Geprojecteerde veranderingen in lokale stormvloeden

Om toekomstige stormvloedhoogten te kunnen afleiden, moeten geprojecteerde winden vertaald worden in golfhoogten. Voor stormvloeden langs de Nederlandse kust zijn de noordelijke winden het belangrijkst. Deze hebben de langste

windbaan, en er worden maximale waterniveaus bereikt wanneer deze winden waaien vanaf de Noorse Zee naar het zuiden van de Noordzee. Zo is niet alleen de kracht van de wind (de windsnelheid), maar ook de windrichting van belang, en moet rekening gehouden worden met veranderingen die zich in zowel de snelheid als de richting voordoen. In paragraaf 2 lieten we zien dat toegenomen windsnelheden beperkt waren tot zuidwestelijke richtingen. Een eerste schatting is daarom ook dat stormvloedhoogten langs de Nederlandse kust niet erg

beïnvloed worden door klimaatverandering.

Om deze hypothese te testen, zijn de resultaten van verschillende

stormvloedmodellen, aangedreven van de winden, die besproken zijn in de vorige paragrafen, geanalyseerd. Windvelden van de RCAO verzameling (zie paragraaf 2.2.2) werden gebruikt als basis van het TRIMGEO26_{model voor}

huidige (1961-1990) en toekomstige (2071-2100) klimaatomstandigheden (Woth et al. 2006, Woth 2005). Resultaten worden besproken in paragraaf 3.3.

De winden uit de Essence verzameling werden gebruikt als aandrijving van WAQUA/DCSM98 (zie

http://www.waqua.nl/systeem/documentatie/usedoc/waquapublic/waq general.pdf), het stormvloedmodel dat operationeel wordt gebruikt bij het KNMI

(zie http://www.knmi.nl/~jwdv/WAQUA). Dit model wordt normaal gesproken

aangedreven met winden uit een model voor een beperkt gebied met een hoge resolutie voor weersvoorspellingen. Om te controleren of de lageresolutie Essence winden een geschikte forcering zijn, gebruiken we ERA-40 winden (Uppala et al. 2005), geïnterpoleerd naar de Essence resolutie, als aandrijving van WAQUA/DCSM98. Om de onderschatting van oppervlaktewinden in ERA-40 ten aanzien van Essence, zoals opgemerkt in figuur 2.5, te ondervangen, werden de ERA-40 winden met 10% verhoogd. De gemodelleerde jaarlijkse maximum stormvloedhoogten volgen dezelfde verdeling als de waargenomen

stormvloedhoogten (zie figuur 2.7), en in 30 van de 44 jaar was dezelfde

gebeurtenis verantwoordelijk voor het jaarlijkse maximum in het model en in de waarnemingen. Het verschil tussen modellen en waarnemingen laat geen

systematische afhankelijkheid van de stormvloedhoogte zien. Alles bij elkaar concluderen we dat de combinatie Essence-WAQUA/DCSM98 geschikt is om extreme stormvloeden te bestuderen.

Figuur 2.7: Gumbel grafiek van jaarlijkse maximum stormvloedhoogten in Hoek van Holland gedurende de periode 1958-2002. Waarnemingen en resultaten uit

WAQUA/DCSM98 geforceerd door ERA-40 winden zijn vergeleken.

Alle resultaten over stormvloedhoogte die hier weergegeven zijn, zijn gebaseerd op directe modelresultaten. Over het algemeen zijn deze waarden geen niveaus die zich direct aan de kustlijn voordoen, maar op plaatsen die zich voor de kust bevinden, op bijvoorbeeld de 10-meterlijn. Daarom is een op regressie

gebaseerde lokalisatiestap nodig, die stormvloedhoogten buiten de kust (op roosterpunten) waarden aan de kustlijn verbindt. De techniek is geïntroduceerd door Langenberg et al. (1999) en werd verfijnd door Grossmann et al. (2007) voor de monding van de Elbe en door Woth en Weisse (2008) voor de Duitse Noordzeekust. De lokalisatiestap is opgenomen in WAQUA/DCSM98 door subtiel de waterdiepten van het model te veranderen zodat er resultaten geleverd werden die rechtstreeks vergelijkbaar zijn met het aflezen van de lokale getijdenmeter. Onze grootste aandacht gaat hier uit naar veranderingen in stormvloedhoogten. Zolang de waterdiepten niet veranderd zijn, zal de

evenredigheid tussen stormvloedhoogten aan de kustlijn en die op een locatie waarop het model van toepassing is, niet veranderen. De hieronder

gerapporteerde resultaten zijn daarom, hoewel deze strikt gesproken alleen geldig zijn voor het modelroosterpunt dat het dichtst bij de kust ligt, ook relevant voor het waterniveau aan de kustlijn.

3.2. Onzekerheid

Volgens de Nederlandse wet moet de kustwering een waterpeil kunnen

tegenhouden dat zich gemiddeld slechts eens in 10.000 jaar voordoet. Dit peil moet geschat worden op basis van de bestaande gegevens voor 118 jaar. Het is geen verrassing dat de extrapolatie over twee ordes van grootte tot een grote onzekerheid leidt. Dit is geïllustreerd in figuur 2.8 voor het station Hoek van Holland, waar zwart duidt op waarnemingen. De GEV-fit levert een beste schatting op van 3,6 m voor de 10.000-jaar terugkeerwaarde, maar het 95%- betrouwbaarheidsinterval loopt van 2,9 m tot 6,4 m. Het

betrouwbaarheidsinterval wordt bepaald door gebruik te maken van de 'profile likelihood' methode. De kans dat de echte waarde lager is dan de laagste grens of hoger dan de hoogste grens is voor beide 2,5%.

Figuur 2.8: Gumbel grafiek voor stormvloedhoogten bij Hoek van Holland. Zwart: waarnemingen (vet) en GEV-fit (niet-vet). Rood: gegevens uit perioden van 100 jaar van Essence-WAQUA/DCSM98 (vet) en bijbehorende fits (niet-vet). Blauw: alle gegevens van Essence tezamen. De balken aan de rechterkant geven de 95%-

betrouwbaarheidsintervallen voor de 10.000-jaar terugkeerwaarden weer. De rode balk is voor de curve met de hoogste beste schatting van 4,5 m.

Dit resultaat wordt bevestigd door de resultaten uit de Essence-WAQUA/DCSM98 verzameling. De rode stippen en lijnen in figuur 2.8 zijn verkregen door

willekeurige 100-jaar segmenten van de verzameling (jaren 1950-2000 van twee onderdelen) te gebruiken. De respectievelijke GEV-fit levert beste schattingen op die lopen van 2,6 m tot 4,5 m, en het 95%-betrouwbaarheidsinterval voor de laatstgenoemde waarde loopt van 3 m tot 10 m. Uit deze resultaten blijkt duidelijk dat de impact van klimaatverandering op stormvloedhoogten niet betrouwbaar afgeleid kan worden uit korte tijdreeksen. De steekproeffout zou

veel groter zijn dan het signaal, waarvan we aannemen dat dat, met het oog op paragraaf 2, klein is. Alleen de hele verzameling (17x50 jaar, blauw) levert een betrouwbaarheidsinterval op dat klein genoeg kan zijn om een signaal van klimaatverandering te detecteren.

3.3. Ontwikkeling van regionale klimaatmodellen

Er zijn aanzienlijke variaties tussen verschillende schattingen voor extreme stormvloedhoogten zoals 50-jaar terugkeerwaarden (Flather et al. 1998, Lowe et al., 2001, Lowe en Gregory 2005). Schattingen die gebaseerd zijn op

veranderingen van vaker voorkomende stormvloedhoogten (zoals het jaarlijks 99-percentiel) blijken iets robuster te zijn en lijken een meer samenhangend beeld te geven. Als windvelden van de RCAO verzameling, die besproken is in paragraaf 2.2.2, gebruikt worden, worden toenames in de 99-percentiel

stormvloedhoogten langs de Duitse, Nederlandse en Deense kust waargenomen ongeacht het model of het scenario waaruit de windvelden verkregen zijn (Woth 2005, Woth et al. 2006). Voor Nederland in de winter (DJF) zijn de schattingen van veranderingen in de jaarlijkse 99-percentiel stormvloedhoogten 5-10% voor 2070-2100 (von Storch en Woth 2008). Voor het grootste deel van de

Nederlandse kust blijft dit binnen het bereik van de waargenomen (hindcast) variabiliteit binnen de afgelopen 50 jaar. Een identiek resultaat werd verkregen door Debernard en Røed (2008). Deze auteurs rapporteren ook dat

veranderingen voor het gematigde B2 scenario (Nacicenovic et al. 2000) hoger zijn dan voor het A2 scenario. Aangezien ze slechts één run hebben uitgevoerd voor elk mondiaal klimaatmodel, kan het zijn dat hun resultaat eerder decadale variabiliteit dan klimaatverandering beschrijft..

Figuur 2.9: Gumbel grafiek voor golfhoogten bij Hoek van Holland van de Essence-WAQUA/DCSM98 verzameling. Zwart:

waarnemingen (dezelfde als in figuur 2.8), blauw: huidig klimaat (1950-2000, hetzelfde als in figuur 2.8), rood: toekomstig klimaat (2050-2100). De balken aan de rechterkant geven het 95%-betrouwbaarheidsinterval aan.

3.4 Resultaten uit Essence

De statistische betrouwbaarheid die ontbrak bij de ontwikkeling van regionale klimaatmodellen wordt wel geboden door de Essence-WAQUA/DCSM98

verzameling. Figuur 2.9 geeft een Gumbel grafiek weer van gemodelleerde jaarlijkse maximum stormvloedhoogten bij Hoek van Holland voor het huidige (1950-2000) en het toekomstige (2050-2100) klimaat. De fits alsook de betrouwbaarheidsintervallen voor de 10.000-jaar terugkeerwaarden zijn praktisch identiek. Binnen de grenzen van natuurlijke variabiliteit is er geen sprake van verandering van stormvloedhoogten door mondiale opwarming langs de Nederlandse kust.