Extreme wind en druk in de ECMWF seizoensverwachtingen

De combinatie van de seizoensverwachtingen van het ECMWF (system-4) levert een wereldwijde dataset van meteorologische gegevens op die cumuleren tot 6282 jaar. Deze verwachtingen zijn geinitialiseerd over de periode 1981-2015, en beschrijven dus het huidige klimaat. De 10m-wind over zee correspondeert goed met waarnemingen, mits in ogenschouw wordt genomen dat de modeluitvoer een lagere resolutie heeft in tijd en ruimte.

Wereldwijde analyse laat zien dat het model geen indicaties geeft voor een bovengrens in de wind of een ondergrens in de druk. Mochten deze grenzen er al zijn, dan liggen ze ver buiten het bereik dat van belang is voor de hydraulische belastingen.

De ECMWF data is gebruikt om het waterstandsmodel WAQUA-DCSMv5 aan te drijven. De klimatologie van extreme waterstanden langs de Nederlandse kust komt verrassend goed overeen met de waarnemingen. De mogelijk lichte onderschatting die de ECMWF/WAQUA-DCSMv5 combinatie laat zien voor Hoek van Holland kan het gevolg zijn van de (te) lage resolutie van het ECMWF model.

De meest extreme stormen zorgen voor eens-in-de-1000-jaar waterstanden over een groot gebied. De maatgevende stormen zijn dus groot van omvang. Verwacht mag worden dat de voorspelbaarheid derhalve hoog is.

Er zijn vanuit de system-4 ECMWF data geen indicaties dat de GEV verdeling van de waterstand langs de Nederlandse kust een negatieve vormparameter heeft (dwz omhoog kromt op een Gumbelplot). Daarmee geeft extrapolatie vanuit een Gumbel verdeling een conservatieve schatting van de hydraulische randvoorwaarden.

Extrapolatie van de wind en de druk op zeeniveau leiden gemiddeld tot een onderschatting voor grote herhaaltijden, terwijl extrapolatie van de geostrofe wind tot overschatting leidt.

De sinds September 2017 beschikbare data van system-5 (5400 jaar, met een hogere resolutie en meer parameters dan system-4) biedt veelbelovende perspectieven, zoals het verband tussen wind en stress bij hoge winden. Dit is van groot belang voor Werkpakket 3.

De ECMWF seizoensverwachtingen - van system-4 en waarschijnlijk ook van system-5 - vormen samen een dataset van meer dan 10,000 jaar van uitstekende kwaliteit. Met deze dataset kan de statistische onzekerheid die de extrapolatie vanuit de waarnemingen kenmerkt, met een factor 10 verkleind worden. Ook de impliciete aannames die gedaan worden bij de statistische extrapolatie (zoals over de opschaalbaarheid van stormen, over de ruwheidstoename van het zee-oppervlak, en over het wel of niet bestaan van fysische bovengrenzen) kunnen met de ECMWF dataset onderzocht worden. Hoewel het gebruik van modeldata onzekerheden met zich meebrengt, wegen deze niet op tegen de voordelen. We adviseren daarom om de hydraulische randvoorwaarden in te toekomst te baseren op resultaten van modellen in plaats van op extrapolatie vanuit waarnemingen