Campbell-Stokes versus stralingsmetingen
Algemeen weernieuws
Campbell-Stokes versus stralingsmetingen
Campbell-Stokes versus stralingsmetingen
Bij de bespreking van de nieuwe klimatologische norm over januari bleek dat januari flink zonniger is geworden. Zoveel zelfs, dat er werd getwijfeld of dit wel louter toe te schrijven was aan een natuurlijke schommeling, of dat er méér aan de hand was. Tot het begin van de jaren ’90 werd het aantal zonne-uren bepaald volgens de Campbell-Stokes methode, waarbij kartonnen stroken waarin de zon een brandspoor heeft getrokken, werden uitgelezen. Daarna werd overgegaan op stralingsmetingen, waaruit het aantal zonne-uren werd herleid.
Het bewuste internetverhaal heeft wat losgemaakt. Zo is er contact geweest met het KNMI en is er een uitgebreide mailwisseling geweest met Ben Lankamp, die het een en ander nader statistisch heeft uitgezocht. Hieronder zullen de uitkomsten van dit overleg worden weergegeven.
Hoe groot kan een natuurlijke schommeling zijn?
In het bewuste artikel is vooral de enorme stijging in zonneschijnduur in Vlissingen aan de kaak gesteld. Het gemiddelde aantal zonne-uren over de twintigjarige periode van 1971 tot en met 1990 bedroeg 46,7 uren in januari en gedurende de twintig jaren daarna 80,0 uren, een stijging van 71%. De bewering dat een natuurlijke schommeling niet groter zou kunnen zijn dan pak weg 30%, was echter wel wat kort door de bocht. Vooral bij wat kleinere getallen kan een procentuele afwijking al gauw wat hoger uitpakken. Kijkend naar reeksen van vijftien jaar, daalde het aantal zonne-uren in Vlissingen bij een gelijkblijvende meetmethode van 62 uren in de periode 1949-1963, tot 42 uren in de vijftien jaar daarna, een daling van 32%. Uiteraard zullen bij het bezien van kortere periodes de schommelingen groter zijn en is daarmee een stijging van 70% gedurende de laatste twintig jaren daarmee dus niet verklaard.
In Vlissingen bijvoorbeeld, verliepen de laatste twintig jaar 71% zonniger in vergelijk met de twintig jaar daarvoor. In deze grafiek is ook duidelijk te zien dat de tachtiger jaren van de vorige eeuw veel somberder waren dan de periode daarna.
De zonneschijnmetingen in De Bilt laten een vergelijkbaar beeld zien, maar wat minder drastisch dan in Vlissingen.
Feit is dat januari de laatste tijd in onze streken zonniger is geworden, wat komt door een schonere atmosfeer. In de ons omringende landen, waar nog wel volgens de Campbell-Stokes methode wordt gemeten, zijn procentuele stijgingen in zonneschijnduur van 15 tot 30% geconstateerd. Overigens is deze stijging in De Bilt minder drastisch verlopen dan in Vlissingen, zie de afbeeldingen hiernaast. Het aantal zonne-uren steeg hier van 44,6 naar 69,3 uren, een stijging van 55%, toch ook wel opvallend. In de periode 1971 tot en met 1990 was er maar één januarimaand geweest (1982) met méér den zestig uren zon, terwijl dat in de twintig jaren daarna meer regel was dan uitzondering (13 van de 20 maanden). Zes januarimaanden scoorden na 1990 zelfs meer dan 80 zonuren. Hoewel voor De Bilt niet voldoende significant valt aan te tonen dat er sinds 1991 iets ‘geks’ met het aantal zonne-uren aan de hand is, blijven we toch met het gevoel zitten dat hier méér speelt is dan een louter natuurlijke schommeling. Dat genoemde percentage van 30% lijkt achteraf toch niet zo verkeerd te zijn en kan als lijdraad dienen…
De periode 1971-1990 leverde in De Bilt een gemiddeld aantal zonne-uren op van 44,6.
De twintig jaar daarna, van 1991 tot heden dus, kwam dit gemiddelde uit op 69,3 uren, een stijging van 55%.
De indirecte bewijzen dat er iets aan de hand is
In oktober 1992 is het meten met stralingsmeters ingevoerd, maar de parallelmetingen hebben geduurd van 1989 tot 2002. Slechts drie jaren zijn als calibratie gebruikt en uit het verkregen algoritme bleek dat op jaarbasis slechts een miniem verschil optrad tussen het verkregen aantal zonne-uren met de Campbell-Stokes methode, in vergelijk met de herleide uren uit stralingsmetingen. Maar in de afzonderlijke maanden waren die verschillen bepaald niet constant. Gedurende de maanden met de laagste zonnestand, vooral november, december en januari dus, gaf de nieuwe methode een overschatting van het aantal zonne-uren van 5 tot 15%, terwijl tijdens de maanden met de hoogste zonnestand, van april tot en met augustus dus, een kleinere onderschatting optrad. In de ‘Klimaatatlas van Nederland’ valt echter te lezen dat men in De Bilt is doorgegaan met parallelmetingen en dat er in de periode 1989 tot en met 2000 in de drie wintermaanden een overschatting van 16% is waargenomen. Dat zou betekenen dat het huidige geconstateerde verschil voor 39% valt toe te schrijven aan een natuurlijke schommeling, daar waar bij onze oosterburen slechts een toename van 15 tot 30% viel te constateren. Is het in Nederland dus méér zonniger geworden dan in Duitsland? Of is er toch iets mis met de metingen en zijn de werkelijke verschillen minder groot dan hier is geconstateerd?
De gemiddelde hoeveelheid zonneschijn in januari, op de vijf hoofdstations. De getallen suggereren dat januari rond 10% zonniger is geworden, maar in werkelijkheid is het verschil de laatste jaren nog veel groter.
We kunnen daar iets naders over zeggen, door bijvoorbeeld gegevens van bedekkingsgraad (de mate van bewolking) en de stralingstotalen naast die van de zonneschijnduur te leggen. In de grafiek hiernaast is dat gedaan, sinds 1971. Met rood is de bedekkingsgraad weergegeven, in blauw de hoeveelheid straling en in groen het aantal zonuren. Boven zijn de individuele jaren zichtbaar, daaronder het gemiddelde, tekens over tien jaar, waarbij de periode 1971 tot en 1980 op 100% is gezet. Méér zonneschijn moet dan logischerwijs zichtbaar worden door mÃnder bewolking en méér straling, en dat is ook wat we zien. De bedekkingsgraad laat een gemiddelde afname zien van rond 5%, maar de vraag is of dat een significante afname is. De meteoroloog deelt de hemelkoepel namelijk in parten in, en drukt de hoeveelheid bewolking in achtsten uit. Onbewolkt is dus 0/8; half bewolkt 4/8 en geheel bewolkt 8/8. Over een heel etmaal worden 24 uurwaarnemingen gemiddeld en tot op één cijfer achter de komma weergegeven. Het is sowieso niet altijd even simpel om te bepalen of het 5/8 of 6/8 bewolkt is (dan wel 4/8 of 5/8), laat staan als we ook nog eens tot een cijfer achter de komma kijken. Stel dat een maand een gemiddelde bedekkingsgraad scoort van 6,0. De kleinst mogelijke verandering is dan 0,1 achtste, naar 5,9 of 6,1. Maar dat is procentueel al een verandering van (afgerond) 2%. Een daling van bijvoorbeeld 6,0 naar 5,7 is precies 5%, maar met een element dat zo moeilijk is te schatten, stijgt dat dus nauwelijks boven de ruis uit. We zouden dus net zo goed kunnen beweren dat de hoeveelheid bewolking over januari in de loop van de jaren nauwelijks is veranderd.
In de hoeveelheid gemeten straling zien we echter wel een duidelijke toename. In de eerste tien jaar na 1980 is die toename nog klein, 2%, maar de tien jaar daarna zitten we op 8% gemiddeld en de eerste tien jaren van deze eeuw hebben ten opzichte van 1971-1980 een toename van 11% opgeleverd. Aan de groene balkjes is echter te zien dat deze stijging in de hoeveelheid straling een werkelijke spectaculaire stijging in het aantal zonne-uren teweegbracht, tot ruim 70% in de laatste tien jaar.
In de grafiek boven is sinds 1971 voor iedere januari uitgezet de hoeveelheid bewolking (rode lijn), de hoeveelheid straling (blauwe lijn) en het aantal zonne-uren (groene lijn) in vergelijk met 1971, die op 100% is gezet. Daaronder zijn deze gegevens in groepjes van tien jaar gepresenteerd, waarbij nu de periode 1971-1980 op 100% is gesteld. In de decades daarna valt naast een geringe daling in bedekkingsgraad en een kleine stijging in de hoeveelheid straling, vooral de ernome stijging in het aantal zonne-uren op.
Als we nu kijken naar de jaren tot en met 1992, toen er dus met de Campbell-Stokes methode is gemeten, dan springen zowel 1982 als 1992 in het oog, toen ruim 125% méér straling resulteerde in rond 75 en 100% meer zonneschijnuren. Vooral in dat laatste jaar lag de gemiddelde bedekkingsgraad met iets meer dan 75% op driekwart de norm. In de jaren na 1992 toen de Campbell-Stokes methode had afgedaan, zien we dat meer van zulke zonnige jaren zijn voorgekomen. Het lijkt erop dat er niet zozeer tijdens zonnige januarimaanden zoveel meer zonneschijn is gemeten, maar dat het optredende verschil juist is ontstaan gedurende de maanden met relatief weinig zonneschijn. Als voorbeeld kunnen de jaren 2004, 2007 en 2008 dienen. Hoewel de bedekkingsgraad in die maanden rond 10% hoger lag dan het gemiddelde uit 1971-1980 en de hoeveelheid straling rond 95% van dit gemiddelde, resulteerde dit tóch niet in een minder dan gemiddeld aantal zonneschijnuren, maar juist rond 10% méér. Vergelijkbare jaren uit de Campbell-Stokes periode leverden steevast maar 55 tot 80% van de gemiddelde hoeveelheid zonneschijn op.
De conclusie
Het lijkt er dus op dat het tegenwoordig erg moeilijk is om nog een sombere januari te krijgen. Zelfs bij méér bewolking dan gemiddeld en minder straling dan gemiddeld, pakt het aantal zonne-uren toch hoger uit dan deze norm. De overschatting van het aantal zonne-uren varieert van gering bij zeer zonnige januarimaanden, tot minstens 50% bij zeer sombere januarimaanden. Met dit in het achterhoofd, lijkt een afwijking van 16% van de huidige meetmethode ten opzichte van de oude Campbell-Stokes methode aan de zuinige kant te zijn. Het werkelijke percentage zal meer orde grootte 25 tot 30% zijn. De klimatologische dienst bij het KNMI overweegt dan ook om een nieuw algoritme te vervaardigen, waarmee de stralingsmetingen naar zonneschijnuren worden omgezet. Daarmee zouden dan eventueel de zonneschijnuren van de voorbije jaren herberekend (lees: naar beneden) kunnen worden bijgesteld. Dat is zeker geen eenvoudige taak. Het kind moet daarbij niet met het badwater worden weggegooid, want zeker is dat de huidige manier van meten grote voordelen heeft ten opzichte van de oude Campbell-Stokes methode, die zeer arbeidsintensief was. Daarbij zal dit probleem in de toekomst vanzelf oplossen, naarmate er langer volgens deze nieuwe methode wordt gemeten. Wel zal de vergelijking tussen de ‘oude’ en ‘nieuwe’ metingen altijd lastig blijven, maar dat mag natuurlijk nooit een argument zijn om een meetmethode nooit te wijzigen. We wachten de ontwikkelingen af.
Bronnen: Meteo Consult, KNMI, eigen archief, Klimaatatlas van Nederland, de normaalperiode 1971-2000. Met speciale dank aan: Ben Lankamp, Arnout Feijt en Rob Sluiter
Bij de bespreking van de nieuwe klimatologische norm over januari bleek dat januari flink zonniger is geworden. Zoveel zelfs, dat er werd getwijfeld of dit wel louter toe te schrijven was aan een natuurlijke schommeling, of dat er méér aan de hand was. Tot het begin van de jaren ’90 werd het aantal zonne-uren bepaald volgens de Campbell-Stokes methode, waarbij kartonnen stroken waarin de zon een brandspoor heeft getrokken, werden uitgelezen. Daarna werd overgegaan op stralingsmetingen, waaruit het aantal zonne-uren werd herleid.
Het bewuste internetverhaal heeft wat losgemaakt. Zo is er contact geweest met het KNMI en is er een uitgebreide mailwisseling geweest met Ben Lankamp, die het een en ander nader statistisch heeft uitgezocht. Hieronder zullen de uitkomsten van dit overleg worden weergegeven.
Hoe groot kan een natuurlijke schommeling zijn?
In het bewuste artikel is vooral de enorme stijging in zonneschijnduur in Vlissingen aan de kaak gesteld. Het gemiddelde aantal zonne-uren over de twintigjarige periode van 1971 tot en met 1990 bedroeg 46,7 uren in januari en gedurende de twintig jaren daarna 80,0 uren, een stijging van 71%. De bewering dat een natuurlijke schommeling niet groter zou kunnen zijn dan pak weg 30%, was echter wel wat kort door de bocht. Vooral bij wat kleinere getallen kan een procentuele afwijking al gauw wat hoger uitpakken. Kijkend naar reeksen van vijftien jaar, daalde het aantal zonne-uren in Vlissingen bij een gelijkblijvende meetmethode van 62 uren in de periode 1949-1963, tot 42 uren in de vijftien jaar daarna, een daling van 32%. Uiteraard zullen bij het bezien van kortere periodes de schommelingen groter zijn en is daarmee een stijging van 70% gedurende de laatste twintig jaren daarmee dus niet verklaard.
In Vlissingen bijvoorbeeld, verliepen de laatste twintig jaar 71% zonniger in vergelijk met de twintig jaar daarvoor. In deze grafiek is ook duidelijk te zien dat de tachtiger jaren van de vorige eeuw veel somberder waren dan de periode daarna.
De zonneschijnmetingen in De Bilt laten een vergelijkbaar beeld zien, maar wat minder drastisch dan in Vlissingen.
Feit is dat januari de laatste tijd in onze streken zonniger is geworden, wat komt door een schonere atmosfeer. In de ons omringende landen, waar nog wel volgens de Campbell-Stokes methode wordt gemeten, zijn procentuele stijgingen in zonneschijnduur van 15 tot 30% geconstateerd. Overigens is deze stijging in De Bilt minder drastisch verlopen dan in Vlissingen, zie de afbeeldingen hiernaast. Het aantal zonne-uren steeg hier van 44,6 naar 69,3 uren, een stijging van 55%, toch ook wel opvallend. In de periode 1971 tot en met 1990 was er maar één januarimaand geweest (1982) met méér den zestig uren zon, terwijl dat in de twintig jaren daarna meer regel was dan uitzondering (13 van de 20 maanden). Zes januarimaanden scoorden na 1990 zelfs meer dan 80 zonuren. Hoewel voor De Bilt niet voldoende significant valt aan te tonen dat er sinds 1991 iets ‘geks’ met het aantal zonne-uren aan de hand is, blijven we toch met het gevoel zitten dat hier méér speelt is dan een louter natuurlijke schommeling. Dat genoemde percentage van 30% lijkt achteraf toch niet zo verkeerd te zijn en kan als lijdraad dienen…
De periode 1971-1990 leverde in De Bilt een gemiddeld aantal zonne-uren op van 44,6.
De twintig jaar daarna, van 1991 tot heden dus, kwam dit gemiddelde uit op 69,3 uren, een stijging van 55%.
De indirecte bewijzen dat er iets aan de hand is
In oktober 1992 is het meten met stralingsmeters ingevoerd, maar de parallelmetingen hebben geduurd van 1989 tot 2002. Slechts drie jaren zijn als calibratie gebruikt en uit het verkregen algoritme bleek dat op jaarbasis slechts een miniem verschil optrad tussen het verkregen aantal zonne-uren met de Campbell-Stokes methode, in vergelijk met de herleide uren uit stralingsmetingen. Maar in de afzonderlijke maanden waren die verschillen bepaald niet constant. Gedurende de maanden met de laagste zonnestand, vooral november, december en januari dus, gaf de nieuwe methode een overschatting van het aantal zonne-uren van 5 tot 15%, terwijl tijdens de maanden met de hoogste zonnestand, van april tot en met augustus dus, een kleinere onderschatting optrad. In de ‘Klimaatatlas van Nederland’ valt echter te lezen dat men in De Bilt is doorgegaan met parallelmetingen en dat er in de periode 1989 tot en met 2000 in de drie wintermaanden een overschatting van 16% is waargenomen. Dat zou betekenen dat het huidige geconstateerde verschil voor 39% valt toe te schrijven aan een natuurlijke schommeling, daar waar bij onze oosterburen slechts een toename van 15 tot 30% viel te constateren. Is het in Nederland dus méér zonniger geworden dan in Duitsland? Of is er toch iets mis met de metingen en zijn de werkelijke verschillen minder groot dan hier is geconstateerd?
De gemiddelde hoeveelheid zonneschijn in januari, op de vijf hoofdstations. De getallen suggereren dat januari rond 10% zonniger is geworden, maar in werkelijkheid is het verschil de laatste jaren nog veel groter.
We kunnen daar iets naders over zeggen, door bijvoorbeeld gegevens van bedekkingsgraad (de mate van bewolking) en de stralingstotalen naast die van de zonneschijnduur te leggen. In de grafiek hiernaast is dat gedaan, sinds 1971. Met rood is de bedekkingsgraad weergegeven, in blauw de hoeveelheid straling en in groen het aantal zonuren. Boven zijn de individuele jaren zichtbaar, daaronder het gemiddelde, tekens over tien jaar, waarbij de periode 1971 tot en 1980 op 100% is gezet. Méér zonneschijn moet dan logischerwijs zichtbaar worden door mÃnder bewolking en méér straling, en dat is ook wat we zien. De bedekkingsgraad laat een gemiddelde afname zien van rond 5%, maar de vraag is of dat een significante afname is. De meteoroloog deelt de hemelkoepel namelijk in parten in, en drukt de hoeveelheid bewolking in achtsten uit. Onbewolkt is dus 0/8; half bewolkt 4/8 en geheel bewolkt 8/8. Over een heel etmaal worden 24 uurwaarnemingen gemiddeld en tot op één cijfer achter de komma weergegeven. Het is sowieso niet altijd even simpel om te bepalen of het 5/8 of 6/8 bewolkt is (dan wel 4/8 of 5/8), laat staan als we ook nog eens tot een cijfer achter de komma kijken. Stel dat een maand een gemiddelde bedekkingsgraad scoort van 6,0. De kleinst mogelijke verandering is dan 0,1 achtste, naar 5,9 of 6,1. Maar dat is procentueel al een verandering van (afgerond) 2%. Een daling van bijvoorbeeld 6,0 naar 5,7 is precies 5%, maar met een element dat zo moeilijk is te schatten, stijgt dat dus nauwelijks boven de ruis uit. We zouden dus net zo goed kunnen beweren dat de hoeveelheid bewolking over januari in de loop van de jaren nauwelijks is veranderd.
In de hoeveelheid gemeten straling zien we echter wel een duidelijke toename. In de eerste tien jaar na 1980 is die toename nog klein, 2%, maar de tien jaar daarna zitten we op 8% gemiddeld en de eerste tien jaren van deze eeuw hebben ten opzichte van 1971-1980 een toename van 11% opgeleverd. Aan de groene balkjes is echter te zien dat deze stijging in de hoeveelheid straling een werkelijke spectaculaire stijging in het aantal zonne-uren teweegbracht, tot ruim 70% in de laatste tien jaar.
In de grafiek boven is sinds 1971 voor iedere januari uitgezet de hoeveelheid bewolking (rode lijn), de hoeveelheid straling (blauwe lijn) en het aantal zonne-uren (groene lijn) in vergelijk met 1971, die op 100% is gezet. Daaronder zijn deze gegevens in groepjes van tien jaar gepresenteerd, waarbij nu de periode 1971-1980 op 100% is gesteld. In de decades daarna valt naast een geringe daling in bedekkingsgraad en een kleine stijging in de hoeveelheid straling, vooral de ernome stijging in het aantal zonne-uren op.
Als we nu kijken naar de jaren tot en met 1992, toen er dus met de Campbell-Stokes methode is gemeten, dan springen zowel 1982 als 1992 in het oog, toen ruim 125% méér straling resulteerde in rond 75 en 100% meer zonneschijnuren. Vooral in dat laatste jaar lag de gemiddelde bedekkingsgraad met iets meer dan 75% op driekwart de norm. In de jaren na 1992 toen de Campbell-Stokes methode had afgedaan, zien we dat meer van zulke zonnige jaren zijn voorgekomen. Het lijkt erop dat er niet zozeer tijdens zonnige januarimaanden zoveel meer zonneschijn is gemeten, maar dat het optredende verschil juist is ontstaan gedurende de maanden met relatief weinig zonneschijn. Als voorbeeld kunnen de jaren 2004, 2007 en 2008 dienen. Hoewel de bedekkingsgraad in die maanden rond 10% hoger lag dan het gemiddelde uit 1971-1980 en de hoeveelheid straling rond 95% van dit gemiddelde, resulteerde dit tóch niet in een minder dan gemiddeld aantal zonneschijnuren, maar juist rond 10% méér. Vergelijkbare jaren uit de Campbell-Stokes periode leverden steevast maar 55 tot 80% van de gemiddelde hoeveelheid zonneschijn op.
De conclusie
Het lijkt er dus op dat het tegenwoordig erg moeilijk is om nog een sombere januari te krijgen. Zelfs bij méér bewolking dan gemiddeld en minder straling dan gemiddeld, pakt het aantal zonne-uren toch hoger uit dan deze norm. De overschatting van het aantal zonne-uren varieert van gering bij zeer zonnige januarimaanden, tot minstens 50% bij zeer sombere januarimaanden. Met dit in het achterhoofd, lijkt een afwijking van 16% van de huidige meetmethode ten opzichte van de oude Campbell-Stokes methode aan de zuinige kant te zijn. Het werkelijke percentage zal meer orde grootte 25 tot 30% zijn. De klimatologische dienst bij het KNMI overweegt dan ook om een nieuw algoritme te vervaardigen, waarmee de stralingsmetingen naar zonneschijnuren worden omgezet. Daarmee zouden dan eventueel de zonneschijnuren van de voorbije jaren herberekend (lees: naar beneden) kunnen worden bijgesteld. Dat is zeker geen eenvoudige taak. Het kind moet daarbij niet met het badwater worden weggegooid, want zeker is dat de huidige manier van meten grote voordelen heeft ten opzichte van de oude Campbell-Stokes methode, die zeer arbeidsintensief was. Daarbij zal dit probleem in de toekomst vanzelf oplossen, naarmate er langer volgens deze nieuwe methode wordt gemeten. Wel zal de vergelijking tussen de ‘oude’ en ‘nieuwe’ metingen altijd lastig blijven, maar dat mag natuurlijk nooit een argument zijn om een meetmethode nooit te wijzigen. We wachten de ontwikkelingen af.
Bronnen: Meteo Consult, KNMI, eigen archief, Klimaatatlas van Nederland, de normaalperiode 1971-2000. Met speciale dank aan: Ben Lankamp, Arnout Feijt en Rob Sluiter
