Eerder gepubliceerd op klimaatgek.nl
Fig.1 Bron: KNMI
Een lezer attendeerde me op een bericht van het KNMI met bovenstaande kop. Nu wisten trouwe lezers van deze website al een tijdje dat de opwarming van Nederland sterk beïnvloed wordt door veranderende windrichtingen. In 2019 heb ik een serie artikelen geschreven over die veranderende windrichtingen vanaf 1904, zie o.a. hier.
In die artikelenreeks gebruikte ik de zogenaamde vectorgemiddelde windrichting in graden per etmaal van De Bilt en zette die om naar 8 windrichtingen N, NO, O et cetera. Dat is behelpen, want die windrichting is de hoek waaruit de wind in De Bilt waait. Maar de wind komt vaak met een grote bocht naar Nederland, afhankelijk van de ligging van hoge- en lagedrukgebieden. Figuur 2 laat als voorbeeld de situatie op 30 juni 2020 zien. In De Bilt meten we dan ZW wind, maar die lucht komt met een grote bocht oorspronkelijk vanaf de Atlantische Oceaan tussen Groenland en Noorwegen vandaan (groene lijn). Dat subarctische brongebied bepaalt sterk de eigenschappen van de lucht die dan bij ons binnenwaait. Niet de windrichting maar het brongebied en natuurlijk het traject richting Nederland bepalen uiteindelijk de weerskenmerken in Nederland.
Fig.2 Bron: KNMI
Daarom heb ik me in het verleden ook al enkele malen bezig gehouden met de zogenaamde Grosswetterlagen (GWL) van de Deutsche Wetterdienst, die vanaf 1881 per dag het brongebied van de binnenstromende lucht bepaalt plus stroomingstraject en daarmee de eigenschappen van die lucht. Die GWL vormen een mooie manier om de luchtcirculatie te beschrijven.
Maar het kan mooier: tot mijn grote verrassing kreeg ik begin 2021 een email van een jonge student wiskunde/ict, Jippe Hoogeveen, die schreef dat hij een eigen methode had bedacht om de invloed van de luchtsoorten op het Nederlandse weer te kwantificeren. Dat bleek een sublieme methode, en hij heeft dat in 2022 samen met zijn vader uitgewerkt in een peer reviewed publicatie:
Fig.3 Bron: Hoogeveen et al 2022
Conclusie van de Hoogeveens: de gevonden waarden in hun publicatie wijzen er sterk op dat de opwarming in Nederland vooral wordt veroorzaakt door een verschuiving in de brongebieden van de luchtstroming naar warmere richtingen. En passant vermeldden ze dat ze ontdekt hadden dat de invloed van CO2 zeer klein was. Lees het bijgaande artikel hier.
Het doet me deugd om te lezen dat het KNMI bij het schrijven van het artikel uit figuur 1 gebruik heeft gemaakt van de data die Jippe na een jaar hard werken heeft geproduceerd. Erkenning dus voor de kwaliteit van het werk van de Hoogeveens!
Fig.4 Bron: KNMI
Figuur 4 laat de gemiddelde jaarlijkse gemeten zomertemperatuur in De Bilt zien, van 1901 t/m 2023. Opvallend is dat de lineaire trendlijn (trend 1,97 °C van 1901-2023) de puntenwolk niet zo goed beschrijft. Dat doet de loess smoothing veel beter: Tussen 1920 en 1940 stijgen de zomertemperaturen, om daarna tot in de jaren 1960 te dalen. Daarna is er vanaf medio jaren 1980 tot eind jaren 1990 sprake van een stijging, evenals vanaf 2010.
Fig.5 Bron: Hoogeveen et al 2022
De grafieken van figuur 5 stammen uit de paper van Hoogeveen et al. Voor de duidelijkheid heb ik in figuur 5 het eerste deel van de grafieken lichtgrijs gemaakt, de KNMI-data lopen pas vanaf 1901. Te zien is dat voor de zomer de maritieme luchtsoorten dominant zijn, continentale winden spelen in de zomer slechts een bescheiden rol. Wel is bij de continentale brongebieden te zien dat vanaf 2000 de warme lucht uit E, SE en S stijgt ten koste van de N circulatie.
Bij de maritieme brongebieden zien we in de eerste decennia van de 20eeuw een toename van NW en W luchtsoorten ten koste van de N winden, een verschuiving die minder koude lucht ons land binnen brengt. Vanaf de jaren 1930 tot medio jaren 1950 vindt het omgekeerde plaats en daalt het aandeel W wind ten koste van een stijging van de koude N wind. Vanaf medio jaren 1950 stijgt het aandeel van W wind elk jaar ten koste van de koude N wind. Dat wordt versterkt als vanaf 1980 het aandeel van ZW wind stijgt en dat van NW wind daalt. Kortom: vanaf begin vorige eeuw is de luchtcirculatie sterk in beweging en de invloed daarvan op de zomertemperaturen in Nederland is goed te zien in figuur 4.
Fig. 6 Bron: KNMI
De grafiek van figuur 6 staat centraal in het artikel van het KNMI. Het KNMI schrijft onder deze figuur: “verdeling van de windrichting [in de herfst en] in de zomer in 30-jarige periodes van (1901-1930) tot (1991-2020.) In kleur de gemiddelde temperatuur in De Bilt per windrichting”. Beter had hier natuurlijk in plaats van ‘windrichting’ ‘brongebied’ kunnen staan. De grafiek toont twee dingen. Het eerste is het vóórkomen van de diverse ‘windrichtingen’ uitgedrukt in %. We zien hier een verandering in de tijd zoals die hiervoor al geschetst.
Het tweede dat getoond wordt (zie het artikel) is dat de in De Bilt gemeten luchttemperatuur van alle ‘windrichtingen’ in de loop van de tijd oploopt. Het KNMI berekende (hoe?) dat van de 2 °C zomerse temperatuurstijging sinds 1901 0,55 °C het gevolg is van veranderende ‘windrichtingen’ en de resterende 1,45 °C van “opwarming doordat warmere lucht ons land binnenstroomt”. Nu ben ik zonder nadere toelichting van de door het KNMI gebruikte methode niet in staat om te zien of die getallen kloppen, maar er zijn toch wel enkele kanttekeningen te plaatsen.
Fig.7 Naar: Trenberth en KNMI
Station Cabauw Mast is het enige station in ons land waar sinds 2001 straling op 2m hoogte wordt gemeten, langgolvige en kortgolvige. Figuur 7 geeft de diverse energiestromen weer op een bepaalde locatie, bijvoorbeeld het meetveld van Cabauw of De Bilt. Deze figuur is het onderste deel van de bekende stralingsbalans van Trenberth.
SW down is de zonnestraling die het aardoppervlak bereikt, SW out dat deel ervan dat reflecteert en dus niet meedoen aan de opwarming van het aardoppervlak. Van 2001-2020 was die reflectie (albedo) in Cabauw ruim 23%. SW down – SW up is de netto kortgolvige straling dat effectief het aardoppervlak verwarmt. Van boven komt ook LW down, langgolvige straling als gevolg van broeikasgassen en wolken. Die energiestroom wordt nagenoeg geheel door het aardoppervlak geabsorbeerd. LW up is de langgolvige straling die door het aardoppervlak wordt uitgezonden.
Een deel van de warmte van het oppervlak wordt in de vorm van voelbare en latente warmte naar boven getransporteerd (SH en LH). Omdat de figuur één locatie betreft is er ook nog sprake van aanvoer van energie uit de omgeving, advectie. Die advectie ontbreekt uiteraard in het energiemodel van Trenberth omdat dat een globaal model is. In figuur 7 heb ik hem dus moeten bijvoegen. Die advectie is de energiestroom die in het KNMI-artikel wordt beschreven.
Fig. 8 Data: KNMI
Als voorbeeld van de 10-minuten Cabauwmetingen toont figuur 8 een periode van 5 zomerse dagen op station Cabauw, van 4 t/m 8 juli 2001. De grijze lijn is de SW netto (SW down-SW up). Op 6 juli komt bewolking binnen en 8 juli is geheel bewolkt. Op de eerste twee zonnige dagen is het verschil tussen LW down en LW up ongeveer 100 W/m2. Dat verschil is op 8 juli geheel verdwenen: de LW straling van het laaghangende wolkendek (die afhankelijk is van de temperatuur ter plekke) is vrijwel gelijk aan die van het aardoppervlak.
Fig.9 Data: KNMI
Figuur 9 toont een wintersituatie. Alleen 13 en 14 februari zijn nagenoeg onbewolkt, waardoor SW netto zijn maximum (voor dit jaargetijde) kan bereiken, iets boven de 300W/m2. Op de drie bewolkte dagen is LW down ongeveer gelijk aan LW up vanwege de laaghangende bewolking. Op de twee zonnige dagen wordt het verschil tussen LW down en LW up weer ongeveer 100 W/m2. Vergelijking met figuur 8 laat zien dat de LW down in de winter ongeveer 100 W/m2 lager ligt dan ’s zomers, maar wel altijd aanwezig is. Dat is het broeikaseffect dat onze planeet leefbaar houdt: zonder wolken en broeikasgassen zou de aarde gemiddeld -18 °C zijn. Een uitgebreidere beschrijving van die 10-minutenmetingen van Cabauw vindt u hier.
Vergelijken we de daggrafieken van Cabauw met de energiebalans van figuur 7 dan ontbreken in de daggrafieken zowel de voelbare en latente warmtestromen (SH en LH) alsook de aanvoer van warmte van elders (advectie). Oorzaak is dat die niet worden gemeten. En juist over die advectie gaat het KNMI artikel uit figuur 1. Terug naar dat artikel van het KNMI.
De 2 °C zomerse temperatuurstijging sinds 1901 is volgens het KNMI het gevolg van het veranderde aandeel van ‘windrichtingen’ (0,55 °C opwarming ) en van opwarming doordat ‘warmere lucht ons land binnenstroomt’ (1,45 °C opwarming). Het is opvallend dat er voor die zomerse opwarming in De Bilt door het KNMI geen enkele rol ingeruimd wordt voor kort- en langgolvige straling. Klopt dat wel?
Fig.10 Data: KNMI
Laten we eerst de LW-straling bekijken. Figuur 10 toont die LW down en LW up van 2001 t/m 2020 in Cabauw. De seizoenschommelingen zijn goed zichtbaar en LW up ligt gemiddeld hoger dan LW down. Dat is logisch, want de warmtestraler van de LW down is hier de bovenlucht die gemiddeld kouder is dan het aardoppervlak, de straler van LW up. Zie voor de uitleg hiervan de wet van Stefan-Bolzmann in dit artikel.
Opvallend in figuur 10 is dat de LW down, i.e. het gemeten broeikaseffect van broeikasgassen en wolken, van 2001 t/m 2020 niet toegenomen is. Er is zelfs sprake van een licht negatieve trend, maar die is statistisch niet significant. Het atmosferisch CO2-gehalte is in deze periode toegenomen met 43 ppm (Mauna Loa data) dus je zou verwachten dat er wel van enige opwarming sprake zou zijn. Dat we dat niet meten is mogelijk vanwege de afname van de bewolking.
Fig.11 Data: European Environment Agency en NOAA (vanaf 1959)
De grafiek van figuur 11 laat zien dat het atmosferisch CO2 gehalte vanaf 1901 met ongeveer 120 ppm gestegen is. CO2 is een broeikasgas, dus enige (hoeveel?) extra opwarming door CO2 mag je wel verwachten.
Voor wat betreft het zonlicht maak ik graag gebruik van de meetdata van station De Bilt, waar al vanaf 1958 gemeten wordt.
Fig.12 Data: KNMI
Figuur 12 toont de ontwikkeling vanaf 1958 van SW down (Q) gedurende de zomers in W/m2. Die straling bestaat uit direct en indirect zonlicht. Van het directe zonlicht wordt het aantal zonuren (SQ) afgeleid, je kunt derhalve die data gebruiken als proxy voor bewolkingsgraad. Immers: meer wolken betekent minder zonuren.
Te zien is een opmerkelijk sterke correlatie tussen de invallende zonne-energie en het aantal zonuren. Iedereen die wel eens in de zon heeft gezeten is bekend met dat effect. De correlatiecoëfficiënt is R2 = 0,93, dat wil zeggen dat in deze grafiek de variatie van Q (SW down) voor 93% bepaald wordt door SQ (zonuren).
Fig.13 Data: KNMI
Nog sterker wordt de correlatie als we de periode 1980-2022 bekijken: R2 is dan maar liefst 0,96! De lineaire trendlijn en formule laten zien dat in die periode de hoeveelheid invallende zonne-energie in De Bilt maar liefst gestegen is met 32 W/m2, dat is een toename van meer dan 18%. Een deel van die SW down reflecteert en wordt dus niet opgenomen door het aardoppervlak. De stralingsmetingen in Cabauw tonen een albedo van 23%, die van De Bilt zal niet veel daarvan afwijken denk ik. Laten we uitgaan van een albedo in De Bilt van 25%, dan is de netto toename van de kortgolvige straling in de zomer van 1980 t/m 2022 dus 24 W/m2, ruim 13%! Het is ondenkbaar dat deze zeer sterke toename van SW netto geen effect zou hebben gehad op de temperatuurmetingen in De Bilt.
De stralingsforcering veroorzaakt door een verdubbeling van het CO2-niveau in de atmosfeer (ten opzichte van het pre-industriële niveau van 280 ppm) is ongeveer 3,7 W/m2. Zonder feedbacks zou dat uiteindelijk resulteren in een opwarming van de aarde van ruwweg 1 °C. Dat getal is eenvoudig te berekenen met behulp van de wet van Stefan-Boltzmann en is onomstreden. De toename van de SW netto tussen 1980 en 2022 is echter 6,5x groter dan het effect van verdubbeling van het CO2 gehalte!
Nu zou je uit de figuren 6 en 7 kunnen concluderen dat die opwarming als gevolg van een versterkt broeikaseffect en de enorme toename van de kortgolvige straling al ‘ingebakken’ zitten in de toename in de tijd van de temperaturen van die ‘windrichtingen’. Dat is op zich juist, maar alle energiestromen in figuur 7 – op advectie na – hebben lokale effecten.
Laten we advectie nu eens verwijderen door de energetische situatie op station Cabauw te bekijken op een windstille zomerdag. Windstil betekent geen aanvoer van energie uit de omgeving door wind, verder blijven alle energiestromen uit figuur 7 een rol spelen. In mijn Cabauwdata vond ik tussen 2001 en 2020 slechts 1 dag met volledige windstilte (vectorgemiddelde windsnelheid 0 m/s). Dat was 7 augustus 2018. De minimum temperatuur in de vroege ochtend was 16,3 °C, de maximum temperatuur ’s middags was 34,1 °C. Die opwarming was dus het resultaat van de opwarming door SW netto + LW down aan de ene kant en de afkoeling door LW up + SH + LH aan de andere kant. Een behoorlijke prestatie lijkt me, die natuurlijk bij het zoeken naar een verklaring voor de zomerse opwarming van 2 graden sinds 1901 niet over het hoofd gezien mag worden. Zodra het begint te waaien gaat advectie weer een rol spelen, maar altijd in combinatie met die andere energiecomponenten.
Fig.14 Bron: Copernicus
We zagen al dat in De Bilt vanaf 1980 de hoeveelheid invallend zonlicht (SW netto) in de zomer met maar liefst 24 W/m2 is toegenomen, dat is meer dan 13%. Dat correleert bijna perfect met de hoeveelheid zonuren in De Bilt die van 1980 t/m 2022 toenam van 519 tot 678 zonuren. Copernicus heeft op basis van satellietdata vanaf 1983 een grafiek gemaakt van het aantal zonuren in Europa, zie figuur 14. Het geeft de toename ten opzichte van de referentieperiode 1983-2012 weer. Het beeld van Europa is vergelijkbaar met dat van De Bilt, namelijk een sterke toename van het aantal zonuren. Zonder enige twijfel heeft die toename in heel Europa geleid tot hogere temperaturen. Dat betekent in elk geval dat de opwarming van de lucht die via Europa De Bilt bereikt voor een (aanzienlijk?) deel verklaard kan worden door de toename van de hoeveelheid zonlicht.
Fig.15 Achtergrond: Google Earth
Maar wat nu als het brongebied zich boven de Atlantische Oceaan bevindt, zoals bij W windrichting? Ik keek naar het gebied tussen 45-60 N en 50-10 W, zie figuur 15. De temperatuur op 2m hoogte boven het oceaanwater per maand vanaf 1950 vind ik in de data van ERA5 reanalyses, te vinden in de KNMI ClimateExplorer
Fig. 15 Data: ClimateExplorer
Afgezien van de uitschieter in 2023 is er weinig bijzonders te zien in de grafiek. De trend is positief met een toename van 0,38 °C over 74 jaren. Dat verklaart maar voor een heel klein deel de toename van de zomertemperatuur in De Bilt van 1950-2023 van 2,3 °C. Verder lijkt er een langjarige cyclus in het signaal te zitten (AMO?) waardoor de lijn schommelt. Met die advectie vanaf de oceaan komen we er dus niet. Ik vrees toch dat we óók de zon nodig hebben voor een acceptabele verklaring van de opwarming van Nederland.