Waarom de Limburgse over-stroming een klimaatcomponent had en hoe dat werkt

De overstroming
Ten tijde van dit artikel stond het aantal doden van de overstroming in Limburg, België en Duitsland op ongeveer 200, en is er voor miljarden schade aangericht. Alleen al in de gemeente  Valkenburg werd de schade getaxeerd  op 400 miljoen euro.

Wat opviel is dat er veel regen per uur viel, dat de regen lang viel, en dat het buiencomplex zich nauwelijks verplaatste.

Meteen al werd gezegd, ook door politici en bestuurders, dat de ramp een klimaatcomponent had. Dat is ook zo (en de kans op herhaling neemt dus toe). Maar waarom is dat zo en hoe zit het mechanisme in elkaar?

(Spoorlijn in Limburg in juli 2021 – foto Prorail)


Wie een situatierapportage wil zien op Nieuwsuur van 17 juli 2021, en Kuipers Munneke die het uitlegt, kan terecht op https://nos.nl/nieuwsuur/video/2389772-hoe-speelt-klimaatverandering-een-rol-bij-de-watersnood-in-limburg .

EPP’s en SEPP’s
Eerst even een citaat.

Our results suggest that storms will have higher peak intensity, longer duration and will be more frequent across the whole of Europe. Current storms already produce a large number of flash floods, with their potential impact depending on land use, terrain slope, drainage, and other factors. SEPP increases would significantly increase this flash flood potential, as an MCS would be more likely to “stagnate” on a locality, exposing it to extreme precipitation of longer duration.”.

Dit is geen beschrijving  van ‘Limburg’, maar een wetenschappelijke analyse die er toevallig net aan vooraf ging. Het citaat komt uit de studie “Quasi-Stationary Intense Rainstorms Spread Across Europe Under Climate Change” en stond in de Geophysical Research Letters van 16 juli 2021. De studie is open access en te vinden op https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2020GL092361 (en daar .pdf te downloaden). De hoofdauteur is Abdullah Kahraman van de Universiteit van Newcastle.
De timing klinkt helderziend, maar er is veel wetenschap op dit gebied en de statistische kans dat een nieuw artikel samenvalt met een ramp wordt steeds groter.
Kahramans onderzoeksgebied is het grootste deel van Europa en de Middellandse Zee, maar men kan voor Canada en de VS vergelijkbare uitspraken doen.

Het verhaal bevat veel meteorologenvaktaal en is daarom taai om te lezen. Als je je best doet, krijg je er toch wel iets van mee.
Een MCS is een Mesoscale Convective System. Dat is een al eerder gedefinieerde vakterm en is een georganiseerd cluster van onweersbuien, dat ten minste enkele uren aanhoudt en een aaneengesloten neerslaggebied vormt. Op onze breedtegraden is zo’n ding typisch 100km groot en houdt het minstens drie uur uit, hoewel het bijbehorende wolkendek nog langer kan bestaan.

Wie zonder vaktaal een indruk wil krijgen en ook een reactie van het KNMI wil lezen, kan ook op een goed artikel in de NRC terecht, op www.nrc.nl/nieuws/2021/07/18/buien-zullen-vaker-lang-blijven-hangen-a4051551#/handelsblad/2021/07/19/#106/ .

Kahraman heeft geprobeerd in te schatten wat er uit zo’n complex kan komen en hoe groot de kans is dat dat, nu en in de toekomst, gebeurt. Nu zijn dit complexe verschijnselen en niet alle water, wat in zo’n systeem zit, haalt daadwerkelijk de grond (kan onderweg ook weer verdampen), dus heeft hij een vereenvoudigd begrip Extreme Precipitation Potential (EPP) gedefinieerd, zijnde een systeem waarin de luchtvochtigheid en de stijgsnelheid binnen het buiencomplex minstens drie uur  boven bepaalde drempels zit.
Als een EPP ‘Slow-moving’ is (‘slow’ is, versimpeld uitgedrukt, < 3m/sec) is de EPP in praktijk quasi-stationair (de titel van het artikel) en heet het een SEPP.
Limburg e.o. was dus de praktijkuitvoering van het geIdealiseerde begrip SEPP.

Vervolgens heeft Kahraman er als randvoorwaarde klimaatscenario RCP8.5 ingestopt. Dat is een heftig  scenario, op basis waarvan het in 2100 4,3°C warmer wordt. De wereld streeft ernaar om een stuk minder op te warmen en het is goed om dat als relativerende kanttekening bij het artikel te plaatsen.
Het zo aangestuurde rekenmodel rekent over de 10 jaar 1998 t/m 2007, en over een 10 jaar-periode rond het jaar 2100.  

Het resultaat laat zich vangen in onderstaande afbeelding.
De kleurcode geeft daarin aan het jaargemiddelde aantal EPP’s en SEPP’s per 100*100 – blok in de periode rond 2000 en de periode rond 2100.
Als de EPP’s en de SEPP’s gelijkmatig verdeeld zouden zijn (wat niet zo is) zou het aantal EPP’s van 24 naar 175 per 100*100km gaan (*7,4), en het aantal SEPP’s van 0,7 naar 7,2 (*bijna 11).


In de afbeelding hieronder het maandgemiddelde aantal gebeurtenissen (EPP, SEPP, >100mm/uur en >200mm/uur) in het onderzoeksgebied als geheel, voor alle maanden. Dit om het seizoenseffect te tonen.
Als je de vertikale as door 880 deelt, heb je het gemiddelde aantal per maand op 100*100km.

Klimatologische oorzaken: vochtige lucht en de veranderende straalstroom
De pers zegt dat de heviger regenval komt omdat er meer waterdamp in de lucht zit, waardoor er bij een bui meer uitkomt. Dat is waar: de natuurkunde van de dampspanning (die in een grijs verleden nog op het curriculum van het VWO stond) leert dat in de praktisch bestaande omstandigheden van de atmosfeer elke °C meer temperatuur leidt tot 7% meer mogelijke waterdamp in de lucht (dus als die lucht verzadigd is).
Een bijkomend element, zegt Kahraman, is dat in de zomermaanden de stijgsnelheid van de vochtige drempel vaker boven de drempel van 2m/sec komt.
In feite legt de pers hier dus een EPP uit.
Ook Kuipers Munneke legt op Nieuwsuur een EPP uit (zonder dat zo te noemen). Kuipers Munneke zegt dat de combinatie van beide effecten (vochtiger lucht en meer stijgsnelheid) erop neer komt dat 10 C warmer 15% meer regen betekent.

Om uit te leggen waarom het aantal SEPP’s nog meer stijgt dat het aantal EPP’s, is een aanvullende verklaring nodig.
Een buiencomplex reikt tot grote hoogte en de verplaatsingssnelheid van het complex aan de grond hangt daardoor af van de windsnelheden op grote hoogte. Kahraman suggereert dat zijn uitkomsten verklaard kunnen worden door aan te nemen dat de klimaatverandering de straalstroom ’s winters versnelt en ’s zomers vertraagt. De winterstormen zouden dan sterker moeten worden.

Het laatste wetenschappelijke woord is er nog niet over gezegd.

Waarom doet het klimaat iets met de straalstroom?
Eerst: wat is de straalstroom?
De straalstroom is een soort meanderende rivier van lucht op 10 km hoogte. Zie ter illustratie een afbeelding van de National Weather Service van de VS (dienst NOAA). Die legt het mooi uit op www.weather.gov/jetstream/longshort/  .

De wind binnen de straalstroom gaat hard (kleine 200km/uur). Daarom duurt een vliegreis van de VS naar Europa korter dan andersom en zijn er vogels die hem voor de trek gebruiken.
Het patroon van de straalstroom als geheel beweegt meestal langzaam naar het oosten, maar soms staat het stil of schuift zelfs terug.
De straalstroom op grote hoogte heeft invloed op de hoge- en lagedrukgebieden op de grond. Bij een bult naar buiten ligt aan de Noordkant een  gebied waar de lucht, tegen de klok indraaiend omhoog komt – aan de grond ligt dan een lagedrukgebied of depressie. Bij een bult naar binnen ligt aan de zuidkant een gebied waar de lucht, met de klok meedraaiend, omlaag gaat – aan de grond ligt dan een hogedrukgebied.
Stijgende lucht (in  een lagedrukgebied) koelt af en regent uit – boven Limburg lag dus een depressie. Dalende lucht warmt op en is droog – in het recente bosbrandgebied in het westen van Canada en de VS, en in de afbeelding in Spanje.
Dit alles is te simpel verteld. In werkelijkheid is de straalstroom, en zijn relatie met wat aan de grond gebeurt, een complex en dynamisch proces. OP het eind van dit verhaal een mooie simulatie van de NASA.

Maar simpel is daarentegen weer dat de straalstroom natuurkundig in essentie een warmtemachine is die opereert bij de gratie van een temperatuurverschil. Net als een straalmotor warmte in beweging omzet bij de gratie van een temperatuurverschil tussen pakweg 2500°C binnen de motor en -40°C erbuiten, zo zet de straalstroom warmte om in beweging bij de gratie van een temperatuurverschil tussen evenaar en polen (in dit geval de Noordpool).

De extra broeikasgassen in de atmosfeer verwarmen de polen twee tot drie keer zo snel als de evenaar. In  meteorologenjargon heet dat de Arctic Amplification. Kahraman verwijst daarnaar.
Daardoor wordt met name ’s zomers het verschil tussen pool en evenaar kleiner, en daarmee ook de drijvende kracht van de straalstroom. Stilstaande weerpatronen worden waarschijnlijker en daarmee is de toename van de S in SEPP uitgelegd.
Omdat het temperatuurverschil tussen evenaar en pool in de winter groter is dan in de zomer, is het verklaarbaar dat SEPP’s vooral in de zomer bestaan.

Zolang de klimaatverandering het temperatuurverschil tussen evenaar en polen blijft terugdringen, is het SEPP-probleem structureel.

Dit is een still uit een mooie NASA-simulatie van de straalstroom. Het complexe karakter wordt in bewegende beelden veel duidelijker. De speelduur is ongeveer een maand in juni en juli 1988.
De animatie is te vinden op http://www.weather.gov/media/jetstream/constant/jetstreamanimation.mp4 .

Voor een eerder artikel (al weer december 2014) op deze site zie Extreem weer, straalstroom en klimaat en (uit 2021) Artikel over hittegolf in Canada en profetisch over extreme regenval .

Artikel over hittegolf in Canada en profetisch over extreme regenval

In Change van 11 juli 2021 (van Romy de Weert) staat een beschouwing die een groep geleerden van top-instituten uitgebracht heeft, en die in eerste instantie gaat over de extreme hitte en resultarende bosbranden in Canada en de VS (in Lytton bijna 50 graad C, kort daarna brandde het grotendeels af). Het is uiterst waarschijnlijk dat dit zonder de klimaatopwarming niet gebeurd was.

Vanwege de uniciteit van de hittegolf is het moeilijk statistische betrouwbaar iets te zeggen. De geleerden handelen alsof dit een zeer zeldzame gebeurtenis binnen gangbare klimaatscenario’s tot nu toe, maar noemen voor verder onderzoek dat hier een ‘tipping point’ gepasseerd is ( ‘The second option is that nonlinear interactions in the climate have substantially increased the probability of such extreme heat, much beyond the gradual increase in heat extremes that has been observed up to now. We need to investigate the second possibility further, although we note the climate models do not show it‘)

Het oorspronkelijke artikel waarop Change zich baseerde, is te vinden op www.worldweatherattribution.org/western-north-american-extreme-heat-virtually-impossible-without-human-caused-climate-change/ . Op deze webpagina een downloadmogelijkheid van het oorspronkelijke onderzoek zelf.
Het artikel in Change dat er op gebaseerd is is te vinden op www.change.inc/advies-en-dienstverlening/kans-op-extreme-weersomstandigheden-neemt-razendsnel-toe-ook-in-nederland .

Lytton op 01 juli 2021

In tweede instantie gaat het artikel in Change over Nederland.
De koppeling is dat aan het oorspronkelijke hitte-onderzoek is dat bij bovengenoemde grep geleerden ook twee mensen van het KNMI zaten (Sjoukje Y. Philip en Geert Jan van Oldenborgh), en directeur Maarten van Aalst, directeur van het Klimaatcentrum van het internationale Rode Kruis (ik wist niet eens dat dat bestond). Van Aalst is ook hoogleraar in Twente.
Verder onderzoekers van de internationale crème de la crème topuniversiteiten.

Vanwege de Nederlandse connectie interviewde Van Weert Maarten van Aalst voor wat uiteindelijk uiteindelijk bovengenoemd atikel in Change werd.
Vam Aalst nam de gelegenheid te baat om ook naar de Nederlandse rampenpreparatie te kijken.

Zo zijn hittegolven in Nederland tien keer waarschijnlijker geworden. “Hitte in Nederland is echt iets waar we ons zorgen om moeten maken”, aldus Van Aalst. De afgelopen twee jaar was hitte in Europa de dodelijkste ramp in de wereld, en als we niet oppassen staat Nederland straks boven aan de lijst. “Het hitteprobleem is iets wat bijna niemand zich realiseert. We denken vaak aan een leuke dag aan het strand, maar voor kwetsbare groepen is het een ramp.

Waarna Van Aalst over extreme regenval begon. “Maar ook de kans op extreme regenval is de afgelopen jaren door klimaatverandering steeds groter geworden“.
Dit bleek profetisch. Het Change-artikel dateerde van 11 juli 2021 en een paar dagen later stond Limburg en aangrenzend Duitsland en België onder water. Dd dat dit artikel geschreven werd, stond het dodental in Duitsland op 49.

Hieronder het artikel in Change van 11 juli 2021.

Heerlen, 14 juli 2021

‘De kans op extreme weersomstandigheden neemt razendsnel toe, ook in Nederland’

De extreme hitte in Canada en delen van de VS wordt overduidelijk veroorzaakt door klimaatverandering. Dat blijkt uit een recent onderzoek waar meerdere Nederlandse instituten aan meewerkten. De kans op extreme weersomstandigheden, zoals hittegolven neemt toe, ook in Nederland. Hoe kunnen we ons hierop voorbereiden?

Canada en delen van de VS werden vorige week getroffen door extreme hitte met bosbranden tot gevolg. Een groep internationale onderzoekers – waaronder een aantal uit Nederland – analyseerde de hittegolf. Wat blijkt? De hittegolf had nooit plaatsgevonden zonder door de mens veroorzaakte klimaatverandering.

Maarten van Aalst, directeur van het Klimaatcentrum van het internationale Rode Kruis en hoogleraar aan de Universiteit Twente is medeauteur van het onderzoek. “Twintig jaar geleden wilde de gemiddelde klimaatwetenschapper geen link leggen tussen klimaatverandering en hitte, omdat het weer vaak grillig van zichzelf is. Inmiddels kijken we daar anders naar”, zegt Van Aalst. De onderzoekers keken naar trends in zulke extremen in de waarnemingen van de afgelopen decennia. Vervolgens vergeleken ze met behulp van klimaatmodellen de resultaten mét en zonder de uitstoot van broeikasgassen. “De kans dat extreme weersomstandigheden zoals hitte voorkomen is razendsnel toegenomen. Ook in Nederland”, zegt Van Aalst.

Zo zijn hittegolven in Nederland tien keer waarschijnlijker geworden. “Hitte in Nederland is echt iets waar we ons zorgen om moeten maken”, zegt de wetenschapper. De afgelopen twee jaar was hitte in Europa de dodelijkste ramp in de wereld, en als we niet oppassen staat Nederland straks boven aan de lijst. “Het hitteprobleem is iets wat bijna niemand zich realiseert. We denken vaak aan een leuke dag aan het strand, maar voor kwetsbare groepen is het een ramp.”

Extreme regenval en overstromingen

“Bij klimaatverandering in Nederland denkt iedereen gelijk aan een stijgende zeespiegel. En dat is ook hoe we er klassiek over nadenken met risicomanagement”, vertelt Van Aalst. “Bij tien centimeter zeespiegelstijging verhogen we onze dijken met tien centimeter en dan zijn we weer veilig. Maar ook de kans op extreme regenval is de afgelopen jaren door klimaatverandering steeds groter geworden.”  Die twee – zeespiegelstijging én de kans op extremere regenbuien, zorgt dat het lastiger wordt om van het water af te komen. “Met die gedachte hebben we maatregelen uitgevoerd om het water weg te krijgen. Maar tegelijkertijd zag je dat droogte in Nederland afgelopen zomer een groot probleem was.”

Van Aalst ziet dat er meerdere problemen zoals extreme regenval en droogte steeds erger worden. “Oplossingen voor het ene probleem kunnen het andere probleem versterken. Het is belangrijk om op zowel lokaal als landelijk niveau te kijken naar hoe we ons kunnen voorbereiden op extremer weer.” Zo werd Europa in 2003 getroffen door een extreme hittegolf waarbij tienduizenden doden vielen. “Er werden toen in Nederland nog geen hittewaarschuwingen afgegeven. Toen we in 2006 opnieuw aan de beurt waren is er besloten dat we hitte serieuzer moeten nemen.” Inmiddels bestaat er een nationaal hitteplan. “Als het KNMI een hittegolf ziet aankomen gaat er een hitte-alarm af. Er worden dan bepaalde protocollen in ziekenhuizen en verpleeghuizen gehanteerd die de kwetsbaren moeten beschermen. Maar er zijn ook een hele hoop kwetsbaren die op zichzelf wonen. Hoe bereiken we die dan?”

Limburg 13 juli 2021 (foto NOS)

Lokaal en landelijke maatregelen voeren

Daar ligt volgens Van Aalst de grootste uitdaging. De groep kwetsbaren bereiken waar geen oogje in het zeil gehouden wordt. “Op korte termijn kunnen steden denken aan koelcentra creëren in bijvoorbeeld gymzalen en overheidsgebouwen, waar airco en voldoende drinkwater is.” Op lange termijn moeten steden de vraag stellen: hoe houden we onze stad koel?  “In Den Haag is de Schildersbuurt een hitte-hotspot. Die buurt kun je verkoelen door meer groen te planten. Maar je ziet dat het beleid soms niet aansluit bij de echte nood, want de meeste subsidies voor vergroening gaan naar plekken in de stad die al groen zijn”, zegt Van Aalst.

De verlate aanpak tegen hitte in Nederland is volgens Van Aalst te verklaren omdat extreme warmte nieuw is voor ons land. “Oorspronkelijk hebben we hitte in Nederland nooit als een probleem ervaren. Daarom lopen de plannen nog achter. We moeten het dus heel praktisch aanpakken: wat kunnen we per stad doen om een extreme weerssituatie voor te zijn?”

Zie https:// .