Extreme zomerneerslag in Nederland

Nederland beleefde in augustus 2006 een paar van de meest extreme buien in 100 jaar. Lokaal zijn er neerslagintensiteiten gemeten van meer dan 100 mm/uur! In de zomer kan de warme atmosfeer meer waterdamp opnemen, zodat er ook meer neerslag kan vallen. Daarnaast waren diverse factoren van belang, waaronder een warme Noordzee en de toevoer van onstabiele lucht uit het noorden. Deze gunstige omstandigheden vormden een extra sterke stimulans voor de buienactiviteit. Met het opwarmende klimaat kan de atmosfeer in de toekomst meer waterdamp bevatten. Hoe normaal zijn de buien van augustus 2006 straks in 2100?

Warme atmosfeer

Neerslag (regen,sneeuw en hagel) wordt gevormd uit water dat in de atmosfeer beschikbaar is. De hoeveelheid water dat binnen een bepaald gebied in de atmosfeer aanwezig is, bepaalt ook de hoeveelheid neerslag dat er in het gebied kan vallen. Bij een hogere luchttemperatuur bewegen moleculen in de atmosfeer sneller. Door het heftige ‘trillen’ van de moleculen ontstaat er meer ruimte tussen de moleculen zelf. Ieder molecuul heeft namelijk meer ruimte nodig om zich te kunnen bewegen. Hierdoor ontstaat er tussen de trillende moleculen meer ruimte voor de kleine waterdampmoleculen. Warme lucht kan daarom meer waterdamp bevatten dan koelere lucht; dit is een belangrijk gegeven voor neerslag.

Clausius-Clapeyron relatie

Wetenschappers zijn het er over eens dat in de toekomst de neerslagextremen zullen toenemen als gevolg van het feit dat een warmere atmosfeer meer waterdamp kan bevatten. De relatie tussen de temperatuur van de atmosfeer en de maximale hoeveelheid waterdamp wordt beschreven door de Clausius-Clapeyron relatie (CC-relatie). Deze relatie houdt in dat de maximale hoeveelheid waterdamp in de atmosfeer met 7% toeneemt per 1°C stijging in temperatuur. Indirect neemt de kans op intensere buien ook toe en dus ook hogere neerslagextremen.

Om tot deze relatie te komen hebben de wetenschappers Rudolf Clausius en Benoit Clapeyron veel onderzoek gedaan naar de faseovergang van vloeistoffen naar gassen. Een bekend voorbeeld hiervan is dus water (vloeibaar – H₂O(l)) en waterdamp (gas – H₂O (g)).

Latente warmte; extreme neerslag
Het is mogelijk dat de intensiteit van buien nog sterker toeneemt dan alleen de CC-relatie. De intensiteit van neerslag is ook afhankelijk van de kracht waarmee wolken opstijgen in de atmosfeer. Deze verticale, stijgende beweging van warme lucht wordt convectie genoemd. De afnemende luchtdruk met hoogte biedt ruimte aan de stijgende warme luchtlaag om uit te zetten. Voor het uitzetten van lucht is energie nodig. Lucht is een slechte warmtegeleider. Er is daarom nauwelijks warmte-uitwisseling tussen de stijgende luchtlaag en de omringende lucht. De moleculen binnen de warme luchtlaag moet voor het uitzetten dus zelf de benodigde energie leveren. Als gevolg koelt de luchtlaag af waarmee ook de stijgende kracht afneemt.

Als de warme luchtlaag waterdamp bevat kan er tijdens de stijgende beweging condensatie plaatsvinden. Condensatie is het samensmelten van waterdruppeltjes als gevolg van het afkoelen van lucht. Bij het afkoelen verliezen de moleculen (ook watermoleculen) snelheid. De druppeltjes zijn bij botsing niet meer in staat zich los te maken van elkaar en smelten samen. Hierbij wordt de bewegingsenergie omgezet naar latente warmte. Deze warmte veroorzaakt een sterkere opwaartse beweging in de wolk. Als gevolg condenseert waterdamp sneller tot regen en stijgt de toevoer van nieuwe waterdamp als compensatie van de gecondenseerde waterdamp. De sterkere opwaartse beweging in de wolk leidt dus tot meer neerslag en het vrijkomen van meer latente warmte.

Invloed van de Noordzee

Het hele jaar door heeft de Noordzee een temperende invloed op de temperatuur in Nederland, vooral aan de kust. Om deze reden kent Nederland geen extreme koude of warme temperaturen in de winter/zomer. Neerslag is sterk seizoensafhankelijk. In het voorjaar warmt het land snel op ten opzichte van de Noordzee. Het relatief koude water zorgt dan voor een onderdrukking van buienvorming aan de kust. In de late zomer is de situatie precies omgekeerd. De Noordzee is dan relatief warm en buienvorming wordt versterkt boven dit warme water.

Situatie in de zomer
Hoge temperaturen in de maand juli leiden in augustus tot hoge zeewatertemperaturen in de Noordzee. Deze hoge zeewatertemperaturen kunnen bijdragen aan extreme zomerneerslag door het destabiliseren van de atmosfeer. In de atmosfeer bevindt warmere lucht zich aan het oppervlak en koelere lucht bovenin. ’s Nachts koelt de atmosfeer af. Door het ongewoon warme zeewater blijft de atmosfeer aan het oppervlak warm van temperatuur. Dit leidt tot onstabiele weersomstandigheden met hogere buienactiviteit.

Ook bevordert het warme zeewater de verdamping vanaf het zeeoppervlak. Als gevolg is er meer waterdamp in de atmosfeer beschikbaar. De hoeveelheid waterdamp dat beschikbaar is bepaald direct de hoeveelheid neerslag dat kan vallen. Onder bepaalde omstandigheden in luchtstromingen kan er 15% meer neerslag vallen langs de kust per °C temperatuurstijging van het Noordzeewater.

Extreme neerslag - wanneer en waar?

Uit onderzoek van neerslaggegevens blijkt het zwaartepunt van extreme neerslaggebeurtenissen in de maanden juli en augustus te liggen. Dit valt onder de periode van de zomerse buien. De verklaring hiervoor is dat de meest intensieve neerslag valt uit kortdurende zware buien, die voor een belangrijk deel worden gevormd door stijgende warme lucht in de zomermaanden. Dit vindt dan meestal plaats in de middag of avond. Het aardoppervlak in dan sterk verwarmt door de zomerzon. Op dat punt is het temperatuurverschil tussen lucht aan het aardoppervlak en de bovenste luchtlagen het grootst. De onstabiliteit leidt dan tot sterke convectie waaruit zware buien kunnen ontstaan.

De zomer van 2006

Een goed voorbeeld van extreme zomerneerslag is de buienreeks uit augustus 2006. De zomer van 2006 was in veel situaties extreem. De maanden juni en juli waren zeer zonnig, droog en warm. Daarentegen was augustus juist koel en record nat.

Weersomstandigheden
Op de weerkaart van 3 augustus 2006 bevindt zich een hogedrukgebied ten zuiden van Ierland en een lagedrukgebied ter hoogte van Denemarken. Het verschil in druk veroorzaakt een toestroom van lucht richting het lagedrukgebied. Als gevolg van de Corioliskracht buigt deze stroom van lucht naar rechts af en ervaart Nederland een noordenwind. In de situatie van 3 augustus bracht deze noordenwind koele, onstabiele lucht met zich mee. In onstabiele lucht kunnen buien ontstaan. De onstabiliteit wordt versterkt door het ongewoon warme zeewater van de Noordzee (23°C). Op de grens van sterke noordenwind boven zee en zwakkere westenwind boven land stroomt lucht aan het oppervlak samen. De toestroom van lucht kan dan alleen nog maar omhoog. De sterk stijgende luchtbeweging is een extra stimulans voor de vorming van buien.

Statistieken

• De maanden juni en juli 2006 waren extreem zonnig met lokaal 340 zonuren in bijv. Valkenburg tegen 200 zonuren normaal. Dit verklaart het ongewoon warme Noordzeewater. Augustus was daarentegen erg grijs met maar 106 zonuren in bijv. Maastricht.
• Niet alleen waren juni en juli 2006 zeer zonnig, maar ook zeer droog; respectievelijk 28 en 25 mm tegen een gemiddelde van respectievelijk 71 en 70 mm.
• De zeldzame omstandigheden in augustus 2006 veroorzaakte een neerslaggemiddelde van 184mm (normaal 64mm) over land. Augustus 2006 was hiermee destijds de natste zomermaand in 100 jaar. Als extreem voorbeeld viel er op 2 augustus 36mm in één uur bij het KNMI-neerslagstation in Schoondijke.
• Als gevolg van de zware buien in augustus 2006 werden er op luchthaven Schiphol neerslagintensiteiten gemeten van meer dan 100mm per uur! Het zicht op Schiphol werd hierdoor beperkt tot 200 meter.

De extreme buienactiviteiten van augustus 2006 zijn in samenvatting het gevolg van diverse factoren. De zeer zonnige en warme zomermaanden juni en juli maken het mogelijk dat de atmosfeer grote hoeveelheid waterdamp kan vasthouden. Verder bracht de heersende noordenwind boven de Noordzee onstabiele lucht met zich mee, dit werd versterkt door de bijzonder warme Noordzee zelf. Als laatst veroorzaakte het verschil in luchtstromen tussen zee en land sterke stijgende luchtbewegingen. Hierdoor wordt buiengroei extra gestimuleerd.

Toekomst; hoe normaal wordt augustus 2006?

In de toekomst zullen neerslagextremen dus toenemen als gevolg van het feit dat een warmere atmosfeer meer waterdamp kan bevatten. Een aantal wetenschappelijke artikelen geven een indicatie over de verandering van extreme neerslag in een opwarmend klimaat:

• Uit onderzoek is gebleken dat op dagen met een maximum temperatuur boven de 21°C voor iedere graad temperatuurtoename de neerslag uit buien toeneemt met 8 tot 13%.
• Ook stellen wetenschappers dat de neerslagintensiteit bij zware buien in ongeveer dezelfde mate zal toenemen als de hoeveelheid waterdamp in een warmer wordende atmosfeer (7% per °C).
• Uit de klimaatscenario’s van het KNMI uit 2006 blijkt dat de intensiteit van extreme neerslagbuien in de zomer zal stijgen. Desondanks zal het aantal dagen met regen minder worden.

De gemeten dagneerslag van augustus 2006 in Schoondijke (93 mm) wordt in het huidige klimaat ééns per 160 jaar overschreden. Er wordt geschat dat rond 2100 een dergelijke dagsom eens per 20 jaar of 150 jaar wordt overschreden. Dit is afhankelijk van het gekozen klimaatscenario (KNMI). De extreme uursom in Schoondijke (36 mm) wordt in het huidige klimaat ééns per 37 jaar overschreden. Wetenschappers verwachten dat dit in 2100 al tussen eens in de 6 of 20 jaar wordt overschreden. De buien van augustus 2006 zijn hiermee in de toekomst minder uitzonderlijk maar nog steeds extreem.