Wat is de waarde van weerregels voor de winter? (4)


_{Zeeijs (R. Bintanja)}

Dit jaar wordt het zeeijs als voorspeller van het winterweer veel genoemd. Deze uitspraken zijn gebaseerd op wetenschappelijke artikelen van Petoukhov en Semenov (2010) en Francis et al. (2009, 2012). We hebben hun belangrijkste resultaten nagerekend maar kunnen de verbanden die het winterweer zouden voorspellen niet terugvinden. Dit betekent dat we geen voorspelling voor de volgende winter kunnen doen op basis van de record-lage hoeveelheid zeeijs rond de noordpool van september 2012 of de komende winter. Aangezien andere mogelijke voorspellers in de praktijk ook weinig voorspellende waarde blijken te hebben (zie deel 2 en 3), blijft een zinvolle winterverwachting voor Europa een onvervulde wens.

1. Zeeijs in het hele noordpoolgebied
Francis en co-auteurs publiceerden in 2009 een artikel waarin ze een claimden een verband aan te tonen in de waarnemingen tussen de hoeveelheid zeeijs rond de noordpool in september en de gemiddelde wintertemperatuur in Europa en de VS. Een kleinere hoeveelheid zeeijs zou koudere winters tot gevolg hebben.

Er is inderdaad een verband tussen de hoeveelheid zeeijs aan het eind van de zomer en de temperatuur in de daarop volgende winter in de Noordelijke IJszee. Als er meer warmte wordt opgenomen in de zomer, bijvoorbeeld omdat de zon niet op wit ijs schijnt maar op donker water, heeft dat vreemd genoeg weinig effect op de temperatuur. In de zomer ligt de temperatuur dicht bij het vriespunt en zolang er ijs in de buurt is wordt alle warmte voor het smelten daarvan gebruikt en stijgt de temperatuur daar nauwelijks bovenuit. Echter, als het ijs in het najaar en de winter weer bevriest komt deze smeltwarmte weer vrij en wordt het dus minder koud. De grootste opwarming is dus in de winter, hoewel de grootste warmte-opname in de zomer is.

Het effect van minder zeeijs aan het eind van de zomer is dan ook duidelijk terug te zien in de wintertemperaturen in het noordpoolgebied. Dit geldt voor de trends van minder zeeijs en sterk stijgende temperaturen, maar ook voor de toevallige fluctuaties daaromheen. Zomers met minder zeeijs dan de trend worden gemiddeld gevolgd door winters met minder lage temperaturen in de gebieden waar het ijs bevriest in de noordelijke IJszee.

Echter, we kunnen geen significant effect terugvinden buiten de Noordelijke IJszee. Er zijn inderdaad wat jaren met weinig zeeijs die gevolgd werden door koude winters in Europa, maar bijna even vaak is dit verband er niet. De overeenkomsten liggen ruim binnen de marges die het gevolg zijn van het toeval. Een model-experiment met het klimaatmodel EC-EARTH waarin zeeijs op de Noordpool in de winter volledig verwijderd werd, bevestigt dat dit lokaal een groot verschil maakt, maar buiten de Noordelijke IJszee vrijwel geen effect heeft.

_{Figuur 1. Gemiddelde temperatuur (links) en luchtdruk (rechts) in winters met meer of minder zeeijs dan de trend in de waarnemingen. Boven de rand van het zeeijs in de Noordelijke IJszee correspondeert minder zeeijs in september met hogere temperaturen in november-januari. Daarbuiten geven de lichtere kleuren aan dat het signaal binnen de 90% bandbreedte van natuurlijke variaties valt in Europa. De gebieden met significante correlaties in luchtdruk boven Noord-Amerika zijn onegveer even groot als je op basis van toeval verwacht.}



2. Zeeijs in de Barentsz- en Kara-zeeën
Petoukhov and Semenov publiceerden in 2010 een artikel over experimenten met het klimaatmodel ECHAM5 waarin ook zij aanwijzingen claimden te hebben gevonden dat minder zeeijs een koudere winter in Europa tot gevolg heeft, hoewel dat in hun analyse alleen geldt voor de Barentsz- en Kara-Zeeën (bij Nova Zembla) in de winter. Het effect was echter zeer niet-lineair en trad alleen bij gedeeltelijke bedekking op; zowel wanneer deze zeeën volledig bevroren waren als wanneer ze volledig ijsvrij waren was er geen effect op Europa.

We hebben twee kritiekpunten op deze analyse. Ten eerste wordt ook daar niet aangegeven hoe groot de rol van toevallige veranderingen in het weer is. Een schatting van deze onzekerheid geeft aan dat het hele effect een gevolg van toeval kan zijn, en niet van een echt verband. Een aanwijzing hiervoor is ook de niet-lineariteit. Ruis is vaak grilliger dan een oorzakelijk verband.

Ten tweede is het model niet erg realistisch als het ijs en de zeewatertemperatuur voorgeschreven worden. We hebben dan ook gekeken of het effect voorkomt in een grote verzameling klimaatsimulaties van het huidige en toekomstige klimaat met hetzelfde klimaatmodel waarin het ijs door natuurlijk oorzaken fluctueert (het ESSENCE ensemble) voor de periode 1950-2100. In de loop van die tijd neemt door de opwarming van de aarde de hoeveelheid zeeijs uiteraard gemiddeld af en de temperatuur in Europa toe. Door de grilligheid van het weer is er echter soms een jaar met meer zeeijs, en soms een met minder – net als in de werkelijkheid. In de jaren met minder zeeijs is in dit model Europa juist gemiddeld wat warmer ten opzichte van de trend dan in andere jaren. Waarschijnlijk zorgt hetzelfde weertype dat warmte veroorzaakt in Europa er voor dat er meer ijs smelt bij Nova Zembla. Dit verband is wel duidelijk groter dan de toevallige fluctuaties. Er is dus geen enkele aanwijzing in dit model dat jaren met minder zeeijs juist kouder weer opleveren in Europa.

3. Meer extremen door minder zeeijs?
In Francis et al. (2012) wordt niet meer gerept van gemiddeld kouder weer, noch van zeeijs, maar wordt beargumenteerd dat het winterweer meer extreem wordt door de grote positieve trend in temperatuur in het Noordpoolgebied. Dit gebied warmt zowel in de observaties als in de modellen veel sneller op dan de rest van de wereld, waardoor het temperatuurverschil met onze streken minder groot wordt. Volgens het artikel uit 2012 leidt dat tot minder sterke westenwinden op hoogte en grotere meanders in de straalstroom, waardoor koudegolven meer persistent zouden zijn (langer zouden duren) en dus intenser zouden worden. Vreemd genoeg wordt niet aangetoond dat het weer zelf persistenter geworden is, alleen dat op grote hoogte de condities daarvoor aanwezig zouden zijn.

In modelstudies hebben we geen aanwijzingen gevonden dat de persistentie toeneemt (zie Koudegolven van de toekomst, Fig.4). Om dit ook in de waarnemingen te onderzoeken hebben we voor elke winter gekeken hoe sterk opeenvolgende 3- en 7-daagse periodes van elkaar verschillen. Als extremen langer zouden duren verwachten we dat een koude periode van drie dagen of een week vaker gevolgd zou worden door nog een koude periode, en omgekeerd. In Figuur 2 is de trend in deze persistentie van de temperatuur en luchtdruk uitgezet vanaf 1979 (voor de kenners: de trend in de Fisher z-transform van de autocorrelatie).

In tegenstelling tot de beweringen in het artikel van Francis et al. (2012) vinden wij in de waarnemingen in Nederland eerder een afname van de persistentie (blauw) dan een toename (rood), hoewel ook dit binnen de bandbreedte van het toeval past. Een analyse van de waarnemingen in De Bilt laat ook geen trend zien in de duur of sterkte van koudegolven. Tenslotte blijken waargenomen koudegolven alleen korter te worden door de opwarming maar verder niet van eigenschappen te veranderen. Er is dus in de waarnemingen geen aanwijzing te vinden dat het winterweer extremer geworden is tijdens de afgelopen 30 jaar in de betekenis dat koudegolven en periodes met zacht weer langer duren of grotere uitwijkingen in de temperatuur hebben.



_{Figuur 2. Verandering in persistentie (1/jaar) van 3-daagse en 7-daagse gemiddelde temperatuur sinds 1979. Lichtere kleuren geven aan dat de trend binnen de 90% bandbreedte van natuurlijke variabiliteit valt.}

4. Conclusies
Er zijn de laatste tijd veel populair-wetenschappelijk artikelen verschenen die melden dat winters in Europa en de Verenigde Staten door het smelten van het zeeijs in het Noordpoolgebied gemiddelde kouder of extremer zouden worden. Deze verhaallijn past goed bij het optreden van het relatief koude weer in de afgelopen paar winters. Echter, in een kritische analyse van de onderliggende artikelen kunnen wij deze effecten niet terugvinden. Er zijn duidelijke effecten van het smeltende zeeijs in de Noordelijke IJszee zelf, maar daarbuiten zijn er geen aanwijzingen dat de afname van het zeeijs tot strengere winters leidt.

_{Bron: KNMI}