Door de golven de zeespiegelcurve niet zien (lange versie)

Achtergrond
Getijmeters

1 maart 2019  |   |  Leestijd: 8 minuten

Als je alle data van getijmeters langs de Nederlandse kust op een hoop gooit, kun je daar een prachtige rechte lijn doorheen trekken. Maar of dat nou de beste interpretatie is?

De korte versie verscheen 26 februari als NRC-artikel. Hier, voor de echte liefhebbers van zeespiegelwetenschap, een verdere verdieping op de Nederlandse zeespiegeltrend. Met nog flink wat extra aandacht voor natuurlijke variabiliteit van de zeespiegel en recent onderzoek daarnaar:

Statistisch valt er weinig op af te dingen. Als je de meetgegevens van getijstations tussen Vlissingen en Delfzijl van 1890 tot en met 2018 in een grafiek plot, dan kun je ergens in het midden van een wolk van stipjes een liniaal leggen en een kaarsrechte streep tekenen. Die lijn zegt dat de zeespiegel langs de Nederlandse kust met 1,9 millimeter per jaar stijgt (en suggereert voor sommigen dat dat eeuwig zo doorgaat). Maar de dataruis is zó groot, dat je er ook een geheel andere lijn doorheen kunt trekken – een curve. En dan kun je ook een ander gemiddelde aflezen, een die niet constant is, maar verandert in de tijd. Als je naar de versnellende smelt van ijskappen kijkt, wordt dat misschien wel eens tijd…

Al 128 jaar constant?

De meetgegevens voor 2018 zijn binnen en dus kan (achter de schermen) de jaarlijkse update worden uitgevoerd van de Nederlandse zeespiegelgrafiek, beter bekend als de Zeespiegelmonitor, een product van kennisinstituut Deltares. De bekende streep werd daarmee één jaar langer. We hebben nu niet 127, maar 128 jaar lang een constante zeespiegelstijging langs de Nederlandse kust. Aldus de Zeespiegelmonitor.

Maar waarom eigenlijk? Isostatische bodemdaling [niet te verwarren met de veel snellere bodemdaling door delfstoffenwinning en de inklinking van polders, dat komt er in Groningen, Friesland en op veel plaatsen in de Waddenzee nog bovenop!] is een klein aandeel, en die is inderdaad heel constant: ongeveer 0,2 millimeter per jaar. Het grootste deel van de zeespiegelstijging wordt veroorzaakt door thermische expansie van opwarmend oceaanwater, en de afsmelting van landijs. Klimaatverandering dus.

De verleden zeespiegelstijging is van geheel andere orde dan die van de toekomst. Zo zijn grote ijskappen pas zeer recentelijk belangrijke producenten van smeltwater geworden. Daar lees je meer over in dit stuk.

Nou weten we dat klimaatverandering bepaald niet lineair verloopt. Tenminste, niet met een constante snelheid sinds 1890. In 1958 – het jaar dat atmosferisch chemicus Charles Keeling op Hawai een meetstation startte, en twee eeuwen na het officiële begin van de industriële revolutie – was de atmosferische CO2-concentratie nog ‘slechts’ met 35 ppm gestegen. In de 60 jaar daarna kwam er nog bijna 100 ppm bovenop. Klimaatverandering wordt dus vooral in het heden gecreëerd. Dat laat ook de wereldtemperatuur zien. Volgens mondiale meetreeksen is het gemiddeld 1 graad warmer geworden sinds het pre-industriële klimaat. Maar het huidige tempo is veel hoger: 0,2 graden per decennium – en onder hoge emissiescenario’s gaat die snelheid naar verwachting zelfs nog oplopen.

Voor de zeespiegel verwacht je een nog sterkere tijdsafhankelijke curve. Dat is omdat de voornaamste drijvers vertraagd reageren op klimaatverandering. Dat geldt al voor de thermische expansie van oceaanwater, aangezien de oceanen veel langzamer opwarmen dan de atmosfeer. Het geldt ook voor de gebergtegletsjers. En wat nog weer trager gaat is de uiteindelijk grootste bron van zeespiegelstijging: de afsmelting van grote ijskappen. De Groenlandse ijskap is pas sinds de jaren 90 een serieuze bron van zeespiegelstijging, en Antarctica is eigenlijk pas in het afgelopen decennium ontwaakt.

“Vanuit een eenvoudige fysische redenering zou je verwachten dat bij een stijging van de temperatuur op aarde niet alleen de zeespiegel stijgt, maar dat dit ook met een toenemende snelheid gebeurt. Dat is omdat het lang duurt voor de zeespiegel zich aanpast aan een nieuw klimaatgemiddelde”, vertelt zeespiegelonderzoeker Dewi Le Bars van het KNMI.

Zeespiegeldata is tegenwoordig niet meer alleen afkomstig van getijmeters langs kusten, maar sinds 1993 ook aangevuld met waarnemingen uit speciale zeespiegelsatellieten. In klimaatkringen wordt het de ‘altimetry era’ genoemd. Het maakt een groot verschil, want nu kunnen ook meetgegevens van het midden van grote oceaanoppervlakten worden meegewogen. En hoe beter je dataspreiding (en hoe groter het totale aantal metingen), hoe beter je in staat bent de trend uit de ruis te destilleren. En dus ook om versnelling te meten. Zelfs op korte tijdschalen, zoals Le Bars illustreert:

“De 20e eeuw zag de snelste zeespiegelstijging in de voorbije drieduizend jaar, mondiaal tussen de 1 en 2 millimeter per jaar. Over de laatste dertig jaar was het mondiaal 3 millimeter per jaar en de afgelopen tien jaar al meer dan 4 millimeter per jaar.”

De oorzaak van de versnelling tussen de 19e en de 20e eeuw en de (hogere) versnelling in afgelopen decennia is niet dezelfde, voegt hij toe:

“De versnelling over de afgelopen eeuw is gedreven door thermische expansie van opwarmend oceaanwater en de afsmelting van (relatief kleine) gebergtegletsjers. Pas heel recent hebben Groenland en Antarctica de koppositie genomen.”

Goed. Mondiaal is dus een curve te tekenen, een kromme lijn. Waarom is de Nederlandse zeespiegelgrafiek dan lineair? Nou, dat is ten eerste maar over welke periode je ernaar kijkt. Een echte specialist in regionale variaties is Thomas Frederikse, die onlangs van de TU Delft overstapte naar NASA. Hij wijst erop dat er ook een versnelling zit in de Nederlandse meetgegevens, maar dan alleen in de periode vanaf 1960.

“Doe je de berekening over de hele 20e eeuw, dan vind je geen versnelling. Dat komt doordat een trendlijn of een berekende versnelling een wiskundig trucje is om een curve te vinden die het meeste op de data lijkt. De getallen die je daaruit krijgt zijn heel sterk afhankelijk van de gekozen begin- en eindperiode. Zulke trends of versnellingen doortrekken naar de toekomst of verleden gaat dus ook geheid fout.”

“Wat je wel kunt stellen is dat de hoeveelheid ijs die het afgelopen decennium gesmolten is, veel hoger is dan in de decennia ervoor, en ook dat de zee steeds sneller opwarmt en dus uitzet”, voegt Frederikse toe.

Eigenlijk zijn het twee kromme lijnen

Toch nog even terug naar de Nederlandse grafiek. Vanaf 1960 is die een beetje krom, maar als je ook de data van getijmeters uit de periode van 1890 tot 1960 meeneemt, is het geheel toch een rechte lijn. Maar daar valt nog iets op aan te merken. Als je de tijdsschaal nog wat verder oprekt, krijg je juist weer een curve. De datakwaliteit is dan wat minder. Op sommige plekken moet je dan bijvoorbeeld van getijmeters omschakelen naar zeespiegelreconstructies op basis van sedimentonderzoek in kwelders. In Nederland steeg de zeespiegel in de 19e eeuw met ongeveer 6 centimeter (en mondiaal was die vrijwel stabiel). Dat betekent dat je óók over die langere periode van 1800 tot 1960 ‘eigenlijk’ een curve moet tekenen – dat staat in elk geval een stuk beter dan twee rechte lijnen met een harde knik in het midden.

Le Bars: “Dat gemiddelde van ongeveer 2 millimeter zeespiegelstijging per jaar, over de voorbije 128 jaar, is al meer dan het daarvoor was. Dus eigenlijk zien we ook op die grotere tijdschaal een versnelling.”

Maar we negeren nog iets anders. Er zit een enorme spreiding van jaar tot jaar en ook van decennium tot decennium in de Nederlandse zeespiegelmetingen. Die variatie (voor de Noordzee maar liefst 4 of 5 centimeter per decennium, blijkt uit eerder onderzoek van Frederikse) is een veelvoud van de trend. En dat is een andere belangrijke reden waarom de trend langs de Nederlandse kust zo moeilijk te duiden is. Te veel ruis, in statistische termen.

Die ruis valt voor een belangrijk deel ook te verklaren. In wetenschappelijke termen is het dan natuurlijke variatie, of zoals Frederikse het noemt: ‘zeespiegelweer’.

Dat zeespiegelweer is in onze contreien zo grillig als de seizoenen. Zo is de invloed van stormen enorm. Toch zijn er ook binnen de natuurlijke variatie een paar onderliggende patronen te ontdekken, die soms een cyclisch karakter hebben. De best-voorspelbare is de ‘knopencyclus’: een golfbeweging van 18,6 jaar waarin veranderende maanstanden zorgen voor een toe- en afname van het getij, die daarmee ook een dempende danwel uitvergrotende invloed heeft op de gemiddelde zeespiegelstand. Op basis van die factor heeft Nederland een rustige periode achter de rug, en zal de lokale zeespiegelstijging in komende jaren iets versnellen.

Trend zeespiegelstijging Nederlandse kust
De zeespiegeltrend langs de Nederlandse kust vertoont veel pieken en dalen. Als je de invloed van bodemdaling (GIA), windvariatie en de knopencyclus (‘nodal cycle’) wegfiltert, is sinds 1960 een lichte versnelling te zien. Dit wordt vooral veroorzaakt door het uitzetten van opwarmend oceaanwater en de smelt van kleine gletsjers. Grote ijskappen zijn pas vrij recentelijk een bron geworden, maar van toenemend belang. Grafiek: Thomas Frederikse, NASA. Data: Rijkswaterstaat en NOAA.

Maar zoals de bovenstaande, door Thomas Frederikse speciaal voor dit artikel gemaakte grafiek laat zien, zijn andere factoren van aanzienlijk grotere invloed dan de maancyclus. Én een stuk grilliger. Korte termijn projecties zijn daarom tamelijk zinloos. Het kan alle kanten op.

Koud water en noordenwinden

Achteraf valt er vaak meer te duiden. Zo verscheen er twee weken terug een interessante studie in een subblad van Nature. Een hiaat in de Nederlandse stijging tussen 2007 en 2013 kan mede verklaard worden door relatief koud water in het noordelijk deel van de Noord-Atlantische Oceaan en tijdelijke dominantie van winden met een noordelijke component (die op jaarbasis dempend zijn op de waterstanden langs Noordwest-Europese kusten).

variabiliteit zeespiegelstijging watertemperatuur
De snelheid van de regionale zeespiegelstijging in de Noordzee wordt ook beïnvloed door golfbewegingen in de watertemperatuur van de Noord-Atlantische Oceaan. Niet alleen omdat dit leidt tot variaties in de thermische expansie, maar ook omdat de watertemperatuur invloed heeft op de dominante windrichting – zo laat recent onderzoek van Léon Chafik zien.

Hoofdauteur Léon Chafik van de Universiteit van Stockholm legt uit dat geografische verschillen in de temperatuur van de Noord-Atlantische Oceaan ook van invloed zijn op de positie van drukgebieden in de atmosfeer, en daarmee op de wind. De wind veroorzaakt vervolgens opstuwing of demping. Die watertemperaturen worden beïnvloed door een natuurlijke golfbeweging: de Atlantische Multidecadale Oscillatie. En zijn dus een beetje te voorspellen.

“Maar in het slot van ons paper zeggen we nadrukkelijk dat de staat van de atmosfeer zelf [lees: het weer] net zo belangrijk is als de oceaan, in het veroorzaken van afwijkende zeespiegelstanden langs kusten. En de laatste is op een termijn van jaren zoals je weet behoorlijk lastig te voorspellen…”

Maar wat is als je dit allemaal wikt en weegt dan eigenlijk de huidige gemiddelde snelheid van de zeespiegelstijging langs de Nederlandse kust? Vanwege de grilligheid van het weer op onze breedtegraad, niet alleen van seizoen tot seizoen, maar ook van jaar tot jaar, berekenen wij in Nederland ‘het (gemiddelde) klimaat’ over een periode van 30 jaar. Het lopende gemiddelde is dus alleen geldig voor een periode tot 15 jaar terug. Als je een actueel gemiddelde wilt meten, moet je eerst nog even 15 jaar aan toekomstige metingen erbij voorspellen. En vanwege de enorme grilligheid langs de Nederlandse kust, kun je je daar beter niet aan wagen.

Het gemiddelde van het verleden

Moeten we dan maar zeggen dat het gemiddelde nog steeds gewoon 1,9 millimeter per jaar is? Mwah. Dat is het gemiddelde over de afgelopen 128 jaar. Het gemiddelde over de komende 128 jaar zal beslist een ander getal geven – een veelvoud. En als je dan toch een lijn tekent, staat een curve fraaier dan een knik. Nogmaals naar de drijvers kijkend, is de kans dat het werkelijke ‘running’ gemiddelde langs de Nederlandse kust nog op 1,9 millimeter ligt niet zo groot. De komende vijftien jaar komt er immers nog een flinke golf smeltwater bovenop, niet alleen van grote ijskappen, maar ook van snelsmeltende kleinere gletsjers, zoals op Alaska. En ook thermische expansie zet door.

Wél zal Nederland nu nog iets onder het mondiale gemiddelde liggen, van 4,3 millimeter per jaar. Dat komt onder andere doordat Groenland nu nog meer smeltwater produceert dan Antarctica. En vanwege het effect van zwaartekrachtverschuivingen die daarbij optreden op de wereldoceaan is dat voor Nederland een gunstige verhouding – zij het een die in de toekomst kan gaan verschuiven, zo geven glaciologen aan. Alle modellen voorspellen voor Nederland verderop in deze eeuw dan ook een waarde dicht in de buurt van het mondiale gemiddelde.

Conclusie: ja, je kunt een rechte lijn trekken door de sterk gespreide data van het verleden. Maar zowel na als voor het jaar 1960 past ook een (licht versnellende) curve. En eigenlijk maakt het geen verschil. Want of die lijn nou recht of krom is, de voorspellende waarde is nihil. Zowel op de korte termijn, als op de lange. Dan komen geheel andere krachten in het spel, op duizenden kilometers van de Nederlandse kust. De West-Antarctische ijskap, en wellicht ook delen van de Oost-Antarctische. Dat is gelukkig nog voor een zeer belangrijk deel afhankelijk van toekomstige emissies. Weliswaar wéér een onzekerheid, maar ook een waar we invloed op kunnen uitoefenen.

Zeespiegelgrafiek voor de gehele Noordzee, uit eerdere publicatie uit 2016 van Thomas Frederikse in Geophysical Research Letters. Tussen 1960 en 2014 is in de Noordzee wél een versnelling waar te nemen – maar ook die trendlijn heeft in zichzelf weinig voorspellende waarde. Het kan nog jaren duren voor de versnelling van de zeespiegelstijging definitief boven de multidecadale variabiliteit uitkomt en ook in de volledige dataset langs de Nederlandse kust dominant wordt. De actuele gemiddelde snelheid van de zeespiegelstijging langs de Nederlandse kust is daarmee eigenlijk niet bekend.