Is Harlingen verantwoordelijk voor de nu gemelde versnelling van de zeespiegel?

In 2018 concludeerde onderzoeksinstituut Deltares nog dat er geen versnelling is te zien in de stijging van de Nederlandse zeespiegel. Rob de Vos was derhalve nogal verbaasd toen in de nieuwe ‘Zeespiegelmonitor 2022’ ineens de opzienbarende conclusie getrokken werd dat er wél sprake is van een versnelling in de zeespiegel na 1993, en een flinke ook. Er valt volgens hem inderdaad nogal wat af te dingen op die nieuwe conclusie.

Oorspronkelijk verschenen op klimaatgek.nl

Vier jaar geleden bracht het onderzoeksbureau Deltares de “Zeespiegelmonitor 2018”  uit. Daarin stond deze grafiek centraal:

Fig.1    Bron: Deltares

De grafiek laat met grijze puntjes de jaarlijkse gemiddelde relatieve waterhoogte zien van het ensemble van de 6 hoofdstations van Rijkswaterstaat, van 1890 tot 2018. De grote verschillen van jaar tot jaar worden vooral veroorzaakt door de wind: stormen kunnen het zeewater flink opstuwen. Om het effect daarvan te zien hebben de onderzoekers een model gemaakt dat het windeffect weergeeft (blauw).

Deltares schreef als conclusie:

“De zeespiegel langs de Nederlandse kust is niet versneld. Dit hadden we wel verwacht op basis van oude projecties. Dit is belangrijk in de context van welk zeespiegelindicator gebruikt wordt voor verschillende toepassingen. De stijging van de Nederlandse zeespiegel wordt onder andere gebruikt om te bepalen hoeveel met hoeveel zand de kust versterkt moet worden. We adviseren om de huidige zeespiegelstijging te gebruiken voor toepassingen tot maximaal 15 jaar vooruit. Dit sluit aan bij het advies van de adviescommissie van het Expertise Netwerk Water. Voor ontwerpen, beheersvragen en planologische vragen met een langere zichtduur adviseren we om op scenario gebaseerde projecties worden gebruikt.”

Enkele belangrijke zinnen in bovenstaande alinea heb ik vetgedrukt. Dat is ten eerste de constatering dat er geen versnelling zichtbaar is in de zeespiegelstijging van 1890 tot 2018, met en zonder wind. Ten tweede dat we voor de komende 15 jaar uit kunnen gaan van die constatering dat er geen sprake is van een versnelling van de zeespiegelstijging aan de Nederlandse kust.

Ook is men in het rapport van 2018 op zoek gegaan naar een ‘breuk’  in de datareeks. Nou meten satellieten sinds 1993 de zeespiegelhoogte en die satellietdata geven een hogere trend ( ruim 3 mm/jaar) weer dan de langjarige getijdemetingen ( 1,8 mm/jaar) die we al meer dan 100 jaar lang aan onze kust doen. Met behulp van een statistische methode vonden de onderzoekers toevallig een mogelijke trendbreuk rond 1993/1994, die werd toegeschreven aan de extreem lage zeespiegel in 1996 waardoor het stuk 1993-2018 een steilere trend kreeg. Het rapport:

“Hierin kunnen we aflezen dat het meest waarschijnlijke knikpunt in 1994 lag. De kansverdelingen van de trend voor en na overlappen dusdanig dat we concluderen dat de trend voor en na niet anders zijn.”

Enige verbazing overviel mij toen in de nieuwe  ‘Zeespiegelmonitor 2022’ de opzienbarende conclusie getrokken werd dat er wél sprake is van een versnelling in de zeespiegel na 1993, en een flinke ook:

Fig.2    Bron: Deltares

Ik lees:

Fig.3    Bron: Zeespiegelmonitor 2022

Die gewijzigde conclusie (2018 geen versnelling, 2022 wel versnelling) is dus het gevolg van een gewijzigde methodiek. Zoals we al in onze commentaarartikelen op de publicatie van Steffelbauer et al uit 2022 constateerden zijn de zeespiegeldata van Delfzijl onbetrouwbaar, omdat het betreffende meetstation door de gaswinning maar liefst 24 cm is gedaald.

Fig.4    Bron: Zeespiegelmonitor 2022

Het eerste verschil tussen de Zeespiegelmonitor 2022 en de Zeespiegelmonitor 2018 is dat het station Delfzijl voorlopig buiten beschouwing wordt gelaten totdat betrouwbare zeespiegeldata zijn gereconstrueerd. Het zou me overigens niet verbazen dat ook de data van Harlingen zijn beïnvloed  door delfstofwinning (zout en gas) van de afgelopen decennia.

Het tweede -principiële- verschil is dat de onderzoekers niet meer uit zijn gegaan van één lineaire trend, zoals in de monitor 2018, maar van een gebroken lineaire trend: een lineaire trend van 1890 tot 1993 van 1,8 ± 0,1 mm/jaar, en een trend vanaf 1993 van 2,9 ±0,4 mm/jaar. Het nieuwste rapport verdedigt dat door te stellen: “Deze toename past bij de verwachting, op basis van de kennis over de wereldwijde stand van de zeespiegel, van een langzaam opbouwende versnelling van de zeespiegelstijging.”  Daarbij maakt men geen melding van het feit dat die ‘kennis over de wereldwijde stand van de zeespiegel’ de data betreft van de satellietmetingen sinds 1993, niet van de langjarige getijdemetingen die al sinds midden van de 19e eeuw plaats vinden.

De aanpak van het team van de nieuwste Zeespiegelmonitor lijkt verder sterk op die van het Delftse onderzoeksteam van Steffelbauer et al uit 2022. Een en ander is uitgebreid beschreven in ons gebundelde commentaar dat hier te downloaden is.

Fig.5    Bron: LinkedIn

Dr. Hessel Voortman, expert op het gebied van kustverdediging, reageerde vorig jaar via Twitter op het Delftse rapport (figuur 5). Volgens Voortman is het gebruik van zonale en meridionale windstress door het Delftse team (en nu ook door Deltares) voor het corrigeren van de getijdemeetreeksen onjuist omdat omstandigheden zoals de vorm van het Noordzeebekken het windeffect sterk richtingsgevoelig maakt.

Voortmans tweede opmerking is fundamenteel statistisch van aard en betreft het verschil in lengte tussen de periode vóór en na de breuk. De trends van 1890-1992 en van de periode erna zijn niet met elkaar te vergelijken. Ook geofysicus Hans Erren wees op dat laatste:

Fig.6    Bron: LinkedIn

Laten we eens de meetgegevens van de 5 hoofdstations bekijken. PSMSL levert de data van de zeespiegelhoogte per maand, uitgedrukt in mm . Die data zijn oorspronkelijk afkomstig van Rijkswaterstaat. Om tijdreeksen van zeespiegelmetingen op veel verschillende station samen te stellen herleidt PSMSL de maandelijkse en jaarlijkse gemiddelden tot een gemeenschappelijk nulpunt, de “Revised Local Reference” (of “RLR”). Het RLR nulpunt op elk station is vastgesteld op ongeveer 7000 mm onder het gemiddelde zeeniveau, om negatieve getallen te voorkomen. Zie ook hier.

Fig.7    Data: PSMSL

De blauwe puntjes in figuur 7 zijn de maandgemiddelde zeehoogten (in mm RLR) van januari 1890 t/m december 2021 van het gemiddelde (ensemble) van de 5 stations.  Die stations zijn Vlissingen, Hoek van Holland, IJmuiden, Den Helder en Harlingen. De rode lijn is de lineaire trend over de gehele periode. De formule rechtsonder laat zien dat de trend over de gehele periode ongeveer 1,9 mm/jaar is. Dat betreft dan de relatieve zeehoogten ten opzichte van het vasteland. De absolute trend is ongeveer 1,5 mm/jaar vanwege de permanente daling van het land langs de Nederlandse kust. De zwarte lijn is de loess smoothing van de puntenwolk.

Die loesslijn volgt heel aardig de lineaire trendlijn, er zijn op het oog geen opvallende versnellingen waarneembaar. Weliswaar ligt die zwarte lijn vanaf 2015 iets boven de rode lijn, maar dat afwijken naar boven of naar benden komt wel vaker voor in de periode van 132 jaar, zoals te zien is. Rond 1993 ligt de loesslijn wat lager dan de lineaire trendlijn. Zou je een rechte lijn van 1993 tot 2021 trekken dan ligt die ietsjes steiler dan de rode lijn. Het Deltaresteam stelt nu dat dat een teken is dat er sprake is van een significante versnelling sinds 1993.

Fig.8    Data: PSMSL

De grafiek van figuur 8 geeft de gemiddelde jaarlijkse zeehoogten van het ensemble van 5 stations weer. Uiteraard is de trend over de gehele periode gelijk aan die van de maandelijkse data van figuur 7. Vergelijken we nu figuur 8 (op basis van de gemeten zeehoogten) met de grafiek van figuur 2, dan valt meteen op dat in de grafiek van de Zeespiegelmonitor het deel vanaf 1993 veel steiler is dan in de grafiek van figuur 8. Dat komt omdat de Deltaresgrafiek niet de gemiddelde gemeten zeehoogten weergeeft, maar de zeehoogten gecorrigeerd voor de zgn. windopzet en het nodale getij. In het bijschrift onder figuur 2 staat: ”De nieuwste waarnemingen veranderen dit beeld”. Die waarnemingen zijn niet de gemeten zeehoogtedata maar de data na windcorrectie en correctie voor de nodale cyclus. 

Fig.9    Bron:  Zeespiegelmonitor 2022

In figuur 2 wordt de waterstand dus niet beschreven volgens bovenstaande formule maar gecorrigeerd voor wind en getij. In de figuren 7 en 8 wordt de waterstand gegeven zoals die gemeten is door Rijkswaterstaat. Deltares doet dus in zijn Zeemonitor 2022 vrijwel hetzelfde als Steffelbauer et al vorig jaar deden in hun publicatie.

Voorwaarde bij het team van Deltares voor de uiteindelijke modelkeuze (welk model is beter dan lineaire model) was dat er sprake moest zijn van een significante versnelling. In de paper van Steffelbauer et al was die significantie van de trendbreuk in 1993 kunstmatig. Voor de Zeespiegelmonitor 2022 heb ik voor de afzonderlijke tijdreeksen van de 5 stations grafieken gemaakt met een voortschrijdende 30-jarige trend.

Fig.10    Data: PSMSL

De grafiek laat voor elk jaar de trend zien van de 30 volgende jaren. De eerste staaf is dus de trend van 1890 t/m 1919, enzovoort, de laatste staaf is die van 1993 die de trend weergeeft van de laatste periode 1993 t/m 2021. Die laatste trend is relatief hoog met 3,8 mm/jaar. Maar opvallend is dat er nog twee toppen zijn met een trend boven de 2,5 mm/jaar, en twee dalen met een lage, zelfs negatieve trend.

Fig.11    Data: PSMSL

De grafiek van Den Helder toont ook een top nabij 1993, maar er zijn vanaf 1890 nog drie andere toppen zichtbaar, waarvan de hoogste rond 1970. Verder zijn er nog een drietal dalen zichtbaar, waarvan die van rond 1905 en rond 1948 een zeer lage trend vertonen.

Fig.12    Data: PSMSL

De reeks van IJmuiden laat geen trendtop zien rond 1993, wel rond 1920 en 1970. Ook hier een opvallend dal eind jaren ’40.

Fig.13    Data: PSMSL

De reeks van Hoek van Holland vertoont rond 1993 een lichte verhoging maar de toppen met de hoogste trend vielen aan het begin van de reeks en met name eind jaren ’50. Rond 1936 daalde de trend tot om en nabij 0.

Fig.14    Data: PSMSL

Vlissingen vertoont een top rond 1993, maar een iets hogere trend rond 1915. Een diep dal tot 0 mm/jaar is te zien eind jaren ‘40, zoals dat ook het geval was in IJmuiden en Den Helder.

De grafieken laten een paar dingen zien. In de eerste plaats dat alleen station Harlingen de hoogste trend vertoont rond 1993. De vier andere stations tonen hogere trends veelal op andere momenten in de 132 jarige tijdreeksen. 1993 is dus geen opvallend gemeenschappelijk ‘knikpunt’.

In de tweede plaats zijn de verschillen voor wat betreft het verloop in de tijd van de trendhoogte  tussen de 5 stations groot. Er lijkt een soort tweedeling te zijn tussen de Waddenzeestations (Delfzijl hier niet getoond) en de Noordzeestations. Den Helder neemt een soort tussenpositie in. Die onderlinge verschillen zijn zo groot dat ik me afvraag of het wel verantwoord is om te werken met een ensemble van de 5 stations. De suggestie van een gemeenschappelijk knikpunt rond 1993 wordt wel gewekt als men de trendgrafiek van het ensemble bekijkt:

Fig. 15    Data: PSMSL

Dat er een opvallend verschil is tussen de Waddenzeestations en de Noordzeestations kan wijzen op een mogelijk sterke invloed van de windrichting. Hessel Voortman wees al op het onjuiste gebruik van zonale en meridionale windstress voor het corrigeren van de getijdemeetreeksen, omdat gegevens zoals de vorm van het Noordzeebekken het windeffect sterk richtingsgevoelig maakt. Daar moet ik nog eens nader naar kijken.

Tot slot: ik ben een liefhebber van het analyseren van complexe zaken, en de zeespiegelhoogte is er een van. Het lijkt me daarom een prima idee om de invloed van de nodale cyclus en de wind op de zeehoogten te bestuderen. Het lijkt me echter een slecht idee om dergelijke data in een model te stoppen om daarmee een soort namaak-zeehoogten te creëren, met vergezichten naar de toekomst.

Laten we houden bij wat we waarnemen, en niet vervallen in wat we zouden móeten waarnemen, de ‘what if’ benadering. Modellen kunnen leuk zijn en kunnen waarnemingen aanvullen, maar moeten niet in de plaats komen van waarnemingen.

De beroemde Amerikaans-Hongaarse wiskundige  John von Neumann zei ooit: “With four parameters I can fit an elephant, and with five I can make him wiggle his trunk.” Hiermee bedoelde hij dat je niet onder de indruk moet zijn als een complex model goed past bij een dataset, in dit geval de altimetriedata van de satellieten sinds 1993. Met genoeg parameters kun je elke dataset passend maken. Maier et al (2010) hebben de quote van Neumann in de praktijk gebracht en met een handvol parameters een olifantje gecreëerd dat met zijn slurf kon zwaaien (figuur 16).

Fig.16     Bron: Mayer et al