Fig.1   Bron: wikimedia

Het is 25 jaar geleden dat de laatste Elfstedentocht werd verreden. Kersverse winnaar van de Machiavelliprijs en weerman Gerrit Hiemstra werd daarom geïnterviewd, ook door De Stem.

Daarin kwam ook de Elfstedentocht ter sprake, want Gerrit is tenslotte behalve weerman ook Fries, en niet te vergeten aanhanger van de hypothese dat er sprake is van een klimaatcrisis. Ik werd getriggerd door het antwoord van Hiemstra op de vraag of hij verwacht nog een Elfstedentocht mee te maken:  ,,Als Fries hoop ik natuurlijk van wel, maar ik denk het niet. De Elfstedentocht is verleden tijd. Het is een feit dat we steeds minder dagen vorst hebben. Dat maakt de kans op een Elfstedentocht statistisch heel klein, véél kleiner dan vroeger.’’

Fig.2    Data: KNMI

Dat er tegenwoordig minder vorstdagen zijn dan pakweg 50 jaar geleden klopt, zoals u op figuur 2 kunt zien. De grafiek toont het aantal vorstdagen (etmaal met minimum temperatuur Tn < 0 °C ) in de winter per jaar in De Bilt vanaf 1902 t/m 2021. De jaren met een Elfstedentocht zijn in rood afgebeeld. Een winter bestaat uit de maand december van het voorafgaande jaar plus de maanden januari en februari van het daaropvolgende jaar. Dus de winter van 1934 bestaat uit december 1933 plus januari en februari 1934. 1933 was het jaar met de enige Elfstedentocht in de maand december, maar wordt hier dus gerekend tot de winter 1934 (rode stip).

Te zien is dat alle Elfstedentochten tenminste 47 vorstdagen (1954) kenden, met als outlier de Elfstedentocht in de winter van 1912, die slechts 29 vorstdagen telde. Vanaf ongeveer 1980 neemt het aantal vorstdagen geleidelijk af, zoals goed te zien is aan de oranjebruine stippellijn van de Loess smoothing in de grafiek. Vanaf 1987 zijn er nog maar 3 jaren met een aantal vorstdagen van meer dan 50, en vanaf 2012 is er geen enkele winter meer met meer dan 47 vorstdagen.

Rijst de vraag wat de oorzaak is van die afname van het aantal vorstdagen. Opwarming, zal het automatische antwoord van velen zijn, als gevolg van de uitstoot van CO2 door menselijke activiteiten. De boodschap van het IPCC (een afdeling van de UNO) is dat CO2 de spil is in het proces van opwarming van de aarde. Dat CO2 een broeikasgas is, is juist. Maar dat het de spil is van een proces dat ons in een klimaatcrisis stort is zeker wel betwistbaar.

Fig.3    Data: KNMI

Wat bepaalt de temperatuur op enig moment in ons land? Dat zijn de omstandigheden ter plekke (met name instraling van de zon, neerwaartse IR straling (broeikaseffect), opwaartse IR straling, bewolking, albedo, verdamping, convectie, bebouwing) en advectie (aanvoer van warmte en koude van elders). Omdat het fenomeen Elfstedentocht een winterse aangelegenheid is heb ik in figuur 3 de gemiddelde winter-Tn (minimum dagtemperatuur) per jaar weergegeven en met rode stippen de Elfstedentochten. De meeste Elfstedentochten vonden plaats in winters met een opvallend lage gemiddelde Tn, wat natuurlijk niet verwonderlijk is. Voor dik ijs heb je een langere periode met koude nachten nodig.

De oranje-bruine lijn is de Loess smoothing waarmee je de springerige Tn-lijn kunt gladstrijken. Zo is makkelijker visueel vast te stellen of er sprake is van een trend. De lineaire trendlijn vertelt dat de winterse Tn in De Bilt tussen 1901 en 2021 gestegen is met 1,78 °C. Goed is te zien dat de Loesslijn gedurende meer dan 80 jaar vrijwel geen trend laat zien en in de jaren ’80 van de vorige eeuw gaat stijgen. Mogelijke oorzaken van die stijging zijn met name een toename van de neerwaartse IR als gevolg van een versterkt broeikaseffect,  een toename van de instraling als gevolg van afnemende bewolking en aerosolen, toegenomen verstedelijking en een veranderend windpatroon. Over al deze onderwerpen heb ik al vaker geschreven, gebruik het zoekvenstertje of het verticale menu.

Bovengenoemde factoren spelen ongetwijfeld alle mee bij de stijging van Tn-winter vanaf de jaren ’80 van de vorige eeuw. In welke mate elk van de factoren een bijdrage geleverd hebben aan die stijging is heel moeilijk vast te stellen. Fervente klimaatalarmisten zullen vooral wijzen op het toegenomen broeikaseffect, ik denk dat een veranderend windpatroon dominant zou kunnen zijn. Immers, het ijs in Nederland kan onmogelijk dik worden zonder dat er gedurende langere tijd lucht vanuit Rusland wordt aangevoerd.

Fig.4    Data: KNMI

Om te bezien welk verband er is tussen de windrichting (hoek waaruit de wind waait) en het aantal vorstdagen heb ik in figuur 4 beide factoren afgezet voor het jaar 2021. De donkere lijn geeft de windhoek per dag weer van 1 december 2020 t/m 28 februari 2021. De bijbehorende graden lopen tussen 0 en 360 graden als in onderstaande windroos:

Fig.5

Uit ervaring weet ik dat in de winter zeer koude lucht Nederland binnenvalt als de windrichting NO tot O is. Het brongebied van die lucht is dan vaak het NW van Europees Rusland. Dat is het geval als de windhoek in de grafiek van figuur 4 naar beneden buigt. Zo op het oog bezien is er een sterke correlatie tussen de windhoek en Tn, met name als de windhoek onder de 100 graden duikt. Alleen begin januari 2021 is dat niet het geval. Van 3 t/m 6 januari waait de wind uit het NO maart blijft de Tn desondanks boven 0 °C. Figuur 6 laat zien hoe dat kwam.

Fig.6    Bron: https://earth.nullschool.net

De wind (hier op 250 hPa niveau) komt weliswaar in Nederland uit het NO, maar het brongebied van die lucht was nu niet afkomstig van NW Rusland maar van Zuid-Frankrijk. Relatief zachte lucht werd door een lagedrukgebied boven ZW Frankrijk onze kant opgeblazen.

Ik was benieuwd naar windrichting en Tn in de winters van de 15 Elfstedentochten en heb voor al die winters de windhoek en Tn bepaald. Om de windhoek van de zeer koude continentaal arctisch/polaire lucht vanuit Rusland te bepalen  ga ik er van uit dat die tussen 0 en 120 graden ligt. Die grenzen zijn arbitrair zodat ik wellicht af en toe geen continentaal arctische/polaire lucht ‘vang’, maar voor dit onderzoekje denk ik dat dat wel voldoet.

Fig.7    Data: KNMI

Voor alle 15 Elstedentocht-winters geldt dat er een sterke correlatie zichtbaar is tussen de aanvoer van continentaal arctische/polaire lucht en lage minimum temperaturen. Alle Elfstedentochten worden vooraf gegaan door een koude periode waarbij minimum temperaturen lager dan -10 °C geen uitzonderingen zijn. De ‘outlier’  uit figuur 2, winter 1912, telde slechts 29 vorstdagen vanwege een versnipperde aanvoer van continentaal polaire lucht, maar de tocht volgde op een koudeperiode van 12 vorstdagen, waarvan de laatste dagen vóór de tocht tot zelfs beneden de -20 °C reikten (in De Bilt op 3 februari 2012 werd het maar liefst -20,1 °C). Blijkbaar voldoende kou om het ijs op dikte te krijgen, zodat op 7 februari 1912 de tocht gereden werd bij dooi (Tn = 4,1 °C):

Fig.8    Data: KNMI

Als we de grafiek van 1963 in figuur 7 bezien dan kwam de planning van de legendarische tocht van dat jaar niet zo nauw. Van 19 december 1962 t/m 28 februari 1963 was er sprake van een constante reeks van vorstdagen, slechts 2 maal onderbroken door een dag met Tn boven nul. Oorzaak: een volhardend blokkerend hogedrukgebied boven Zuid Zweden, waardoor vrijwel voortdurend koude tot zeer koude lucht uit Noord-Rusland naar Nederland stroomde. Op de dag van de tocht, 18 januari, werd in De Bilt een minimum temperatuur van -18,2 °C gemeten!

De bovenstaande grafieken maken duidelijk dat de juiste weersomstandigheden  voor een Elfstedentocht worden bepaald door een wat langere periode met lage tot zeer lage temperaturen, en dat de aanvoer van die zeer koude lucht wordt bepaald door de richting waaruit de wind waait. Het brongebied van die zeer koude lucht ligt in het NW van Rusland. Die zeer koude lucht komt dan meestal als NO- tot O-wind Nederland binnen.

Fig.9

Omdat het mogelijk kan zijn dat de aangevoerde koude lucht vanuit het NW Russisch brongebied in de loop van de jaren minder koud geworden is, heb ik de data van Russische stations in dat gebied bekeken. Stations met lange tijdreeksen in die regio zijn schaars, en van de reeksen die beschikbaar zijn ontbreken de data van een aantal achtereenvolgende jaren vanaf 1989. De nabijgelegen Barentszzee is tot laat in het jaar nog grotendeels ijsvrij en relatief warm water wordt door de Noord-Atlantische Drift aangevoerd. Dat relatief warme water beïnvloedt vaak tot diep in december ook de temperaturen op het land. Het is daarom niet verwonderlijk dan van de 15 Elfstedentochten er slechts 1 in december gereden is.

Fig.10    Data: GHCN/ClimateExplorer

Om die reden heb ik van de drie Russische stations alleen de gemiddelde minimumtemperaturen van de maanden januari en februari gebruikt en niet die van december. De grafieken van figuur 10 laten zien dat er van een opwarmende trend geen sprake is.

Het uitblijven van Elfstedentochten na 1997 kan in feite alleen nog maar verklaard worden aan de hand van de luchtcirculatie. Waaide het soms wat minder vaak uit NO-hoek? We kunnen daarvoor kijken naar de cijfers van de windrichting van het KNMI (DDVEC = Vectorgemiddelde windrichting in graden).  Maar lucht stroomt heel vaak via een bocht ons land binnen. Beter is het daarom om naar de ligging van het brongebied te kijken. Het brongebied is het gebied waar de aangevoerde lucht oorspronkelijk vandaan komt.

Fig.11    Bron: klimaatgek

Trouwe lezers weten dat ik vorig jaar tweemaal geschreven heb over het monnikenwerk dat een jonge student wiskunde heeft geleverd door een model te maken waarmee  het temperatuurverloop sinds 1836 in Nederland kan worden verklaard. Daarbij heeft hij voor de periode 1836-2020 per etmaal geanalyseerd hoe vaak de binnenkomende lucht uit welk brongebied afkomstig was. Figuur 11 toont de gebruikte namen en brongebieden.

De resultaten ziet u in figuur 12. De data aan de hand waarvan ik de grafiek van figuur 12 heb gemaakt zijn afkomstig van het model van Jippe Hoogeveen. Ik ben zo vrij geweest om me te richten op de periode vanaf 1901, conform de etmaaldata van het KNMI. Omdat de reeksen sterk schommelen zijn trends lastig af te lezen. Daarom zijn de datareeksen gesmoothed met behulp van een Loessfilter met span 0.2 . De grafiek toont voor de periode 1901-2020 het aantal (gesmoothde) winterdagen per jaar dat de binnenkomende lucht afkomstig is uit een bepaald brongebied.

Fig.12    Data: Jippe Hoogeveen

Te zien is dat de NO-circulatie (brongebied NW van Rusland) tot midden jaren ’80 al laag is maar daarna vrijwel wegzakt. Dat laatste geldt ook voor de O-circulatie dat zijn brongebied wat zuidelijker heeft en in mindere mate voor de N-circulatie. Sterke stijgers zijn de ZW- en W-circulatie die relatieve zachte lucht vanaf de Atlantische Oceaan meebrengen.

Hier ziet men dus in één oogopslag wat de oorzaak is van die zachtere winters in Nederland van de afgelopen decennia.

Overigens concludeerde Jippe Hoogeveen op basis van het model dat de luchtcirculatie de belangrijkste kracht is achter de temperatuurstijging in Nederland. Hij schrijft: “When we extended the model with a factor representing the sea, and with factors for the TSI, AMO, and CO2, then we find an R2 value of 0.85. Interestingly enough, CO2 does not seem to play a role.” Daar kom ik graag later op terug!

Conclusies

Weerman Gerrit Hiemstra gelooft niet dat we ooit nog een Elfstedentocht krijgen. Dat doet hij op basis van het feit dat we tegenwoordig veel minder vorstdagen hebben dan vroeger. Wat hij zich blijkbaar niet afvraagt is waardóór we tegenwoordig minder vorstdagen tellen. Want alleen dán kun je wat zinnigs zeggen over mogelijk toekomstige Elfstedentochten. De recente temperatuurstijging in Nederland (die door menigeen m.i. ten onrechte vooral of uitsluitend wordt toegeschreven aan antropogene CO2-emissies) speelt hier waarschijnlijk een ondergeschikte rol. Al of geen Elfstedentocht hangt vooral af van de vraag hoe lang de periode is waarin continentaal arctische/polaire lucht ons land binnenstroomt.

Ik heb laten zien dat winterse aanvoer van zeer koude continentale lucht de afgelopen decennia gedecimeerd is. Er is sprake van een duidelijke verandering in de luchtcirculatie boven Europa die als gevolg heeft dat de winters in ons land aanmerkelijk zachter zijn dan vroeger. Interessante vraag is dan welk mechanisme verantwoordelijk is voor die verandering in de atmosferische circulatie. Is CO2 verantwoordelijk voor deze verandering? Of is het te wijten aan natuurlijke oorzaken?

Mauri et al  schreven in 2014:    “The atmospheric circulation is a key area of uncertainty in climate model simulations of future climate change, especially in mid-latitude regions such as Europe where atmospheric dynamics have a significant role in climate variability.”

Voor de Elfstedentocht is het luchtcirculatiepatroon van doorslaggevend belang. Het winters patroon van méér maritieme en minder continentale lucht zoals we dat de afgelopen jaren kennen is niet gunstig voor een Elfstedentocht. Maar dat patroon is niet statisch maar dynamisch, zoals we in figuur 12 zagen, het is in constante beweging. Mauri et al wezen al op de onzekerheden in de luchtcirculatie: “models underestimate the role of atmospheric circulation
in recent climate change“. We weten er gewoon te weinig van. De voorspelling van Hiemstra dat de Elfstedentocht ‘verleden tijd’ is impliceert dat Hiemstra (als enige) wél weet hoe de luchtcirculatie zich de komende jaren gaat ontwikkelen. Maar stiekem denk ik dat hij last heeft van die hardnekkige CO2- tunnelvisie:  mensen >>> CO2 >>> opwarming >>> minder ijs >>> geen Elfstedentocht.