Nieuwe neerslagreeksen voor waterbeheer toegelicht

Het KNMI, STOWA en HKV hebben de neerslagreeks (uursommen) van De Bilt getransformeerd naar 112 klimaatvarianten op basis van zichtjaren, klimaatscenario's, detailniveaus en (regionale) neerslagregimes. Uit de nieuwe statistieken blijkt dat de omvang van extreme neerslaggebeurtenissen in het klimaat rond 2014 gemiddeld tien procent hoger ligt dan in de tot nu toe gebruikte statistiek. De kans op een extreme bui is minimaal met een factor 2 is toegenomen. Dit artikel beschrijft de samenstelling van die nieuwe klimaatreeksen en laat een aantal interessante effecten voor het stedelijke waterbeheer zien van de hand (reeks)simulaties met RainTools.

Eind 2015 hebben het KNMI, STOWA en HKV de publicatie Actualisatie meteogegevens voor waterbeheer uitgebracht. Hierin hebben zij voor het waterbeheer de uursommenreeks van De Bilt omgezet in 112 klimaatvarianten op basis van de volgende kenmerken:

  • vier zichtjaren: 2014, 2030, 2050 en 2085;
  • vier KNMI'14-klimaatscenario's: WL, WH, GL, GH;
  • drie subscenario's: lower, center en upper;
  • vier neerslagregimes in Nederland: L, G, H en H+.

Dit artikel licht die neerslagreeksen toe en laat interessante resultaten zien van reekssimulaties met RainTools.
 
Klimaatscenario's en zichtjaren
De KNMI'14-klimaatscenario's (mei 2014) vertalen de onderzoeksresultaten voor het wereldwijde klimaat uit het IPCC-rapport (2013) naar Nederland. De scenario's beschrijven samen de hoekpunten waarbinnen de klimaatverandering in Nederland zich volgens de nieuwste inzichten waarschijnlijk zal voltrekken. Ze geven de verandering rond 2030, 2050 en 2085 weer ten opzichte van het klimaat in de periode 1981-2010. De vier KNMI'14-scenario's verschillen in de mate waarin de wereldwijde temperatuur stijgt ('Gematigd' en 'Warm') en in de mogelijke verandering van het luchtstromingspatroon ('Lage waarde' en 'Hoge waarde') (zie figuur A).


Figuur A Codering KNMI'14-scenario's (Bron: http://www.klimaatscenarios.nl/scenarios_samengevat).
 
De scenario's verschillen in de mate waarin de mondiale temperatuur stijgt en de mate waarin de luchtstromingspatronen boven Nederland veranderen. De W scenario's kenmerken zich door een sterke toename van de wereldgemiddelde temperatuur, terwijl die in de G scenario's gematigd is. Bij de GH/WH scenario's zorgt een verandering in de luchtstroming boven de Atlantische oceaan en West-Europa voor extra warme en natte winters, terwijl de zomers extra warm en droog zijn. Bij de GL/WL scenario's is de invloed van veranderingen in de luchtstroming klein.
 
Subscenario's
De subscenario's beschrijven een mogelijke range aan veranderingen in de extreme neerslag. Bij beschouwing van de reeksen voor de klimaatscenario's blijkt dat een deel van de subscenario's al kenmerken heeft die passen bij de basisreeks 2014. De range tussen het upper en lower subscenario geeft aan dat de onzekerheid over de klimaatverandering groot is.
 
Neerslagregimes
De neerslagregimes geven de verschillen in extremewaardenstatistiek van neerslag over Nederland weer (zie figuur B).
 


Figuur B Neerslagregimes extremewaardenstatistiek.
N.B. Locatieparameters voor de regimes: L = 0,93; G = 1,00; H 1= 1,08 en H+ = 1,14

 
Per regime geeft Buishand et al. (2009) een factor voor de statistiek, aangeduid als de relatieve locatieparameter. Deze factoren zijn afgeleid op basis van daggegevens en daarmee niet direct bruikbaar voor duren korter dan één dag. Voor de kortere neerslagduren is een dergelijke indeling voor Nederland (nog) niet te maken.
 
Klimaattransformatie
De neerslaggegevens zijn gehomogeniseerd, waarbij correcties zijn toegepast voor de opstelling van de regenmeters en veranderingen in meetmethoden. De uursommenreeks van 1906-2014 is met het transformatieprogramma van het KNMI ‘gedetrend' naar het jaar 2014. De reeks van de afgelopen 100 jaar is in essentie getransformeerd naar het klimaat van 2014 (zie figuur C). N.B. Deze transformatie is vooral gericht op de neerslagpatronen van de afgelopen 100 jaar. Daarom is de getransformeerde reeks bijvoorbeeld minder geschikt voor droogtebeschouwingen.
 


Figuur C Getransformeerde jaarsommen voor uursommenreeks De Bilt, periode 1906 - 2014.
 
Statistiek extreme neerslag
De neerslagreeksen zijn bedoeld voor waterbeheerders die vooral geïnteresseerd zijn in de langere neerslagduren. Uit de nieuwe statistieken blijkt dat de omvang van extreme neerslaggebeurtenissen in het klimaat rond 2014 gemiddeld tien procent hoger ligt dan in de tot nu toe gebruikte statistiek. De klimaatverandering wordt hiermee al zichtbaar in de statistieken. Extreme neerslaggebeurtenissen (voor langere duren) zelf komen ongeveer twee keer zo vaak voor als in het verleden en in de toekomst zullen ze verder in aantal toenemen. Voor de kortere duren is de verwachting dat dat effect groter is.
 
In het rapport Actualisatie meteogegevens voor waterbeheer 2015 kunt u lezen hoe de onderzoekers op basis van de KNMI-klimaatscenario's nieuwe neerslagreeksen en -statistiek hebben afgeleid en welke wetenschappelijke keuzes ze daarbij hebben gemaakt. Het rapport beschrijft ook hoe een nieuwe referentie voor het huidige klimaat is gemaakt (klimaat rond 2014). Deze klimaatreeksen zijn vrij beschikbaar (gepubliceerd op Meteobase) en ook rechtstreeks te gebruiken via RainTools.
 
Klimaateffect op extreme buien
De bui van 13 juni 1953 is de meest extreme bui uit de neerslagreeks van De Bilt 1906-2014 die van belang is voor het functioneren van het stedelijke gebied. In deze bui zit de grootste uursom die ooit in De Bilt is geregistreerd: ruim 44 mm. Ondanks alle neerslag- en temperatuurrecords van de afgelopen 10 tot 15 jaar heeft het in De Bilt niet harder geregend dan in 1953.

In de oorspronkelijke neerslagreeks van De Bilt heeft de bui van 13 juni 1953 een volume van 44,1 mm in 1 uur. In de reeks die is aangepast naar het klimaat van 2014 is dat volume toegenomen tot 55,8 mm in 1 uur voor het upper subscenario. In het extreme klimaatscenario Warm met hoge verandering van de luchtstromingspatroon (WH-upper) bedraagt dat volume 72,2 mm in 1 uur voor de regio met het zwaarste neerslagregime.

Volgens de getransformeerde klimaatscenario's wordt de bui in de toekomst fors zwaarder: tot meer dan 60% in 2085.
Een belangrijk punt is dat de gebeurtenis van 13 juni 1953 niet echt extreem is vergeleken met de buien die vooral de laatste jaren in Nederland zijn gevallen. Denk aan Herwijnen, waar op 28 juni 2011 in 70 minuten 93 mm viel. Het zou daarom interessant zijn om te weten hoeveel een bui als Herwijnen in 2085 is toegenomen. Met de ontwikkeling van nieuwe weermodellen kunnen we de komende jaren antwoorden op dergelijke vragen verwachten.
 
Impact van extreme buien
Om de impact van extreme buien te bepalen, is de zwaarste bui uit de neerslagreeks uit 1953 met RainTools gesimuleerd op een veelvoorkomend rioolstelsel (zie figuur D).
 

Figuur D RainToolssimulatie met bui 13 juni 1953 op rioolstelsel met berging van 7 mm, pompovercapaciteit van 0,7 mm/h en overloopcapaciteit van 60 l/s/ha.
 
Figuur D geeft het verloop van de waterbalans weer met:

  • ledigingscapaciteit rioolstelsel (donkerrood);
  • berging in rioolstelsel (blauw);
  • overloopcapaciteit rioolstelsel (oranje);
  • water op straat (groen);
  • wateroverlast (rood).
De (gemiddelde) overloopcapaciteit van een rioolstelsel is eigenlijk de hoeveelheid regenwater die een stelsel kan afvoeren naar de overstorten (overlopen). Een overloopcapaciteit van 60 l/s/ha komt overeen met ruim 20 mm/h. 
 
Voor deze simulatie is gerekend met de ongecorrigeerde 5-minutenregistratie van de bui in 1953. Grotere tijdstappen (zoals uursommen) werken nivellerend op piekintensiteiten en dus ook op de berekening van water op straat. Toch wordt alleen maar water op straat berekend bij de zwaarste bui uit de neerslagreeks, terwijl de overloopcapaciteit van het rioolstelsel van 60 l/s/ha niet echt groot is.
 
De simulatie is ook uitgevoerd met dezelfde bui maar dan getransformeerd naar het klimaat van 2014 (zie figuur E).
 
Figuur E RainToolssimulatie met bui 13 juni 1953 getransformeerd naar klimaat 2014 op rioolstelsel met berging van 7 mm, pompovercapaciteit van 0,7 mm/h en overloopcapaciteit van 60 l/s/ha.
 
Volgens de oorspronkelijke reeks van De Bilt wordt op 13 juni 1953 geen wateroverlast berekend. Volgens de getransformeerde reeks naar het klimaat van 2014 is het wateroverlasteffect relatief beperkt.
 
Neerslagreekssimulatie
De simulatie met de bui van 13 juni 1953 laat wel enige wateroverlast zien, maar nog relatief beperkt. Daarom kijken we ook naar de simulatie met de meest extreme variant van de neerslagreeks: voor het zichtjaar 2085, het neerslagregime van de regio H+, klimaat(sub)scenario WH (upper) (zie figuur F).


Figuur F RainToolssimulatie met uursommenreeks De Bilt getransformeerd naar meest extreme variant voor klimaat 2085 op rioolstelsel met berging van 7 mm, pompovercapaciteit van 0,7 mm/h en overloopcapaciteit van 60 l/s/ha.
 
Figuren F laat de overloopgebeurtenissen van het rioolstelsel zien, gesorteerd naar maximum volume water op straat met:
  • neerslagvolume gebeurtenis (donker blauw);
  • overloopvolume gebeurtenis (oranje);
  • max. water op straat volume gebeurtenis (groen);
  • max. wateroverlast volume gebeurtenis (rood). 
De RainToolssimulatie van de volledige neerslagreeks 1906-2014 in de meest extreme variant berekent in die ruim 100 jaar zestig keer water op straat. In drie gevallen daarvan is sprake van wateroverlast als de water-op-straatberging van 20 mm wordt overschreden. De frequenties van water op straat en wateroverlast zijn eigenlijk aan de lage kant. Dit komt deels door het nivellerende effect van de uursommen op korter durende neerslagpieken en het feit dat De Bilt in die ruim 100 jaar weinig zeer extreme buien heeft geregistreerd. Dit laatste is logisch omdat de ‘pakkans' van extreme buien in een regenmeter op één punt in Nederland relatief klein is.
 
Samenvatting en conclusies
Het KNMI, STOWA en HKV hebben 112 nieuwe neerslagreeksen gepubliceerd. Dit zijn klimaatvarianten van de uursommenreeks van De Bilt 1906-2014. Deze reeksen zijn getransformeerd naar het klimaat van 2014, 2030, 2050 en 2085. Uit de nieuwe statistieken blijkt dat de omvang van extreme neerslaggebeurtenissen in het klimaat rond 2014 gemiddeld tien procent hoger ligt dan in de tot nu toe gebruikte statistiek. De klimaatverandering wordt hiermee al zichtbaar in de statistieken. De kans op een extreme bui is minimaal met een factor 2 is toegenomen. De neerslagreeksen zijn voor het waterbeheer afgeleid op basis van de neerslagpatronen in de afgelopen 100 jaar en daarom minder geschikt voor studies naar droogteveranderingen.
 
De meest extreme bui uit de neerslagreeks is gevallen op 13 juni 1953 met de grootste uursom van 44,1 mm in een uur. In de top-10 van kortdurende extreme buien dateren zeven van de tien buien van vóór 1990 in de meest extreme reeks. Dat is opvallend, omdat juist de laatste 10 tot 15 jaar veel neerslagrecords zijn gebroken. De neerslagreeks van De Bilt bevat kennelijk weinig kortdurende extreme buien en is voor het stedelijk waterbeheer waarschijnlijk daarom minder relevant.
 
Voor de analyse van extreme buien is het statistisch wel interessant om naar neerslagreeksen te kijken. Om de effecten van hevige regen goed te analyseren, is het beter om naar individuele gebeurtenissen te kijken. Bij extreme buien speelt de ruimtelijke spreiding van neerslag een belangrijke rol. Voor ruimtelijke informatie over (extreme) buien ligt het gebruik van radarbeelden meer voor de hand.
 
Lees het STOWA-rapport Actualisatie meteogegevens voor waterbeheer 2015 en het KNMI achtergrondartikel over extreme neerslag.

Kennisbank


U Bezocht Onlangs


GEEF UW SUGGESTIE