Als onderdeel van de ontwikkeling van het KNMI naar een Early Warning Centre werken we aan het weer van vandaag in de toekomst en in het verleden. Deze methode wordt ook wel aangeduid als Future weather.
Zou het niet mooi zijn als je bij extreem weer ook een idee zou kunnen krijgen hoe dezelfde omstandigheden er in een warmere of juist een niet-opgewarmde wereld uit zouden zien? Hoeveel warmer of koeler was het dan geweest? Wordt die regenbui dan opeens een stortvloed, die sneeuw in een keer allemaal regen, of valt dat wel mee? Zou dit weer zonder opwarming dezelfde impact hebben gehad? Dat is wat we willen uitzoeken met het weer van de toekomst.
We hebben drie doelen in gedachten.
Dit betekent veel meer dan er overal een graadje bij optellen of aftrekken
Hoe komen we tot die zogenaamde weersverwachting van de toekomst? Wat nu volgt is een beetje technisch maar komt erop neer dat je probeert het weerbeeld zo veel mogelijk hetzelfde te houden (bijvoorbeeld die storm of die hitte- of koudegolf) en die dan met behulp van een klimaatmodel te plaatsen in een warmer of koeler klimaat. En dat betekent veel meer dan er overal een graadje bij optellen of aftrekken.
Allereerst heb je, net als voor een ‘gewone’ weersverwachting, een regionaal weer- of klimaatmodel nodig. Aan de randen wordt dit model gevoed met informatie van een wereldwijd weermodel en/of waarnemingen. Door nu de randen en zeewatertemperaturen van het regionale model te veranderen op een manier die past bij een mogelijk toekomstscenario, veranderen de weersystemen in het binnen-gebied van het regionale model mee. Op dezelfde manier kunnen we het huidige weer ook laten plaatsvinden in een koeler klimaat. De methode geeft daarmee antwoord op de vraag hoe dezelfde meteorologische omstandigheden zich zouden hebben ontwikkeld in een kouder of warmer klimaat.
Deze techniek wordt in de wetenschap de ‘Pseudo Global Warming’ methode genoemd, kortweg PGW. Het woord ‘Pseudo’ (betekenis: ‘schijn’ of ‘onecht’) wordt gebruikt om duidelijk te maken dat we het huidige weer in een toekomstig klimaat laten optreden. De methode geeft daarmee geen volledig beeld van het toekomstig klimaat. Zo nemen we het effect van mogelijke veranderingen in de grootschalige circulatie maar beperkt mee. Die circulatie wordt immers vastgelegd door de huidige weersituatie die we willen vertalen naar een warmer of kouder klimaat. We kunnen met de methode ook niet kijken naar de gevolgen van langere periodes met stilliggende hoge- of lagedrukgebieden.
Met PGW kunnen we wel in ongekend hoog detail naar processen en veranderingen kijken, en dit ook specifiek voor extreme weersituaties. Dit is slechts beperkt mogelijk bij de lange klimaatsimulaties die bijvoorbeeld voor de KNMI-klimaatscenario’s worden gebruikt. Vanwege de benodigde rekenkracht hebben deze te weinig detail of de simulaties zijn te kort om extremen goed te kunnen bestuderen. Er valt dus veel te winnen met de PGW-methode, maar we betalen ook een prijs doordat we alleen kunnen kijken naar al opgetreden weersbeelden en opeenvolgingen daarvan.
We richten ons niet op een specifieke datum, maar beschrijven alleen hoe het weer van nu er in de toekomst uit zou kunnen zien als deze weersituatie zich dan voor zou doen
Een veelgestelde vraag aan het KNMI is hoe het toch mogelijk is iets over de toekomst te zeggen als zelfs de weersverwachting voor de dag van morgen onzeker is. Dit komt omdat we in de klimaatstudies nooit een verwachting maken voor het weer op specifiek 9 oktober 2074, maar alleen hoe de (statistische) eigenschappen zoals gemiddelden en extremen er in het klimaat van over 50 jaar uit zouden kunnen zien – natuurlijk afhankelijk van de uitstoot. Met het weer van de toekomst richten we ons niet op een specifieke datum, maar beschrijven alleen in detail hoe het weer van nu er in de toekomst uit zou kunnen zien als deze weersituatie zich dan voor zou doen. Om beter te laten zien wat Future Weather inhoudt en waarom dit belangrijk is, volgt hier een recent voorbeeld.
Van 12 tot 19 september 2024 bracht storm Boris extreem veel neerslag in Zuidoost-Europa, het oosten van de Alpen en Noord-Italië. Dit zorgde voor grote overstromingen. We bekijken hier 14 en 15 september, dagen waarop enorme hoeveelheden vielen in Oostenrijk en op de grens van Polen en Tsjechië. In afbeelding 1 laten we de berekende neerslaghoeveelheden met het klimaatmodel zien voor (van links naar rechts) een klimaat dat 1,5 graden kouder (wereldgemiddelde) is dan nu, het klimaat van nu, een 1,5 graad warmer klimaat en een 3 graden warmer klimaat. Omdat de wereld nu gemiddeld ongeveer 1,3 graden is opgewarmd sinds de industriële revolutie, is de simulatie voor een 1,5 graden kouder klimaat ongeveer gelijk hieraan, maar net iets kouder. Het 1,5 graden warmer klimaat komt overeen met een gemiddelde opwarming aan het eind van deze eeuw en is 2,8 graden warmer dan pre-industrieel. En 3 graden warmer dan nu is een opwarming volgens een hoge uitstoot van broeikasgassen.
In grote gebieden viel minder dan 100 mm, terwijl in de pieken meer dan 200 mm naar beneden kwam
Voor het huidige klimaat zien we een grote variatie in neerslaghoeveelheden. In lang niet alle gebieden is er evenveel regen gevallen. Dit hangt onder andere af van de ligging van de bergen en de windrichting. Vochtige lucht afkomstig van de Zwarte zee regent bijvoorbeeld tegen de bergen van Zuid-Polen uit. Om dit goed te kunnen nabootsen is het belangrijk om de atmosferisch circulatie goed na te maken met een realistische weergave van de bergen. Dit kan alleen met klimaatmodellen met een zeer fijnmazig rekenrooster. In grote gebieden viel minder dan 100 millimeter, terwijl in de pieken meer dan 200 millimeter naar beneden kwam. Gemiddeld over het ingekaderde gebied in afbeelding 1 viel er zo'n 50 millimeter.
Voor het koudere klimaat uit het verleden, en de warmere simulaties uit de toekomst zien we dat de ruimtelijke patronen van de neerslag ongeveer gelijk blijven. In een warmer klimaat zou gemiddeld net iets meer regen zijn gevallen dan in een kouder klimaat. De gemiddelde hoeveelheid neerslag gaat ongeveer met 5% per graad opwarming omhoog. Deze toename komt voornamelijk door een toename van de hoeveelheid vocht in de atmosfeer.
Dit beeld verandert wanneer we naar de pieken kijken. De veranderingen hierin zijn een stuk groter. Over het algemeen nemen deze ongeveer twee keer zo sterk toe. Wanneer we kijken naar het zwaarst getroffen gebieden op de grens van Polen en Tsjechië en in Oostenrijk nemen de neerslaghoeveelheden in twee dagen toe van 200 millimeter in het koudere klimaat tot 250 millimeter nu. Toekomstige waardes kunnen bij een verdere opwarming van 3 graden zelfs oplopen tot 350 millimeter of meer.
De simulaties geven aan dat juist de grootte van de gebieden met veel neerslag in relatief korte tijd sterk toeneemt
Een relatief kleine toename van de neerslag gemiddeld over een groot gebied vertaalt zich dus in een grote verandering van de piekneerslaghoeveelheden. Hetzelfde beeld zien we ook in de tijd. Bij lage regenintensiteiten kan de neerslag opgenomen worden door de bodem, en leidt dan tot weinig overlast. Dit kan wel zo’n 10 millimeter in een uur zijn, maar is ook sterk afhankelijk van het type bodem en hoe droog of nat deze is door eerdere neerslag. Wanneer veel neerslag niet meer door de bodem opgenomen kan worden leidt dit snel tot overstromingen. De simulaties geven aan dat juist de grootte van de gebieden met veel neerslag in relatief korte tijd sterk toeneemt. Het risico op overstromingen neemt dus sterk toe door dit effect – veel sterker dan je zou verwachten op basis van gemiddelden.
Juist bij korte en hevige neerslag ontstaat er veel overlast en schade
Omdat het hier gaat om een enkele set computersimulaties zijn de precieze getallen nog onzeker. Maar wel is het duidelijk dat neerslagveranderingen niet overal gelijk zijn, en afhangen van de duur en grootte. Dat is anders voor de temperatuur, waarbij de veranderingen doorgaans veel gelijkmatiger zijn. Door de opwarming lijkt neerslag meer geconcentreerd te worden, waarbij het meer en harder kan gaan regenen in kleinere gebieden. Dit heeft belangrijke gevolgen omdat de rivierafvoer en ook bodemerosie dan sterk toenemen. Juist bij korte en hevige neerslag ontstaat er veel overlast en schade. Wanneer neerslag in lage intensiteit valt kan het doorgaans goed door de bodem worden opgenomen, terwijl bij hoge intensiteiten veel meer afgevoerd wordt via het oppervlak, met alle gevolgen van dien. Met de PGW-methode kunnen we dit soort verschuivingen in intensiteit beter in kaart brengen. Hiermee kunnen we ons dus beter voorbereiden op toekomstige extremen.