Ik kopieer het hier even want het kan voer zijn voor een interessante discussie. Voor oorspronkelijke link: zie onderaan. Ik heb enkele, mijns inziens interessante stukjes in het vet gezet, maar heel het artikel is zeker de moeite waard.
Groeten,
Wouter
Juli en september beide warmste in zeker drie eeuwen
Hoe groot is de kans in het warmer wordende klimaat?
4 oktober 2006
Geert Jan van Oldenborgh
September 2006 is met een gemiddelde temperatuur van 17,9°C (tegen 14,2°C normaal) de warmste septembermaand in drie eeuwen. Juli was ook al extreem warm, met 22,3°C (tegen normaal 17,4°C) ook de warmste in drie eeuwen. Hoe groot is de kans op zulke extreme maanden?
In een onveranderend klimaat zijn twee van zulke uitschieters in één jaar hoogst onwaarschijnlijk. De opwarming van Nederland maakt een extreem warme maand een stuk waarschijnlijker, maar zelfs als je de reeds waargenomen opwarming van 1°C tot nu toe in rekening brengt blijft dit gebeuren een zeldzaamheid. Dat wijst er op dat de warme extremen zich in de zomer en nazomer mogelijk sneller opwarmen dan het gemiddelde. Dit effect staat ook in de KNMI'06 scenario's, maar dan voor de warmste zomerdag. In dit artikel schatten we de kans op de waargenomen temperatuur in juli en september in een onveranderend klimaat, een klimaat waarin alle temperaturen even hard stijgen, en een klimaat waar de warmste maanden sneller opwarmen.
Extremen beschrijven
Extremen zijn gebeurtenissen die heel zelden voorkomen. De kans op een extreem wordt vaak aangegeven met een herhalingstijd; een herhalingstijd van 100 jaar wil zeggen dat de kans elk jaar 1% is. Om extremen te bestuderen wordt gebruik gemaakt van extremenstatistiek. De wiskunde biedt de mogelijk om de extremen te beschrijven met een standaardfunctie (GPD). Hiermee kan je de kans op extremen die nog nooit zijn waargenomen schatten.
De extremen worden meestal getoond in een grafiek met op de verticale as de temperatuur, en horizontaal de herhalingstijden op een schaal die zorgt dat de verdeling van de warmste maanden ongeveer een rechte lijn is. Hierdoor wordt een theoretische lijn getrokken die zo goed mogelijk bij de waargenomen temperaturen past. Dezelfde lijn loopt door voorbij de meest zeldzame waargenomen gebeurtenis, en geeft daar de kans op extremen die nog nooit zijn waargenomen. Omdat extrapoleren buiten de waarnemingen altijd met grote onzekerheden gepaard gaat, laten we ook de band zien waarbinnen de herhalingstijden met 95% zekerheid liggen.
De extremenstatistiek gaat alleen op als de verdeling van de temperaturen niet verandert. De eerste mogelijkheid is dat we geen rekening houden met klimaatverandering, en de temperaturen nemen zoals ze gemeten zijn. We weten echter dat het klimaat veranderd is. Het is dus beter om de temperaturen te corrigeren voor de langzame variaties, zoals de stijging van de afgelopen 40 jaar. Dit doen we door 1,4 (september) of 1,5 (juli) maal de wereldgemiddelde temperatuurstijging van de gemeten temperatuur af te trekken (zie van Oldenborgh en Komen 2001). Tenslotte is het mogelijk dat niet alleen het gemiddelde verandert, maar ook de verdeling van de temperaturen rond het gemiddelde. Dit laatste gebeurt ook in de KNMI '06 scenario's voor de warmste zomerdag. We kijken in alle drie de gevallen wat de kans op een septembermaand met een gemiddelde temperatuur van 17,9°C is, en herhalen dit dan voor juli.
September
We beginnen met de eerste stap: we nemen aan dat het klimaat niet wezenlijk veranderd is over de afgelopen 105 jaar. Onderstaand de grafiek van de gesorteerde septembertemperaturen van 1901 tot en met 2005, dus nog zonder 2006.

De herhalingstijden van septembertemperaturen 1901-2005 met GPD fit over de warmste 20% met 95% onzekerheidsband in een onveranderd klimaat
Uit de grafiek is af te lezen dat in een onveranderend klimaat een september met een gemiddelde temperatuur van 17,9°C ongeveer eens in de 700 jaar optreedt (de middelste groene lijn gaat bij 700 jaar door de hoogte van 17,9°). De onzekerheid is echter groot, zoals altijd bij extrapoleren naar het gebied waar geen metingen zijn. De kans dat de herhalingstijd groter is dan 100 jaar is meer dan 97,5% (bovenste groene lijn).
Opwarming verdubbelt kans op zo'n warme september
Het klimaat is echter niet constant. De gemiddelde temperatuur is in Nederland de afgelopen eeuw meer dan een graad toegenomen, ook in september. Deze opwarming loopt in de pas met de wereldwijde opwarming. De toename van de septembertemperatuur in Nederland gaat (net als de andere maanden) wel iets sneller. De temperatuurstijging in ons land bedraagt tot nu toe ongeveer 1,4 keer de stijging van de wereldgemiddelde temperatuur.
Als we 1,4 keer de stijging van de wereldgemiddelde temperatuur (sinds 1961-1990) aftrekken van de septembertemperaturen af trekken houden we in 2006 een uitschieter van 17,2°C over boven de septembertemperatuur die normaal is voor deze jaren. Dit is een gedeelde eerste plaats met 1949.
Vervolgens berekenen we de herhalingstijd rekening houdend met de algemene opwarming van Nederland, maar niet met andere veranderingen van het klimaat. Dit geeft een herhalingstijd van ongeveer eens in de 350 jaar: in de onderstaande grafiek gaat de groene lijn bij 350 jaar door 17,2°C. Ook deze herhalingstijd heeft een grote onzekerheid, er is 95% kans dat hij boven de 100 jaar ligt. De kans op zo'n warme september is dus door de opwarming van het gemiddelde twee keer zo groot geworden.

De herhalingstijden van septembertemperaturen 1901-2005 gecorrigeerd voor de gemiddelde opwarming
Het berekenen van een kans na iets opvallends, zoals dit jaar, is in de statistiek een bekende valkuil. De kans die er dan uitrolt is meestal klein. Om de valkuil te ontwijken gaan we er van uit dat het warme extreem net zo goed in een andere maand had kunnen optreden. Ook onder de kop "oktober warmste in drie eeuwen" had een soortgelijk artikel gestaan. De kans op zo'n uitschieter in een willekeurige maand is twaalf keer zo groot, dus ongeveer eens in de 30 jaar.
Andere effecten opwarming?
De opwarming van Nederland kan ook een groter effect hebben op de warmste septembermaanden dan op het gemiddelde. In dit geval kunnen we niet meer de waarnemingen de kans op een warme septembermaand berekenen, maar moeten we klimaatmodellen gebruiken. Als illustratie beschouwen we het klimaat van het roosterpunt het dichtst bij De Bilt in het MPI/ECHAM5 model, dat het huidige klimaat van Europa heel redelijk beschrijft. In dit model warmen de warmste septembermaanden sneller op dan het gemiddelde. Bij een verdubbeling van de concentratie CO2 neemt de gemiddelde septembertemperatuur met 5,0°C toe, maar de temperatuur van septembermaanden met een herhalingstijd van 100 jaar stijgt met 6,3°C. De groene lijn schuift niet alleen omhoog, maar wordt ook iets steiler.

De herhalingstijden van septembertemperaturen 1850-2005 en 2100-2200 in het MPI/ECHAM5 model
herhalingstijden van warme september maanden
Dit effect doet zich ook in andere redelijk goede klimaatmodellen voor. Dit betekent dat de kans op een septembermaand zoals in 2006 hoger is dan hierboven berekent met de aanname dat de verdeling niet verandert, en dus vaker dan eens in de 350 jaar zal voorkomen. Nader onderzoek zal moeten uitwijzen hoe groot het effect van een gewijzigde verdeling precies is, hier zijn we mee bezig.
Juli
Ook juli was in 2006 met 22,3°C tegen 17,4 normaal extreem warm. De afwijking boven het langjarig gemiddelde was zelfs bijna vijf graden, dus groter dan de afwijking in de septembermaand. We kunnen bovenstaande analyse ook voor die maand doen. Vergeleken met de observaties vanaf 1901 tot en met 2005 zou de herhalingstijd van zo'n extreem in een onveranderend klimaat ongeveer 1800 jaar zijn in een onveranderend klimaat. De kans is 95% dat de herhalingstijd van deze julimaand boven de 160 jaar ligt. Ook deze kans moeten we weer met 12 vermenigvuldigen om de kans te krijgen dat een willekeurige maand in het jaar zo'n afwijking oplevert. Met een herhalingstijd van ongeveer 150 jaar blijft de kans dat er bij toeval zo'n uitschieter voorkomt klein.

De herhalingstijden van julitemperaturen 1901-2005 met GPD fit over de warmste 20% met 95% onzekerheidsband in een onveranderend klimaat
Opwarming vergroot kans op zo'n warme juli met 50%
Gecorrigeerd voor de gemiddelde opwarming van Nederland sinds 1961-1990 blijft een juli-uitschieter van 21,5 graden over. Dit is nog steeds de grootste afwijking ooit van de gemiddelde temperatuur. De verschuiving in het gemiddelde maakt de kans op zo'n warme julimaand als die van 2006 iets groter, met een herhalingstijd van om en nabij de 1100 jaar (95% zeker boven de 150 jaar).

De herhalingstijden van julitemperaturen 1901-2005 gecorrigeerd voor de gemiddelde opwarming
Opvallend is dat alle recordwarme zomermaanden in de afgelopen 25 jaar zijn opgetreden, zelfs als we een correctie toepassen voor de algemene temperatuurtrend. Dit suggereert dat de kans op warme extremen sneller toeneemt dan we op grond van de gemiddelde temperatuurstijging zouden mogen verwachten.
Extreme zomers warmen sneller op
Ook klimaatmodellen geven duidelijk te zien dat de warme extremen sneller op warmen dan de gemiddelde zomermaanden. Ten behoeve van de KNMI'06 klimaatscenario's zijn de maandextremen niet onderzocht. Wel is gekeken naar de temperatuurstijging op de warmste zomerdag. De temperatuur van de warmste zomerdag blijkt 10% tot 35% sneller toe te nemen dan de zomergemiddelde temperatuur.
In het MPI/ECHAM5 bij een verdubbeling van CO2 neemt de gemiddelde temperatuur in het roosterpunt het dichtst bij De Bilt met 4,7°C toe, maar de julitemperatuur die eens in de 100 jaar voorkomt met 6,4°C. De toename van de extremen is in juli sterker dan in september.

De herhalingstijden van julitemperaturen 1850-2005 en 2100-2200 in het MPI/ECHAM5 model
Gecombineerde kans
De voor de algemene opwarming gecorrigeerde temperaturen van juli en september zijn nauwelijks gecorreleerd (r=0,13). Dat houdt in dat we geen verband kunnen leggen tussen de opvolging van warme extremen in deze twee maanden, waar een hele maand (augustus) tussen zit. De kans op twee van zulke maanden in 1 jaar, bij onveranderende verdeling rond de gemiddelde temperatuurstijging, is dus kleiner dan eens in de 230 jaar (de ondergrens van de herhalingstijd van juli maal de ondergrens van de herhalingstijd van september, gedeeld door de 11*12/2 paren maanden die je kan hebben). De kans voor het geval dat de extremen sneller opwarmen dan het gemiddelde is nog niet exact bekend, maar zal hoger uitkomen, dus met een herhalingstijd die korter is dan hierboven berekend.
Conclusies
In een onveranderend klimaat is het optreden van twee recordmaanden zoals juli en september 2006 hoogst onwaarschijnlijk. De opwarming van de aarde, en dus ook Nederland, maakt een uitschieter zoals september een stuk waarschijnlijker. Ook bij de huidige opwarming van het gemiddelde blijft de gemiddelde temperatuur van juli 2006 een zeldzaamheid. Een mogelijke verandering van extremenstatistiek, waarbij de kans op warme uitschieters sneller toeneemt dan op grond van de gemiddelde temperatuurstijging verwacht mag worden, zou kunnen verklaren waarom er de laatste decennia sprake is van zoveel warmterecords. Ook klimaatmodellen en de KNMI'06 scenario's (gebaseerd op deze modellen) geven aanwijzingen voor het veranderen van de extremenstatistiek. Het is vooralsnog niet goed mogelijk om hiervoor een goede kansberekening te maken. Een recent onderzoeksproject (ESSENCE) zal dit waarschijnlijk op korte termijn wel mogelijk maken.
Met dank aan Adri Buishand, Harry Geurts, Rob Sluijter, Rob van Dorland en Wilco Hazeleger voor uitgebreid commentaar.
Quote selectie