CO2 en 671 ppb CH4. Dit zijn de voornaamste broeikasgassen, waarvan de concentraties vervolgens worden verdubbeld of verviervoudigd. Naast de 1850-referentie worden verschillende simulaties (3 met POP, 5 met CESM) uitgevoerd voor het Eoceen, met een aangepaste vegetatie en zonder ijskappen. Het klimaat tijdens het Midden tot Laat Eoceen Met de nieuwe geografische reconstructies kan het Midden tot Laat Eoceen klimaat succesvol worden gesimuleerd (Figuur 3). Intense tropische warmte, maar ook regionale contrasten stemmen goed overeen met beschikbare klimatologische indicatoren [3]. Sommige eerdere simulaties deden dat ook [4,5], maar met hogere concentraties broeikasgassen of een te groot temperatuurverschil tussen de tropen en polen. De verbetering is met name te danken aan verhoogde modelresolutie en een adequatere reconstructie van de geografie. Op hoge breedtegraden heersen zelfs onder beperkte atmosferische forcering (2× PIC) voornamelijk milde en ijsvrije condities,

Figuur 3. Vergelijking van resultaten uit de hier gepresenteerde CESM simulaties voor het Midden tot Laat Eoceen met eerder gepubliceerde modelstudies (geel: CESM [4] en rood: GFDL [5]) en verschillende beschikbare indicaties voor zeewatertemperaturen. De gekleurde horizontale lijnen en banden geven respectievelijk het gemiddelde en de spreiding weer voor verschillende configuraties. Bovenaan wordt de gemiddelde temperatuur van het oppervlaktewater in de tropen getoond, onderaan die van de mondiale diepzee. De iconen (met eventuele trendlijnen) geven hetzelfde weer voor de proxy gegevens, zoals afgeleid uit verschillende bronnen [1,3,6]. Meteorologica 1 - 2019

23

Figuur 4. Verticale doorsnede van de oceaancirculatie (boven) en meridionale (positief van zuid naar noord) warmtetransporten in de verschillende modelsimulaties voor het Midden tot Laat Eoceen en het klimaat van 1850 (pre-industrial) ter referentie. Alle weergegeven waarden zijn over de lengtegraden (zonaal) geĂŻntegreerd, de fluxen onderin ook over de diepte van respectievelijk de atmosfeer en oceaan. Gegeven is de meridionale stroomfunctie in de oceaan (a-b); een positieve waarde wil zeggen dat water nabij het oppervlak noordwaarts stroomt, zinkt en langs de bodem weer zuidwaarts gaat langs de lijnen van de stroomfunctie (4xPIC, kleuren; 2xPIC, doorgetrokken contouren; 1xPIC, gestippelde contouren). De warmtefluxen (c-d) zijn vergelijkbaar en vooral iets sterker naar het Noordelijk halfrond tijdens het Eoceen. Er zijn veelal subtiele verschillen tussen de simulaties, gerelateerd aan de temperatuurgradiĂŤnt en het circulatiepatroon.

kenmerkend voor een gelijkmatiger klimaat dan dat van nu. Een belangrijk aspect hiervan is dat de relatieve warmte op hogere breedte niet in stand wordt gehouden door versterkte transporten, maar met name door veranderingen in de lokale stralingsbalans (Figuur 4). Voorheen werd vaak aangenomen dat een gelijkmatig klimaat het gevolg moet zijn van sterke warmtefluxen tussen lage en hoge breedtes [3], maar dat is fysisch gezien onlogisch omdat een lage gradiĂŤnt in de temperatuur juist een klein transport impliceert. Met name de afwezigheid van ijs, een weelderige vegetatie en de aangepaste geografie zorgen ervoor dat de poolgebieden in het Eoceen minder warmte verliezen en derhalve veel warmer blijven dan in het huidige klimaat. Meerdere stabiele evenwichten In de verschillende modelconfiguraties worden consistent meerdere mogelijke toestanden gevonden voor de oceaancirculatie (Figuur 4; [3,7]). Dit wil zeggen dat het klimaatsysteem met een bepaalde vaste forcering verschillende realisaties kan hebben. Een overgang tussen zulke toestanden in het systeem kan een versterkte respons teweegbrengen op externe veranderingen. Zo kan een omschakeling van het regime waar oppervlaktewater naar de diepzee zinkt en waar het vervolgens weer bovenkomt, de patronen van warmte op aarde herverdelen. De respons is dan vooral regionaal; het ene gebied wordt warmer ten koste van een andere, maar met het oog op bijvoorbeeld de vorming van een Antarctische IJskap kan dit cruciaal zijn. Dit zijn de eerste simulaties met complexe klimaatmodellen 24

Meteorologica 1 - 2019

waarbij meerdere stabiele evenwichten worden gevonden voor het Midden tot Laat Eoceen. Niet alleen de oceaancomponent, maar ook de volledig gekoppelde versie van het model toont dit gedrag en ook dat is uniek voor het gesimuleerde klimaat van welke periode dan ook. Gevoeligheid van warme versus koude klimaten De temperaturen in het gesimuleerde klimaat bij verschillende mogelijke atmosferische samenstellingen omvatten de verwachte variabiliteit binnen het Midden tot Laat Eoceen

Figuur 5. Zonaal gemiddelde temperatuur van het zeeoppervlak, zoals berekend door CESM voor 5 verschillende Eoceen configuraties en een 1850 referentie. De gekleurde band geeft de variatie weer binnen elke breedtegraad, voor 38Ma 4x PIC (geel) en 30Ma 2x PIC (grijs).

(Figuur 3). Een verdubbeling van CO2 en CH4 ten opzichte van de referentie (2× PIC) bovenop de aangepaste randvoorwaarden resulteert in een situatie representatief voor een groot gedeelte van de beoogde periode. Een volgende verdubbeling (4× PIC) is nodig om een klimaat te simuleren met vergelijkbare warmte zoals gezien tijdens het MECO (Figuur 1). Verschillende koelere perioden in het Laat Eoceen worden het beste benaderd met een atmosferische compositie zoals die in 1850 (1× PIC). Dat is opvallend, want het betekent dat onder gelijke concentraties broeikasgassen een totaal ander klimaat kan heersen. Enerzijds is dit het effect van verschillende randvoorwaarden, maar ook het gevolg van een sterke zogenaamde hysterese in het systeem. Zowel de warme als koude toestand van het klimaat hebben een behoorlijke buffer, waardoor ze flink moeten worden afgekoeld, dan wel opgewarmd om naar de andere over te schakelen. Dit ondersteunt het idee dat het huidige klimaat zich maar beperkt zal kunnen herstellen na een flinke opwarming als gevolg van menselijke activiteiten. Net als nu is er in het Eoceen een algemene respons van ongeveer 3 °C opwarming na een verdubbeling van PIC (of CO2) in de atmosfeer. Een versterkte gevoeligheid van de poolgebieden lijkt universeel, maar wordt veroorzaakt door verschillende processen naargelang de klimatologische achtergrond verandert (Figuur 5). In een kouder klimaat warmen de hoge breedtes vooral sterk op door het smelten van sneeuw en ijs en dus een verlaging van het albedo. Het warmere klimaat daarentegen kent een sterkere opwarming richting de polen als gevolg van met name veranderingen in vegetatie, vocht in de atmosfeer en de bedekkingsgraad van wolken. Het lijkt dus een universele eigenschap dat een warmer klimaat ook gelijkmatiger wordt, aangezien het temperatuurcontrast tussen tropen en polen dan kleiner is. Ondanks hun beperkte globale invloed, kunnen geografische verschuivingen een grote lokale impact hebben. Net als bij de verschillende toestanden van de oceaan (Figuur 4) zorgt een aanpassing van de circulatie in de eerste plaats voor een herverdeling van de warmte. Zoals eerder getoond kunnen geografische verschuivingen een transitie tussen mogelijke toestanden in het klimaat teweegbrengen met regionaal grote veranderingen tot gevolg. Warmte op Antarctica, maar ook ijs Dankzij de voldoende hoge modelresolutie en een verbeterde geografische reconstructie onthullen de nieuwe simulaties fascinerende eigenschappen die horen bij een ijsvrij Antarctisch klimaat (Figuur 6). Boven de huidige Antarctische IJskap is het gedurende het hele jaar bitter koud en erg droog. Dat is heel anders voor het Eoceen, met een veel warmer en natter Antarctica. Een forse opwarming tijdens de zomermaanden doet de conventionele (zuidwaarts negatieve) temperatuurgradiënten omkeren, samen met de daaraan gelinkte straalstroom. Het Antarctische continent is dus warmer dan haar omgeving en de straalstroom rondom de Zuidpool wordt anticyclonaal. Extra warmte en vocht kunnen bijna ongehinderd het continent opstromen en zo een subtropische zomermoesson laten ontstaan. Vooral nabij de kust heerst een mild klimaat met veel neerslag en zachte temperaturen, terwijl landinwaarts het contrast tussen de seizoenen groter is. De vermoedelijke aanwezigheid van lokale ijskappen tijdens het Eoceen kan eveneens verklaard worden door de nabij de kust gelegen hooglanden. Daar vallen grote hoeveelheden neerslag (jaarlijks 2000-4000 mm) terwijl de temperaturen door de hoogte (1500-2000 m) relatief laag zijn. In een afkoelend klimaat zien we dat het op Antarctica kouder wordt, maar ook droger. In tegenstelling

Figuur 6. Gemiddelde klimatologie op het Antarctische continent in de verschillende simulaties, met maandelijkse waarden voor temperatuur (lijnen) en neerslag (balken).

tot de algemene versterkte impact van klimaatverandering op hoge breedtes, is deze op Antarctica juist beperkt. Het conventionele idee dat de Antarctische IJskap spontaan is gevormd tijdens een geleidelijke mondiale afkoeling voorafgaand aan de EOT lijkt daarmee onwaarschijnlijk. Conclusies Het warme en gelijkmatige klimaat zoals gesimuleerd voor het Midden tot Laat Eoceen verschilt sterk met dat van vandaag. Zelfs onder gelijkwaardige atmosferische condities is het op aarde merkbaar warmer vanwege de veranderde geografie en aangepaste landbedekking (voornamelijk vegetatie en ijs). De gevoeligheid van het warme klimaat dat tijdens het Eoceen heerste is vergelijkbaar met het huidige, maar de drijvende processen erachter zijn anders. Verder bestaan er vaak verschillende mogelijke toestanden van het systeem, waardoor dit een onverwachte en versterkte respons kan vertonen op een externe forcering. Opvallend op Antarctica zijn de (sterk seizoensgebonden) zeer milde en natte omstandigheden, die bijzonder hardnekkig blijken onder externe veranderingen. Dit betwist het gebruikelijke beeld van een geleidelijke afkoeling die leidt tot Antarctische glaciatie bij de EOT. Net als bij de oceaancirculatie lijkt het hier te gaan om een overschakeling van het ene evenwicht naar het andere. Daarmee zou de Antarctische IJskap wel eens een stuk kwetsbaarder kunnen zijn dan wordt aangenomen, aangezien een klimaat met een nagenoeg ijsvrij Antarctica mogelijk lijkt, onder vrijwel identieke atmosferische condities. Dit artikel is een verkorte weergave van het proefschrift “The Middle to Late Eocene Greenhouse Climate” dat Michiel Baatsen op 13 februari 2019 aan de Universiteit Utrecht verdedigde (volledig proefschrift: dspace.library.uu.nl/handle/1874/374921). Referenties

[1] Cramer et al. (2009), Ocean overturning since the late Cretaceous: Inferences from a new benthic foraminferal isotope compilation, Paleoceanography, 24/4, pp 1-14. [2] Baatsen et al. (2016), Reconstructing geographical boundary conditions for palaeoclimate modelling during the cenozoic, Climate of the Past, 12/8, pp 1635-1644. [3] Baatsen et al. (2018), Equilibrium state and sensitivity of the simulated Middle-tolate Eocene climate, Climate of the Past Discussions, April, pp 1-49. [4] Goldner et al. (2014), Antarctic glaciation caused ocean circulation changes at the Eocene-Oligocene transition, Nature, 511/7511, pp 574-577. [5] Hutchinson et al. (2018), Climate sensitivity and meridional overturning circulation in the late Eocene using GFDL CM2.1, Climate of the Past, 14, pp 789-810. [6] Cramwinckel et al. (2018), Synchronous tropical end polar temperature evolution in the Eocene, Nature, 559/7714, pp 382-386. [7] Baatsen et al. (2018), Multiple equilibria in the late Eocene ocean circulation, Global and Planetary Change, 163/January, pp 18-28.

Meteorologica 1 - 2019

25

WEERMUZIEK De lente Harry Geurts (KNMI, voormalig persvoorlichter) “Een nieuwe lente en een nieuw geluid: ik wil dat dit lied klinkt als het gefluit.…… Als ’n jonge vogel fluitend, onbewust.” Uit: de Mei van Herman Gorter. Muziek leent zich bij uitstek om het geluid van fluitende vogels te verklanken. De Finse componist Einojuhani Rautavaara (1928-2016) schreef zelfs een speciaal concert voor vogels en orkest Cantus Arcticus waarin vogelgezang uit het gebied rond de poolcirkel is te horen. Je waant je echt in het voorjaar al schreef hij het niet speciaal daarvoor. Moerasvogels, leeuweriken en wegvliegende zwanen klinken uit de luidspreker. De hedendaagse componist Kalevi Aho, die compositie studeerde bij Rautavaara, vond de natuurgeluiden uitstekend passen bij de muziek en beschouwde de vogels van Rautavaara als een waardig opvolger van de Zwaan van Tuonela, een symfonisch gedicht uit 1896 van de beroemde Finse componist Jean Sibelius (1865-1957). De zingende zwaan wordt vertolkt door een solo van de althoboïst. De Finse lente duurt

Figuur 1. Partituur van Rautavaara – the birds.

maar kort, in maart is het nog volop winter met veel sneeuw. Illustratief is “de diamant in de maartsneeuw”: een somber lied over de zon die een diamant laat schitteren in de sneeuw. Sibelius maakte begin vorige eeuw een moeilijke tijd door vanwege de Russische overheersing, waaraan Finland zich probeerde te ontworstelen. Dat heeft zijn weerslag gehad op de muziek. Zo schreef Sibelius een orkestwerk over het verdriet van de lente, Vårsång genaamd. De klank van zingende vogels is ook te horen in zijn symfonisch gedicht “Nachtelijke rit en Zonsopkomst”. Dat gaat over een eenzame nachtelijke sledetocht door de uitgestrekte Finse bossen bij Helsinki. De zonsopkomst wordt aangekondigd door strijkers en pauken, waarbij fluiten, hobo’s en klarinetten het gezang van vogels vertolken. Sibelius voelde zich geen romanticus zoals Joachim Raff, een Zwitsers-Duits componist uit de achttiende eeuw. De minder bekende Raff schreef een aantal werken over de natuur en de seizoenen, waaronder een serie symfonieën waarvan er vier genoemd zijn naar de jaargetijden. Zijn achtste symfonie Frühlingsklänge wijdde hij aan het heerlijke lentegevoel met 26

Meteorologica 1 - 2019

de langere dagen, de bloemenweelde op een warme voorjaarsdag en in het laatste deel het verlangen om erop uit te trekken. De vier jaargetijden van Raff zijn minder bekend dan die van Vivaldi en Haydn, maar zeker geen niemendalletjes. Raff schreef meer werken met de natuur en de seizoenen als thema, waaronder een Bos- en Alpensymfonie (Im Walde en In den Alpen), een koorwerk gewijd aan de Tageszeiten, de dagelijkse gang van zonsopkomst tot nachtelijke duisternis en een ode aan de lente voor piano en orkest, een onbekende delicatesse voor de muziekliefhebber. Lenteweer inspireerde Schumann Ook Robert Schumann schreef een ode aan de lente. Hij componeerde begin 1841 zijn lentesymfonie uit een zoals hij opmerkte “intens verlangen naar het voorjaar” (bron: The Complete Book of Classical Music, David Ewen, Prentic Hall, 1977). De voorgaande winter was in Duitsland bijzonder streng geweest. Volgens weerhistoricus Jan Buisman dreven er “massa’s ijs over de rivieren”. In maart 1841 sloeg het weer radicaal om en werd het zeldzaam mooi lenteweer, waarna het in april en mei zelfs al ronduit zomers was. Het mooie lenteweer was, zoals Schumann zelf opmerkte, een belangrijke bron van inspiratie voor hem. Hij voelde zich ook gelukkig door zijn huwelijk met Clara Wieck. Die gelukkige levensfase in de muziekstad Leipzig leverde schitterende muziek op, waaronder een serie liefdesliederen. Ook Clara, dit jaar is haar 200e geboortejaar, schreef een liefdeslied over de lente “Es fiel ein Reif in der Frühlingsnacht”. Maar het meest succesvolle en vrolijkste lentestuk uit die tijd is toch de Frühlingssymfonie van Robert Schumann zelf. Helaas duurde de lente in het leven van de Schumanns niet lang en werd hij steeds depressiever. Na een mislukte poging een einde te maken aan zijn leven door in de Rijn te springen werd hij opgenomen in een inrichting voor geesteszieken, waar hij in 1856 stierf. Ook Ludwig van Beethoven en Johannes Brahms hebben muziek geschreven over de lente: Beethovens opgewekte voorjaarssonate voor viool en piano, en Brahms liederen over het seizoen. Maar de lentetopper onder de liederen is toch Frühling van Richard Strauss. Dat lied maakt deel uit van de Vier Letzte Lieder, waarmee Strauss afscheid nam van een moeilijk leven. De liederencyclus geschreven in 1948 gaat over de dood. De liederen voor sopraan en groot orkest vertolken de verschillende fasen van het leven en stralen een

Figuur 2. Finland (foto: H. Geurts).

enorme rust uit. Het eerste lied op een tekst van Herman Hesse is genoemd “de lente” en zit nog vol optimisme en onbezonnenheid. In schemerige krochten droomde ik lang van jouw bomen en blauwe luchten, van je geur en vogelzang. (Vertaling Karel D'huyvetters) Daarna volgt het deel September waarin de dichter afscheid neemt van de zomer. Het derde lied Beim Schlafengehen beschrijft het verlangen naar de nacht waarna in Im Abenrot een ouder echtpaar getuige is van een zonsondergang, het einde van het leven. Een jaar na de voltooiing van deze liederen stierf Strauss in alle rust in Zwitserland. La Primavera Voor meer vrolijkheid moeten we verder naar het zuiden afreizen naar Venetië, de stad van Vivaldi. De lente uit zijn vier jaargetijden, Primavera, is een van de meest opgewekte vioolconcerten uit de muziekgeschiedenis. Vooral in dit deel speelt het weer een grote rol. Na de opgewekt klinkende inleiding over de komst van de lente en het vrolijke gezang van de vogels barst het onweer los. Harmonische vioolklanken verbeelden de gestadige regen, terwijl loopjes op de viool gevolgd door luidere passages donder en bliksem verklanken. De lente is gekomen, en met een blij gemoed brengen alle vogels haar welkomstgroet Het zoele windje suizelt zachtjes door de bomen En overal hoort men de beekjes kabb’lend stromen. Maar dan betrekt de lucht: het wordt nu lelijk weer; De bliksem schiet door het zwerk, de donder gaat tekeer… Uit: Componistenreeks, Vivaldi, Jos van Leeuwen, Gottmer, Haarlem 1992. Begin dit jaar hoorde ik in Tivoli/Vredenburg in Utrecht een moderne versie van Vivaldi’s jaargetijden van de componist Max Richter “Vivaldi, the four Seasons recomposed”. Richters werk wordt gerekend tot de minimalistische muziek, een stijlvorm met eindeloze herhalingen en een duidelijk ritme die halverwege de vorige eeuw is ontstaan als reactie op de klassieke muziek. Muziek die bij uitstek geschikt is voor meditatie en bezinning. Nog origineler zijn de vier jaargetijden van de Argentijn Astor Piazolla (1921-1992), de koning van de tango. Zijn muziek kent een eigen stijl uit een mix van klassiek en jazz. In zijn “Cuatro Estaciones Porteñas” schildert hij de seizoenen in Buenos Aires met warme zomers, milde winters en soms veel regen en overstromingen. Piazzola schreef de melancholisch klinkende muziek met als uitgangspunt een havenarbeider die het drukke dag- en nachtleven in de stad in al zijn facetten meemaakt. Eerst was het een werk voor piano solo maar later bewerkte de componist het voor kwintet met bandoneon, zoals het tegenwoordig meestal wordt gespeeld. Haydns grillige voorjaarsweer In het zonnige voorjaar van 1801 vond in Wenen de première plaats van “Die Jahreszeiten” van Joseph Haydn. Het zou zijn laatste compositie worden voor hij problemen kreeg met zijn

Figuur 3. Marinesoldaten leggen reddingsboten klaar bij de Notre Dame in Parijs in januari 1910 (bron: Canvas Curiosa, 2017).

gezondheid en acht jaar daarna zou sterven. Aan de muziek is niet te merken dat Haydn het moeilijker kreeg. Die Jahreszeiten is een vrolijk oratorium dat goed werd ontvangen en een van de grootste successen in zijn rijke muziekleven werd. De lente met de warme zuidenwind wordt met vrolijke koorklanken en een fluit verwelkomd. Komm Holder Lenz zingen de landarbeiders als ze weer op het land aan de gang kunnen. Kom, lieve lente geschenk uit de hemel, kom! Daal neer op onze velden, kom, lieve lente, kom en wacht niet langer! Het mannenkoor waarschuwt voor te vroeg gejubel: Frohlocket ja nicht allzufrüh! Oft schleicht, in Nebel eingehüllt, der Winter wohl zurück und streut auf Blit un Kein sein starres Gift. Aprilletje zoet heeft ook wel eens een witte hoed is de volkswijsheid die Haydn hier treffend in zijn muziek heeft verwerkt. De componist had er oog voor, zoals ook in de volgende delen blijkt. Als de tenor over hitte zingt barst al snel een onweersbui los, compleet met de spreekwoordelijke stilte voor de storm en de eerste druppels die Haydn door middel van tokkelende vioolklanken (pizzicato) laat horen. De fluit suggereert vervolgens de bliksem en paukenslagen de donder. Een koor van geschrokken landarbeiders zoekt een schuilplaats. Als het begint te gieten breekt er op het land even paniek uit (‘Weh’ uns!’), maar de lucht klaart snel weer op en het vee keert terug in de stal. Verzonken Notre-Dame Het weer is niet alleen een bron van inspiratie voor componisten maar weersomstandigheden en de gevolgen daarvan kunnen ook aanleiding geven tot benefietconcerten of speciale composities. Zo zijn in de zomer 2013 op verschillende plaatsen langs de Donau en de Elbe benefietconcerten georganiseerd om geld in te zamelen voor de getroffenen van de watersnood. Dat muziek een verbindende factor kan zijn is van alle tijden. Claude Debussy schreef “La cathédrale engloutie” (de verzonken kathedraal), een prélude voor piano. Debussy componeerde die muziek eind 1909 – begin 1910 toen het water van de Seine te Parijs zo hoog stond dat het water de stad overspoelde en ook de Notre-Dame dreigde onder te lopen. Volgens musicoloog Emanuel Overbeeke (bron: Muziek onweerstaanbaar als de zee, Debussy, 1862-1918, In de Walvis, 2012), draaide Debussy de situatie om: in werkelijkheid had de kathedraal tijdelijk kunnen verzinken, maar in zijn prélude komt de Notre-Dame kortstondig boven water uit. De watersnood van januari 1910 was een van de grootste rampen in de geschiedenis van Parijs. In het station Quay d’Orsay kwam het water vijf meter hoog en bij de Notre-Dame lagen de reddingsboten klaar. Een historische gebeurtenis voor eeuwig vastgelegd in muziek. Meteorologica 1 - 2019

27

KLIMAATOVERZICHT Hoeveel Elfstedentochten kunnen we nog verwachten? Geert Jan van Oldenborgh (KNMI), Hans Visser (PBL), Theo Brandsma (KNMI), Hylke de Vries (KNMI) Zodra het ook maar een beetje vriest komen vragen over de invloed van de opwarming van de aarde op de Elfstedentocht meteen bovendrijven. Is de tocht der tochten nog mogelijk? Hoeveel krijgen we er nog? Met behulp van statistische analyses van het verleden weer en de KNMI’14 scenario’s hebben we berekend wat de kans op genoeg kou voor een Elfstedentocht nu is en hoe dat in verschillende klimaatscenario’s opgaat. Het blijkt dat de kans nu ongeveer 8% per jaar is (onzekerheidsmarge 5% tot 19%). Hoe het verder gaat hangt deels van onszelf af. Als we de opwarming tot 2 °C boven pre-industrieel beperken blijft de kans ongeveer 5% per jaar. Als we echter de aarde verder laten opwarmen neemt de kans op genoeg kou voor een Elfstedentocht zo snel af dat we in totaal nog maar één à twee tochten kunnen verwachten. De kans op een potentiële Elfstedentocht hebben we op twee manieren berekend. De eerste volgt de methode van Visser en Petersen (2009), die ook gebruikt is in de KNMI’14 scenario brochure. Deze methode omvat eerst een transformatie van TG15n naar log(10-TG15n) om de verdeling meer symmetrisch te maken. Vervolgens wordt deze gefit aan een zogenaamde Integrated Random Walk (IRW) statistisch model. Dit neemt aan dat de variabiliteit constant is in de tijd. De fit volgt de toename van extreem koude winters van het relatief zachte begin van de 20e eeuw tot het midden van de eeuw, om daarna weer af te nemen (Figuur 2). De berekening is gevoelig voor de laatste paar jaar van de tijdreeks. Toen de berekening in 2008 gedaan werd, was de kans op een potentiële Elfstedentocht 5.5% (1 op 18 per jaar Statistische analyses van de afgelopen eeuw met een 95% onzekerheidsmarge van 1 op 64 tot 1 op 7 jaar). Het is lastig de trend in winter-extremen te bepalen, omdat de Na de relatief koude winters van 2009–2013 was de kans bij verschillen tussen strenge en zachte winters groter zijn dan de een herberekening in 2014 ongeveer 10% (CLO, 2014). Op dit opwarming tot nu toe van anderhalf tot twee graden. Dit is ook moment, na weer een aantal zachte winters, is de kans terug te zien aan de grilligheid waarin koude 15-daagse periodes en op 7% (1 op 15 jaar, met marge van 1 op 6 tot 1 op 41 jaar). Elfstedentochten voorkomen (Figuur 1). Binnen de grote onzekerheidsmarges zijn al deze getallen gelijk. De trend naar een lagere kans op een Elfstemin. 15-dag gemiddelde temperatuur De Bilt dentocht dan vroeger is Elfstedentocht criterium (-4.2 °C) echter statistisch signifi5 geschaalde wereldgemiddelde temperatuur cant (Visser en Petersen, 2009). De tweede methode is een fit met een extreme0 waarde functie, de Generalised Extreme Value (GEV) distributie die evenredig met de wereld-5 gemiddelde temperatuur opschuift. Figuur 3 laat deze fit zien voor twee waardes van deze tem-10 peratuur plus de waardes die de waarnemingen dan gehad zouden hebben. 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 De aanname is wederom dat de variabiliteit niet Figuur 1. Laagste 15-daags gemiddelde daggemiddelde temperatuur in De Bilt (blauw), temperatuurcriterium verandert. Deze methode (rood) en de geschaalde wereldgemiddelde temperatuur met een 4-jaar lopend gemiddelde (paars). De pijlen geeft ook een significangeven de jaren aan waarin een Elfstedentocht verreden werd. te trend in TG15n, van 1.7 (0.2 tot 2.8) keer de

[celsius]

Hoe koud moet het zijn? Voor een Elfstedentocht moet er minimaal 15 cm ijs liggen op het grootste deel van de route. We zouden een ijsgroeimodel kunnen gebruiken om dat te berekenen, maar Visser en Petersen (2009) lieten zien dat een temperatuur-criterium als voorspeller van Elfstedentochten net zo goed werkt: als de (gehomogeniseerde) temperatuur in De Bilt gemiddeld over 15 dagen (TG15n) onder de −4.2 °C ligt is de kans heel groot dat er een tocht georganiseerd kan worden. We noemen dit een potentiële Elfstedentocht, want soms gaat het om andere redenen toch nog fout, zoals in 2012 toen sneeuw de ijsgroei hinderde (de Vries et al., 2013).

28

Meteorologica 1 - 2019

Kans op een Elfstedentocht 95% betrouwbaarheidsgrenzen

Kans

0.40

0.30

0.20

0.10

0.00 1900

1920

1940

1960

Jaar

1980

2000

2020

Figuur 2. De kans op een TG15n < -4.2 °C in het IRW model op log(10-TG15n).

wereldgemiddelde opwarming 1902–2017. Hiermee vinden we een kans op een potentiële Elfstedentocht in het huidige klimaat van 9% (1 op 11), met een marge van 5% tot 19% (1 op 5 tot 1 op 21). Dit komt goed overeen met de waarde uit het IRW model. Een verschil is dat deze methode minder gevoelig is voor de laatste jaren in de reeks, maar anderzijds nemen we aan dat de reactie van het klimaat in Nederland hetzelfde is op alle forceringen en negeren we lokale factoren zoals aërosolen.

Scenario/Jaar

2050

2085

GL

6%

4%

GH

2%

1.5%

WL

2%

0.2%

WH

0.5%

<0.2%

Tabel 1. Kans op een potentiële Elfstedentocht volgens de KNMI’14 scenario’s. De getallen hebben een onzekerheid van plus of min een factor twee.

(< 0.2%). Bij een gematigde opwarming en een kleine verschuiving naar westelijke circulaties blijft de kans zelfs aan het eind van de eeuw nog aanwezig (4%). Een opwarming van 2°C boven pre-industrieel, zoals in Parijs afgesproken, ligt onder de KNMI'14 scenario's en geeft nog ongeveer 5% kans per jaar. We kunnen uit Tabel 1 schatten hoeveel Elfstedentochten er deze eeuw nog verreden zullen worden. De beste schatting is tussen de één à twee tochten in het WH scenario tot ongeveer vijf in het GL scenario. Dit zijn echter de best mogelijke schattingen: uit de grilligheid van het weer volgt dat het er even goed wat meer of minder kunnen zijn. Schaatsliefhebbers kunnen dus voorlopig maar beter lid blijven van de Elfstedenvereniging.

[Celsius]

Hoeveel Elfstedentochten komen er nog? De volgende vraag is hoe snel deze kans afneemt naarmate het klimaat opwarmt. Hiervoor gebruiken we de getransformeerde temperatuurreeksen voor De Bilt. De variabiliteit neemt hierin af: de koudste extremen warmen ook in de toekomst sneller Referenties Bakker en Bessembinder, 2012: Time series transformation tool: description of the op dan de gemiddelde TG15n (de Vries et al., 2012), onder program to generate time series consistent with the KNMI ’06 climate scenarios. meer door de snellere opwarming van de poolgebieden. We KNMI TR-326. Van den Hurk et al., 2014: KNMI’14 – Climate Change scenarios for the 21st Cenkunnen dus niet de methodes gebruiken die we over de vorige tury – A Netherlands perspective. Scientific background report KNMI’14. KNMI WR eeuw gebruikt hebben, aangezien die beide uitgaan van een 2014-01. Visser en Petersen, 2009: The likelihood of holding outdoor skating marathons in the constante variabiliteit. De afname is tot nu toe zo klein dat dit Netherlands as a policy-relevant indicator of climate change. Climatic Change 93, de resultaten nauwelijks beïnvloedt, maar voor de toekomst is 39–54. dit effect niet te verwaarlozen. We bepalen de kansen daarom de Vries et al., 2012: Western European cold spells in current and future climate. GRL, 39,L04706. uit 30-jaar getransformeerde reeksen; voor details hierover zie de Vries et al., 2013: The February 2012 European cold spell that didn’t bring the het achtergrondartikel op de KNMI-website. Dutch another 11-city1902:2018 tour. BAMS 94, S26–28. TG15n De Bilt Tabel 1 geeft de 5 kansen op een ElfGEV fit 1902 stedentocht in de GEV fit 2019 toekomst voor de Elfstedentocht criterium (-4,2 ˚C) verschillende KNMI scenario’s. Deze kan0 sen hangen sterk af van beide assen van de klimaatscenario’s (van den Hurk et al., -5 2014): de wereldwijde opwarming (Gematigd of Warm) en de gemiddelde toename van westenwind in -10 de winter (Laag of Hoog). Bij een hoge wereldwijde temperatuurstijging (4 -15 °C in 2100) en een 2 5 10 100 1000 afname van (noord) oostenwind (WH) is herhalingstijd [jaar] de kans op een Elfstedentocht in 2050 Figuur 3. Fit van een GEV-verdeling die opschuift evenredig met de wereldgemiddelde temperatuur aan TG15n 1902– nog maar 0.5% en in 2018. Rood: beste fit en 95% onzekerheidsmarges in het huidige klimaat, waarnemingen opgeschoven naar het klimaat 2085 verwaarloosbaar van 2019 met de gevonden trend. Blauw: hetzelfde voor het klimaat van 1902. Meteorologica 1 - 2019

29

Kretologie

column

Leo Kroon

30

Meteorologica 1 - 2019

Buiten op het balkon van ons hotel in Phuket, Thailand, is het 34 °C en in de VS is het ongeveer hetzelfde aantal graden, maar dan onder nul. Een heerlijke gedachte! Nadat ik weer eens een artikel over die kou heb gelezen vraag ik aan mijn vrouw: “Weet jij eigenlijk wel wat een polaire vortex is?” Het antwoord: “Nou, dat het een flink stuk kouder kan worden.” De kranten en andere media staan deze winter bol van horrorverhalen over de extreme kou in de VS en de kreet polaire vortex komt al net zo vaak in de berichten voor als, ik noem maar wat, het kinderpardon. Ook in Nederland schijnt er zelfs een paar centimeter sneeuw te liggen. Niets bijzonders voor een beetje winter zou je zeggen, maar er zijn alarmcodes verspreid, dienstregelingen aangepast en het autoverkeer komt massaal in files tot stilstand. “Ja, maar nu haal je oorzaak en gevolg een beetje door elkaar.” Niet verwonderlijk overigens, want de kreet polaire vortex wordt te pas en te onpas gebruikt zonder dat er veel uitleg aan wordt gegeven. Een enkele krant slechts waagt zich aan een plaatje met temperaturen boven het noordelijk halfrond op een niet nader gespecificeerd drukvlak. Hierop is voor leken natuurlijk helemaal geen polaire vortex te ontdekken. Ik zag op een website, in een overigens voortreffelijk artikel, zelfs een figuur van temperaturen op het 850 K niveau, zonder de vermelding dat het hier om een θ-vlak ging. Op zich is het gebruik van een isentropisch vlak elegant en zeker gerechtvaardigd omdat lucht nou eenmaal de neiging heeft zich langs deze vlakken te bewegen, maar zonder uitleg was het wel erg verwarrend. De meeste krantenlezers zal het waarschijnlijk worst zijn: het is gewoon koud, punt! Het woordje “polair” geeft toch mooi aan dat er iets koud moet zijn, nou dan? En ja, wat die “vortex” betreft, geen idee natuurlijk maar het klinkt aardig wetenschappelijk. Ik heb mijn vrouw maar geen uitleg gegeven over stratosferische dynamica en hoe een straalstroom ontstaat. Het was er gewoon te warm voor en het zou haar toch maar nauwelijks interesseren. De kreet polaire vortex is voor de meeste mensen net zo onbegrijpelijk als de kreet “moesson” die in de media ook nog eens vaak verkeerd wordt gebruikt. Een mooi voorbeeld is wel de kreet “West-Europese moesson” die in juni hardnekkig de kop opsteekt. Men denkt bij moesson aan veel neerslag en inderdaad het kan wel eens dagenlang vrij nat zijn in juni, maar met het juiste

begrip moesson heeft dat echt helemaal niets te maken. De echte moesson wordt volledig bepaald door regelmatige en persistente veranderingen in het grootschalige windregime en kan ook juist een droge tijd inluiden. Door het begrip moesson te koppelen aan alleen neerslag, hoe verleidelijk ook, wek je de verwarring in de hand. Maar de hand in eigen boezem stekend besefte ik dat het gebruik van kreten, zonder te weten wat die nou precies betekenen, bij mijzelf ook wel voorkomt. Vooral als het om medische zaken gaat worden vaak kreten gebruikt waarvan de diepere betekenis bijna iedereen ontgaat. Zo heeft een zoontje van goede kennissen ADHD. Wat dat voor de ouders betekent weet ik intussen wel, maar wat nou exact de medisch/psychische processen of verschijnselen zijn? Ik heb werkelijk geen idee. Laat staan dat ik iets weet over de oorzaken ervan. Het is dus voor mij ook alleen maar een kreet. In de klas waar mijn vrouw les gaf zaten kinderen met ASS (autismespectrumstoornis), Asperger en Borderline. Veelal hebben die te maken met sociale stoornissen, overgevoeligheid voor prikkels en vreemde gedragspatronen. Ik moet bekennen dat die kreten mij niet veel zeggen. Natuurlijk kan ik me er wel in gaan verdiepen, ik heb er tenslotte nu de tijd voor, maar ik moet bekennen dat het me maar matig interesseert, zeker zolang het niet dichterbij in de familie komt. Het gebruik van kreten is wellicht een poging om complexe zaken die niet eenvoudig te doorgronden zijn te vatten in een enkel woord. Het gevaar is dat, zeker als er geen goede definitie aan de kreet ten grondslag ligt, het vooral te onpas wordt gebruikt en dan is de verwarring pas echt compleet. Wat dat betreft is het losse gebruik van de kreet polaire vortex ook wel weer begrijpelijk, want degenen die er écht in geïnteresseerd zijn, waaronder de lezer van dit stukje natuurlijk, maken minder dan 0.005% van de Nederlandse bevolking uit. Dat enige kennis van zaken soms toch wel handig is bleek maar weer uit de vraag van de hotelbediende bij de check-in van ons hotel in Bangkok. Die bestond het om te melden dat het wel regenachtig moest zijn geweest in Phuket vanwege de moesson. Ik kon hem uitleggen dat de noordoost-moesson in januari aan de westkust van Thailand juist de droge tijd is en dat het pas in juni, met de zuidwest moesson, nat gaat worden. Daar had ‘ie niet van terug…

Sponsors van de Nederlandse Vereniging ter Bevordering van de meteorologie

Werken bij KNMI: the best place to be voor onderzoekers!

Colofon Redactie Hoofdredacteur: Richard Bintanja (e-mail: bintanja@knmi.nl, tel: 030-2206499). Redactieleden: Wim van den Berg, Aarnout van Delden, Robert Mureau, Rob Sluijter, Fiona van der Burgt en Ben Lankamp. Artikelen en bijdragen Deze dienen uitsluitend digitaal (bv. per e-mail) te worden aangeleverd, als Word document met figuren apart. Uiterste inleverdata hiervoor zijn: 1 februari, 1 mei, 1 augustus en 1 november voor respectievelijk nummer 1, 2, 3 en 4. Voor meer informatie over de procedure, zie http://www.nvbm.nl/meteorologica/informatie_voor_auteurs/ Artikelen uit Meteorologica mogen uitsluitend worden overgenomen na voorafgaande schriftelijke toestemming van de redactie. Meteorologica (ISSN 0929-1504) verschijnt vier maal per jaar en is een uitgave van de Nederlandse Vereniging ter Bevordering van de Meteorologie (NVBM). Penningmeester en administratie: Olaf Vellinga (penningmeester@nvbm.nl) Vormgeving: Colorhouse, Almelo Vermenigvuldiging: Colorhouse, Almelo

Abonnementen Alle leden van de NVBM zijn automatisch geabonneerd op Meteorologica. Ook niet-leden kunnen zich abonneren door 31,- euro voor vier nummers over te maken naar IBAN: NL66INGB0000626907, BIC: INGBNL2A, ten name van: NVBM-Meteorologica Postbus 464 6700 AL Wageningen onder vermelding van: “Abonnement Meteorologica” en uw adres. Abonnementen worden telkens aangegaan voor een heel kalenderjaar; bij tussentijdse betaling worden de reeds verschenen nummers van dat jaar toegestuurd. Voor abonnees in het buitenland zijn de kosten 38,euro per jaar. Ook losse nummers kunnen op deze manier worden besteld (zolang de voorraad strekt) voor 10,- euro per stuk, onder vermelding van de gewenste jaargang en nummer(s). Instellingen betalen 65,- euro voor een abonnement. Een student-abonnement kost 16,per jaar. Opzeggingen per email naar het bestuur (bestuur@nvbm.nl); hierbij geldt een opzegtermijn van drie maanden.

Lid worden van de NVBM Het lidmaatschap van de NVBM kost 55,euro per jaar. Meer informatie hierover is te vinden op de NVBM website: www.nvbm. nl. Opzeggingen per email naar het bestuur (bestuur@nvbm.nl); hierbij geldt een opzegtermijn van drie maanden. Advertenties Adverteren in Meteorologica is mogelijk. Advertenties worden geplaatst op 3 formaten: A5, A4 of A3. Uiterste inleverdata voor advertenties zijn: 1 februari, 1 mei, 1 augustus en 1 november voor respectievelijk nummer 1, 2, 3 en 4. Tarieven zijn op te vragen bij Richard Bintanja (e-mail: bintanja@knmi.nl, tel: 030-2206499). Sponsorschap NVBM Men kan sponsor worden van de NVBM. Een sponsorschap wordt afgesloten voor minimaal 1 jaar. Een sponsor heeft diverse rechten, o.a.: – Het plaatsen van advertenties in Meteorologica – Plaatsing van het firmalogo in het blad. – Het bijwonen van congressen e.d. georganiseerd door de NVBM. Voor meer informatie over het sponsorschap kunt u contact opnemen met Richard Bintanja of Olaf Vellinga (zie boven).

Meteorologica 1 - 2019

31