Eerst onderzoeken we hoe de gemeten uursom van 79 mm in Herwijnen past binnen de waarnemingen van uurneerslag in Nederland. Figuur 1 laat waarnemingen van de uurneerslag zien voor verschillende tijdvakken, afgeleid uit alle beschikbare uurneerslag gegevens van Nederland. Deze gegevens komen van circa 30 KNMI-stations waar de hoeveelheid neerslag continue wordt gemeten. Hierbij is aangenomen dat de data op verschillende stations onafhankelijk is, en dat er geen systematische verschillen tussen de stations bestaan. De figuur geeft de herhalingstijd weer van een neerslaghoeveelheid voor een vaste, maar willekeurig gekozen, plaats in Nederland. Bijvoorbeeld, in het tijdvak 1970-1999 viel gemiddeld eens per 10 jaar een neerslaghoeveelheid van 25 mm op een willekeurige plaats in Nederland.
Duidelijk is te zien dat de hoeveelheid gemeten in Herwijnen zeer uitzonderlijk is; het is de hoogste waarneming van uurneerslag ooit gemeten in Nederland. Op andere waarnemingstations heeft het op 28 juni 2011 niet zo hard geregend, maar wel rapporteerden zes stations op die dag een uursom van rond de 20 mm (tussen 17.8 en 26.3 mm), hetgeen overeenkomt met een herhalingstijd van tussen de 2 en 10 jaar. We merken wel op dat de ruimtelijke schaal van de intense kern van een bui ongeveer 10 km is. Het daarom goed mogelijk dat intense buien gemist worden door het waarnemingsnetwerk van ca. 30 stations, en dat het elders ook erg hard heeft geregend.
Ook blijkt dat de vier hoogste waarnemingen gemeten in Nederland (de vier punten in de grafiek) allen in de laatste 10 jaren zijn opgetreden. Echter, ook voor het optreden van minder extreme gebeurtenissen is er sprake van een toename. Voor herhalingstijden tot 10 jaar is deze toename in intensiteit ongeveer 15 % ten opzichte van het eerdere tijdvak 1970-1999.
Er lijkt derhalve een duidelijke positieve trend te bestaan in de hoeveelheid uurneerslag. Omdat het echter vrij zeldzame gebeurtenissen betreft is de statische onzekerheid redelijk groot. Daarom onderzoeken we hieronder of we de waargenomen veranderingen op fysische gronden kunnen verklaren.
Er is een zeer sterke relatie tussen de hoeveelheid vocht in de atmosfeer en extremen in de uurneerslag. Figuur 2 laat deze relatie zien, afgeleid uit waarnemingen van de laatste 15 jaar. Hierbij wordt als maat voor de hoeveelheid vocht in de atmosfeer de dauwpuntstemperatuur gebruikt. (Het dauwpunt is de temperatuur waarbij condensatie van waterdamp optreedt; dit hangt af van de hoeveelheid waterdamp, niet van de temperatuur). De rode, gestippelde lijnen in het figuur geven een toename van 14 % per graad aan. Dit is een exponentieel verband waarbij de hoeveelheden op de verticale as steeds verdubbelen. Duidelijk is te zien dat de extremen van de neerslag ongeveer een afhankelijkheid van 14 % per graad volgen. Een verdubbeling van de intensiteit treedt bij een toename van iets meer dan 5 graden op. Dit betekent bijvoorbeeld dat als een bui die optreedt bij een dauwpunt van 13 graden een intensiteit heeft van 16 mm (het 99.9 percentiel in Figuur 2) “dezelfde” bui al 32 mm per uur produceert wanneer deze optreedt bij een dauwpunt van 18 graden.
Dezelfde relatie tussen neerslagintensiteit en luchtvochtigheid (dauwpuntstemperatuur) wordt ook gevonden in andere observaties, waarvan Hong Kong. In het in de tropen gelegen Hong Kong is het echter veel vochtiger dan in Nederland, en dit leidt tot neerslagintensiteiten die wel drie keer zo hoog zijn als hier gebruikelijk.
Het is belangrijk om te realiseren dat deze sterke toename geldt voor de intensiteit van buien; de gemiddelde neerslag over een maand of jaar is veel minder sterk aan de temperatuur gekoppeld.
Waardes van de dauwpuntstemperatuur van boven de 20 graden zijn in Nederland zeldzaam. In dergelijke gevallen voelt het buiten erg benauwd aan. Op 28 juni 2011 was de lucht uitzonderlijk vochtig. Vlak voor de bui was het dauwpunt in Herwijnen circa 22 graden. De voorwaarden voor het optreden van een bui met extreme neerslagintensiteit waren dan ook heel gunstig.
Wanneer de temperatuur stijgt zal de maximale hoeveelheid vocht die de atmosfeer kan bevatten ook toenemen. Wanneer nu de relatieve vochtigheid niet al te veel verandert – en daar zijn goede redenen voor wanneer het gaat over klimaatverandering in Nederland – dan zal de dauwpuntstemperatuur even hard als de temperatuur stijgen. Met de bovenstaande resultaten verwachten we dus een toename van 14 % per graad in de intensiteit van extreme buien.
De temperatuur in de laatste tien jaar is ruim een graad hoger dan in het tijdvak 1970-1999. Met het bovenstaande in gedachten zijn de waarnemingen van het eerdere tijdvak met 15 % verhoogd, en het resultaat wordt weergegeven door de grijze lijn in Figuur 1. Tot een herhalingstijd van 10 jaar is deze data (grijze lijn) nu in overeenstemming met die van de laatste tien jaar (rode lijn). Ofwel, de intensiteit in de laatste jaren is ongeveer 15 % hoger dan in de 30 jaar ervoor – dit in overeenstemming met de temperatuurstoename en de 14 % per graad afhankelijkheid in Figuur 2. Een analyse van de data van De Bilt over een langere periode 1906-2010 laat een soortgelijk resultaat zien; er is een opvallend goede overeenkomst tussen de variaties in de neerslagintensiteit en variaties in het dauwpunt. Deze laatste volgt de toename in de temperatuur.
Voor herhalingstijden in Figuur 1 tussen de eens per 10 en eens per (bijna) 100 jaar geldt wel dat de huidige neerslagintensiteiten niet 15 % hoger zijn dan die in de periode 1970-1999; de rode lijn ligt onder de grijze lijn. Dit komt hoofdzakelijk doordat voor deze lange herhalingstijden slechts weinig waarnemingen zijn, en de statistische ruis daardoor toeneemt. We merken ook op dat een toename van 15 % niet de vier waarnemingen van de hoogste uurintensiteit in de laatste 10 jaar (de 4 punten in Figuur 1) kan verklaren. Ook onder de huidige opwarming, en toename van de intensiteit, lijken dit uitzonderlijke gebeurtenissen te zijn.
Hoe vertaalt zich een toename van 15 % in de intensiteit van buien in een toegenomen kans op een neerslagextreem? Deze kans neemt sneller toe dan misschien gedacht; de kans op een bui met 20 mm (of meer) in een uur verdubbelt hierdoor, van ongeveer eens per 5 jaar in 1970-1999 tot eens per 2.5 jaar in het recentste tijdvak. In het algemeen zal voor nog sterke extremen die kans zelfs nog meer toenemen. (Vergelijk het met wanneer alle auto’s op de snelweg ineens 10 % harder gaan rijden; op dat moment rijden veel auto’s te hard, veel meer dan 10%. Hoe sneller men rijdt, des te groter ook het absolute effect van een 10 % toename.)
Eenzelfde verband tussen kans op voorkomen en intensiteit is ook zichtbaar in Figuur 2. Bij 13 graden hoort bij het 99.9 percentiel (eens per 1000) een waarde van 16 mm; bij 18 graden is dat voor dezelfde neerslaghoeveelheid het 99 percentiel (eens per 100, dus 10 maal zo vaak). Dit wil zeggen dat een stijging van het dauwpunt met vijf graden enerzijds samen gaat met een verdubbeling van de neerslagintensiteit bij gelijke kans op optreden (langs een vast percentiel in Figuur 2). Anderzijds zorgt dezelfde temperatuurstijging voor een vertienvoudiging van de kans op optreden bij gelijke neerslagintensiteit (langs een horizontale lijn in Figuur 2).
Volgens de KNMI’06 scenario’s nemen de extremen van de dagelijkse neerslag toe. Er worden echter nog geen uitspraken gedaan over de intensiteit voor een kortere tijdsduur, zoals de hoeveelheid neerslag per uur zoals hier besproken. Bovenstaande resultaten wijzen op een substantiële toename van ook de uurlijkse neerslagintensiteit. De toename is waarschijnlijk groter dan die in de extremen van de dagneerslag. Omdat buien zoals op 28 juni 2011 vaak niet langer als een paar uur duren, is de uurgemiddelde neerslagintensiteit een betere indicator voor de heftigheid van de buien als de daggemiddelde intensiteit. De verwachting is dan ook dat buien in toenemende mate heftiger zullen worden.
Dit onderzoek is mede gefinancieerd door de stichting Kennis voor Klimaat (KvK).