Extreme Neerslag: Een Langdurige Hypothese over Temperatuurafhankelijkheid Kan Eindelijk Worden Bevestigd

Installatie van weerstations door de onderzoeksgroep (links: Yahaya Bashiru, rechts: Maxime Colin), met een onweerswolkcluster op de achtergrond op 21 juli 2023 in Bremen (Duitsland). Credit: Irene Livia Kruse

Hevige overstromingen als gevolg van extreme neerslag vormen een groot risico voor mensen en infrastructuur, vooral in stedelijke gebieden. Hogere temperaturen door de wereldwijde klimaatverandering beïnvloeden zowel continue neerslag als korte buien in gelijke mate.

Echter, wanneer beide soorten neerslag gelijktijdig optreden, zoals typisch is voor onweerswolkclusters, neemt de hoeveelheid neerslag sterker toe naarmate de temperatuur stijgt. Dit blijkt uit een studie van twee wetenschappers van de Universiteit van Potsdam en het Leibniz Centrum voor Tropisch Marien Onderzoek (ZMT) in Bremen. De studie is recent gepubliceerd in het tijdschrift Nature Geoscience.

Extreme neerslag kan leiden tot snelle overstromingen, zogenaamde “flash floods.” Hoe verandert een dergelijke extreme neerslag met de temperatuur? Deze vraag is decennia lang bestudeerd met behulp van nauwkeurige registraties van neerslag en temperatuur, gemeten in korte intervallen van één uur of minder.

Neerslag en wolken ontstaan wanneer het waterdamp in de lucht verzadigd raakt, waardoor kleine druppels ontstaan die uiteindelijk samenklonteren tot regendruppels. Volgens de Clausius-Clapeyron-relatie is er ongeveer 7% meer damp nodig bij een temperatuurstijging van één graad Celsius. Deze relatie kan vereenvoudigd worden voorgesteld als een spons die meer water kan vasthouden naarmate de temperatuur stijgt. Een extreem neerslaggebeurtenis in deze metafoor komt overeen met het uitknijpen van de spons om het meeste water vrij te laten.

Deze hypothese werd in 2008 uitgedaagd door een analyse van een lange tijdreeks van neerslagsgegevens in Nederland. De auteurs van die studie, Lenderink en van Meijgaard, concludeerden uit hun statistische benadering dat de Clausius-Clapeyron-relatie onvoldoende was om de toename van extreme neerslag, in het bijzonder van onweersbuien, te beschrijven. Ze stelden vast dat deze zou kunnen toenemen met 14% per graad Celsius—dus twee keer de snelheid van Clausius-Clapeyron.

In de afgelopen 17 jaar heeft het werk van Lenderink en van Meijgaard, dat nu meer dan 1000 keer is geciteerd, geleid tot talrijke onderzoeken naar dit fenomeen, zonder dat de basis gelegd door de Nederlandse studie eenduidig kon worden bevestigd of verworpen. Het was met name moeilijk vast te stellen hoe de combinatie van verschillende neerslagtypen aanleiding kon geven tot statistische superposities.

Een onweerswolkcluster en zijn typische shelf cloud voorafgaand aan zware neerslag nabij Bremen (Duitsland) op 21 juli 2023. Credit: Maxime Colin

Het huidige onderzoek kijkt gedetailleerd naar twee neerslagtypes: stratiforme neerslag die continu en uniform in intensiteit is in vergelijking met korte buien die typisch zijn voor onweersbuien. “We maken gebruik van een grote en hoogfrequente dataset uit Duitsland, gecombineerd met een nieuwe bliksemdetectiedataset. Aangezien bliksem wijst op onweersactiviteit, kan stratiforme neerslag op deze manier worden gescheiden,” legt Nicolas Da Silva van de Universiteit van Potsdam uit.

“Het resultaat is behoorlijk opvallend: wanneer we zorgvuldig alleen duidelijke onweersneerslag selecteren en de extremen bij elke temperatuur bestuderen, is de toename bijna perfect in lijn met de Clausius-Clapeyron-theorie,” voegt Jan O. Härter van de Universiteit van Potsdam toe, die ook verbonden is aan het Leibniz Centrum voor Tropisch Marien Onderzoek (ZMT).

Evenzo, wanneer we alleen voor stratiforme neerslag selecteren, passen de gegevens zeer goed bij de Clausius-Clapeyron-relatie. Pas wanneer we de statistieken van beide neerslagtypes combineren, komen er veel hogere temperatuurverhogingspercentages naar voren, zoals voorgesteld in de studie van Lenderink en van Meijgaard. De auteurs Da Silva en Härter stellen dat deze “super-Clausius-Clapeyron” toename dus van puur statistische oorsprong is, waardoor een langdurige controverse nu eindelijk kan worden opgelost.

Echter, de huidige studie wijst erop dat de statistische super-Clausius-Clapeyron toename in neerslagextremen van toepassing is op clusters die zowel onweersbuien als stratiforme wolken bevatten. Dergelijke wolkenclusters zijn verantwoordelijk voor het grootste deel van de extreme neerslag die overstromingen veroorzaakt.

“Als we de temperatuurveranderingen aannemen die in de komende decennia worden voorspeld onder klimaatverandering, kan extreme neerslag inderdaad ongekende risiconiveaus voor mensen en infrastructuur bereiken, vooral in stedelijke gebieden,” benadrukken de auteurs.