Zware regenbuien: wel of niet vaker en intenser?

Gastblog van Tinus Pulles

Een recente discussie op Twitter heeft een paar lessen opgeleverd die ik hier graag met lezers van deze blog wil delen.

  1. Het is waarschijnlijk dat zware regenbuien in Nederland vaker voorkomen én gemiddeld genomen intenser worden
  2. Statistiek is een lastig vak, wellicht toch vooral over te laten aan mensen die daar verstand van hebben.

Frequentie en Intensiteit Zware regenbuien

Het ontstaan en het uitregenen van buien is een complex proces, waarin vele niet-lineariteiten een rol spelen. Het ontstaan van een individuele bui en het enige tijd tevoren voorspellen van hoeveel regen daar uit zal vallen, en waar, is daardoor principieel onmogelijk. Het is, zoals zo veel verschijnselen in het dagelijkse weer, een voorbeeld van een proces dat kan worden beschreven met behulp van de chaostheorie. Als ik hieronder over een ‘chaotisch proces’ spreek, bedoel ik chaos in de zin van de chaostheorie, niet in de zin dat we er wel niks van kunnen begrijpen.

Dat het voorspellen van een individuele bui onmogelijk is, betekent niet dat je niets kunt zeggen over de frequentie en de intensiteit van zulke buien en de veranderingen daarvan in de tijd. In Figuur 1 zijn de gemeten 20 hoogste totale dagsommen van de regen in De Bilt weergegeven voor vijf recente jaren, gesorteerd van hoog naar laag. Wat opvalt is dat, naarmate je meer naar de hoogste waarden kijkt, de variabiliteit van jaar tot jaar groter wordt.

Figuur 1: De 20 dagen waarop het meeste neerslag viel voor de jaren 2013 t/m 2017; data van KNMI

Er zijn twee manieren om naar de verandering van frequentieverdeling van het chaotische proces in deze grafiek te kijken:

  1. Tel het aantal keren dat een vaste waarde (bijvoorbeeld 50 mm) in een jaar wordt overschreden.
  2. Meet de hoeveelheid regen die met een vaste frequentie (bijvoorbeeld 1 keer of 10 keer) in een jaar wordt overschreden.

Het eerste noem ik ‘tellen’ omdat daar een aantal uitkomt, het tweede ‘meten’ omdat daar een hoeveelheid regen uitkomt. Wat deze grafiek laat zien is dat, als je een lage frequentie (1 keer per jaar) of een hoge waarde (50 mm) kiest, de variatie van jaar tot jaar groot zal zijn. Dat is jammer, want we willen nu net iets weten over de zwaarste buien in elk jaar. Het chaotische karakter van de regen maakt het dus lastig direct iets te zeggen over de écht zwaarste buien die in een bepaald jaar voorkomen. Dit probleem komt niet alleen bij regenbuien voor, maar bijvoorbeeld ook bij concentraties van luchtverontreiniging door toxische stoffen. Daar is het probleem opgelost door normen te stellen in termen van hoge percentielen. Die zijn véél minder gevoelig dan de maximale waarden voor de inherent chaotische processen in de atmosfeer.

Veranderingen in de tijd

Ook hier kunnen we dat doen door niet naar de hoogste waarden te kijken. Dan ligt het ook voor de hand dat te doen door middel van wat ik ‘meten’ noem: hoe verandert in de loop der tijd de op N na hoogste waarde in een jaar? We kunnen een of enkele waarden voor N kiezen op basis van Figuur 1. Een waarde in de buurt van 3 of 10 dagen per jaar lijkt, op basis daarvan, een aantrekkelijke keuze. Figuur 2 presenteert de trends van deze drie waarden in De Bilt en Maastricht.

Figuur 2: Trends in de hoogste, de op 3 en op 10 na hoogste gemeten dagsommen regen in De Bilt en Maastricht, data: KNMI

Deze grafieken laten het volgende zien:

  1. Alle regressielijnen laten een, soms geringe, stijgende trend zien.
  2. Naarmate we naar minder uitzonderlijke dagen gaan, wordt de spreiding rondom de trendlijnen kleiner.

Deze conclusies gelden voor alle tot nu toe uitgevoerde analyses op de hier gebruikte dataset. Deze resultaten zijn ook allemaal in lijn met de hypothese “de intensiteit van de zware regenbuien neemt toe”.

Hebben we nu wetenschappelijk bewezen dat de intensiteit van de zware regenbuien in Nederland toeneemt? We hebben alleen laten zien dat dat niet onwaarschijnlijk is. De spreiding rondom de trendlijnen is groot en de correlatiecoëfficiënt voor de berekende regressie is laag. De verschillende tijdreeksen voor de verschillende stations wijzen wel allemaal dezelfde kant op: de intensiteit neemt toe!

Kunnen we bewijzen dat de hypothese “de intensiteit van de zware regenbuien in Nederland neemt NIET toe” onjuist is? Strikt genomen heb ik ook dat hier niet bewezen. Wel laat de analyse impliciet zien dat een horizontale trendlijn voor alle geanalyseerde tijdreeksen minder goed op de gegevens past dan een (licht) stijgende.

Heel Nederland

Blijft nog de vraag of we de conclusies uit de analyse van een per definitie beperkt aantal meetpunten mogen toepassen op heel Nederland. Dit is niets anders dan de vraag of een steekproef (de KNMI-meetstations) uit een continuüm (heel Nederland) iets kan zeggen over dat continuüm. Statistici gebruiken vrijwel altijd steekproeven.

Een steekproef moet, om te kunnen worden gegeneraliseerd, representatief zijn. Als niet-meteoroloog kan ik mij niet uitspreken over de vraag of de door het KNMI beheerde netwerk van regenmeters representatief is voor Nederland. We kunnen dat ook niet rechtstreeks uit de gegevens analyseren. We zullen nooit weten of álle punten in Nederland zich statistische gezien hetzelfde gedragen als de ruim 230 KNMI-meetpunten, simpelweg omdat we op al die andere punten niet meten. Wat we wel weten is dat die meetpunten door KNMI en anderen worden gebruikt in hun meteorologische modellen, die het weer in Nederland vrij goed weergeven en voorspellen. Ze zijn ongetwijfeld ook mede met dat doel gekozen. We kunnen er dus alle vertrouwen in hebben dat die meetpunten representatief zijn voor het gehele Nederlandse grondgebied.

Conclusie

Statistische analyses van chaotische processen zijn zeer gevoelig voor toevalstreffers en uitschieters in de hoogste waarden. Daarom is het verstandig om naar de verandering te kijken in de waarden voor dagen die nét onder de maxima liggen. Die waarden zijn veel minder gevoelig voor zulke uitschieters. Dit is gelijk aan hoe wordt omgegaan met concentraties van toxische luchtverontreiniging: kijk naar de hoge percentielen en níet naar het maximum.

Het is veel waarschijnlijker dat in de afgelopen 60 jaar de intensiteit van de zwaarste regenbuien in Nederland is toegenomen dan dat dat niet zo zou zijn. Een statistische analyse die methodisch recht doet aan het chaotische karakter van regenbuien, laat steeds een, soms licht, stijgende trend zien voor alle KNMI-meetpunten die zijn geanalyseerd.

Dit soort subtiliteiten zijn helaas zeer moeilijk in te brengen in een twitter-discussie.

Advertenties

6 Reacties op “Zware regenbuien: wel of niet vaker en intenser?

  1. Erik de Haan

    Beste Tinus,

    Goede eigen analyse. Voor de liefhebbers van neerslagstatistiek verwijs ik naar deze twee rapporten van STOWA, opgesteld door de combinatie HKV/KNMI:

    Uit 2015: http://stowa.nl/upload/publicatie2014/2015-10A.pdf (folder nieuwe neerslagstatistiek, extreme neerslaggebeurtenissen nemen toe en komen vaker voor).

    Recent uit 2018, neerslagstatistiek korte tijdsdeuren: http://stowa.nl/upload/Publicaties%202018/STOWA%202018-12a.pdf (folder).

    De achterliggende onderzoeksrapporten zijn op de STOWA-website te downloaden, met uitgebreide beschouwingen over statistiek (kijk in de folder naar het nummer van het rapport).

    Voor de toekomst is het werk van Geert Lenderink van het KNMI interessant (onderzoek effect klimaatverandering op kortdurende extreme buien).

    Deze video op youtube geeft een leuke inleiding in zijn werk (link stond in 2016 ook al dit blog): https://www.youtube.com/watch?time_continue=1&v=Sn3waiE05tc

    Een recentere presentatie is hier te vinden: http://www.klimaatscenarios.nl/op_weg_naar_knmi21/Neerslag_Geert_Lenderink_Workshop_KNMI21_28sept2017.pdf

    Voor KNMI21 zal de verandering in dit soort type buien één van de speerpunten zijn. Zie deze aanvraag voor computercapaciteit bij het ECMWF (https://www.ecmwf.int/sites/default/files/special_projects/2017/spnllend-2017-request.pdf). Het is allemaal zeer rekenintensief en daardoor kostbaar als je de processen in grootschalige buicomplexen echt goed wil simuleren.

    Los van de toename in neerslag, wordt de maatschappelijke schade natuurlijk ook veroorzaakt door de toename van verharding of wijzigingen in landgebruik. Daar zullen we dus wat aan moeten doen.

    Erik

  2. Tinus, hartelijk dank hiervoor. Ik heb deze neerslagdiscussie op Twitter gevolgd. Mooi voorbeeld van hoe dit medium zijn nut bewijst.

    Marcel Crok heeft regelmatig valide punten over de beleid, kosten en haalbaarheid van de energietransitie. Maar ik begrijp nooit waarom dat gepaard dient te gaan met ontkennen dat er überhaupt een probleem is dmv allerlei halve gare grafiekjes.

    Ik bedoel, er kan toch sprake zijn van een groot probleem zijn dat zeer moeilijk op te lossen valt?

    Dat geldt overigens ook andersom voor degenen die wijzen op de grote gevolgen van klimaatverandering én tegelijkertijd beweren dat we zonder een centje pijn in 2030 volledig op zon en wind kunnen draaien.

  3. Bob Brand

    Beste Thijs,

    Ik denk niet, dat er ook maar iemand is die beweert “dat we zonder een centje pijn in 2030 volledig op zon en wind kunnen draaien.

    Zelfs Urgenda claimt dat niet. Hun ‘Agenda 2030’ omvat namelijk naast zon en wind ook héél veel biomassa en wijst op grote investeringen.

    Voorlopig is de ambitie in het regeerakkoord om 49% minder aan broeikasgassen uit te stoten in 2030 dan in 1990 (v.w.b. het geheel aan broeikasgassen, niet alleen CO2):

    http://www.pbl.nl/nieuws/nieuwsberichten/2017/analyse-regeerakkoord-maatregelen-brengen-helft-klimaatdoel-in-zicht

  4. Erik de Haan

    Tja, nu gaan klagen dat de energietransitie duur is of zo moeilijk. Dit terwijl dezelfde mensen of hun soortgenoten decennialang het duurzame energiebeleid hebben gefrustreerd. Beleid is bijna nooit gratis, of het economisch echt negatieve effecten geeft, is heel iets anders. Macro-economisch in ieder geval niet, dat heeft mij 30 jaar milieu-economisch werk wel geleerd.

    Zie op twitter, dat de discussie weer vrolijk doorgaat aangezien ze nu een nieuw uitgangsjaar hebben gevonden, diepe zucht.

    Als ze lef hebben gaan ze in Meerssen en Berg en Terblijt langs om hun boodschap te verkondigen dat er niets aan de hand is. Vorig jaar nog workshop gehad met boeren in Brabant die de buien van mei/juni 2016 over zich heen kregen. Dan merkt je wat voor leed dit geeft.

    De ECA KNMI website is op dit moment helaas gedeeltelijk down. Daar kan je (als die werkt) voor verschillende klimatologische indices zien wat de trend in Europa is (https://www.ecad.eu/).
    Erik

  5. Hans Custers

    Erik,

    Als er iets duidelijk is, is het wel dat ze geen consequent of consistent verhaal hebben. Ik vind het bijvoorbeeld heel typisch dat mensen als Crok vaak zeggen dat we vooral in zouden moeten zetten op adaptatie. Dat is niet meer dan holle retoriek als ze vervolgens alles uit de kast halen om mogelijke gevolgen en risico’s van klimaatverandering te ontkennen of te bagatelliseren. Want dan is een pleidooi voor adaptatie niet veel meer dan een pleidooi voor helemaal niets doen. Of: voor afwachten tot het kalf verdronken is, om dan eens te bekijken of er een put gedempt moet worden.

    Uiteindelijk komt het er toch gewoon op neer dat elk gelegenheidsargument blijkbaar goed genoeg is om gewoon af te wachten, in de hoop (of het wensdenken) dat het allemaal wel mee zal vallen.

  6. Ik heb het zelfde onderzocht in alle gegevens van het KNMI. Zie hier:
    https://josbertlonnee.wordpress.com/2018/12/05/extreme-regenval-nederland/
    De stijging in extreme regenval leek mij vooral een verschijnsel van na 1990 en vooral in de maanden juli en augustus. Ik stel mij inmiddels voor dat Nederland in zomers meer een soort van Zuid-Europees klimaat krijgt, omdat de straalstroom dan vaak op zijn plek blijft liggen.

Geef een reactie

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit /  Bijwerken )

Google+ photo

Je reageert onder je Google+ account. Log uit /  Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit /  Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit /  Bijwerken )

Verbinden met %s