De komende KNMI’23 klimaatscenario’s

Om ervoor te zorgen dat deze scenario’s voldoen aan de eisen van de gebruikers ervan, werd op 10 oktober 2022 een workshop voor belanghebbenden georganiseerd. Het eerste deel bestond uit een reeks presentaties, met ongeveer 200 deelnemers, zowel live als online. Deze blogpost vat de informatie samen die in de presentaties werd gedeeld en reflecteert op de relevantie ervan voor de drinkwatersector. Aangezien de KNMI-scenario’s zich richten op Nederland, is de samenvatting van de gedeelde informatie dat ook. Mijn reflecties hierop zouden echter breder geografisch toepasbaar moeten zijn.

Samenvatting van algemene visie op de KNMI’23 klimaatscenario’s

De nieuwe reeks scenario’s is, net als de vorige, bedoeld om eenscala van mogelijke toekomsten te bestrijken. Er worden vier scenario’s gedefinieerd die zich over twee assen uitstrekken. De eerste vertegenwoordigt emissiescenario’s, en het ICCP SSP1-2.6 aan de lage kant en SSP5-8.5 aan de hoge kant. Het eerste leek door de presentatoren inmiddels als vrijwel onhaalbaar te worden beschouwd, het tweede werd als zeer pessimistisch voorgesteld. Deze as geeft in wezen het emissiegedrag van onze mondiale beschaving in de komende decennia en daarna weer.

De tweede as vertegenwoordigt twee klassen van resultaten die worden waargenomen in de reeks modellen, die ofwel een verwachte toename ofwel een afname van de jaarlijkse neerslag voor Nederland laten zien. De scenario’s zijn toegespitst op Nederland, maar het bijbehorende modelwerk houdt rekening met het volledige stroomgebied van de Rijn en de Maas, die grote hoeveelheden zoet water naar het land brengen.

Het is opmerkelijk dat de vier scenario’s niet significant verschillen van de KNMI’14-scenario’s wat betreft de bijbehorende hoeveelheden opwarming van de aarde, ook al is de SSP1-2.6 van ICCP AR6 iets warmer (gemiddeld 0,2 graden) dan de RCP2.6 van AR5 en is de SSPS-8.5 van AR6 ook iets warmer dan de RCP8.5 van AR5 (gemiddeld 0,1 graden, bovengrens 0,3 graden). Maar ze blijven geschikt om de waarschijnlijke parameterruimte te begrenzen. Een van de sprekers merkte later op dat het bereik van de nieuwe KNMI-scenario’s gebaseerd is op emissiescenario’s en niet op de respons van het klimaatsysteem, waarvoor de modellen zelf een aanzienlijke onzekerheidsmarge vertonen. Ook werd benadrukt dat aan de selectie en vaststelling van de scenario’s veel discussie ten grondslag ligt, zowel intern als met internationale deskundigen.

In ieder geval zijn er aanzienlijke verschillen tussen de twee generaties (d.w.z. 2014 en het komende 2023) van KNMI-scenario’s, met als belangrijkste de nieuwe modellen die een algehele afname van de jaarlijkse neerslag laten zien. Het valt op dat alle scenario’s een afname van de zomerneerslag en een toename van de winterneerslag voorspellen; het verschil zit in de hoeveelheden en de jaarlijkse balans, zie figuur 1.

Figuur 1: Neerslagveranderingen voor de SSP5-8.5-modellen voor de winter, de lente, de zomer, de herfst en het hele jaar, voor de hele groep modellen (wit) en de natte (blauw) en droge (rood) sets. Bron: Frank Selten, KNMI.

Enkele interessante inzichten uit de presentaties en discussies:

• Landgebruik heeft een enorme invloed op het ontstaan van droogtes via een terugkoppelingsmechanisme – naarmate de bodem uitdroogt, gaat de door verdamping verbruikte warmte verloren en daarom warmt de lucht boven een drogere bodem veel sneller op, waardoor de verdamping van het resterende vocht wordt versterkt; bovendien betekent minder verdamping minder wolken en dus meer zonnestraling die het oppervlak bereikt. Bossen houden de bodem dus veel beter vochtig dan grasland.
• In de modellen wordt de mogelijke verzwakking van de “Golfstroom” (onderdeel van The Atlantic Meridional Overturning Circulation, AMOC) als een emergent kenmerk beschouwd. Deze is verantwoordelijk voor het ontstaan en de stabiliteit van hogedrukgebieden ten westen van Ierland die in de zomer in Nederland een oostelijke wind bevorderen en die verantwoordelijk zijn voor de in figuur 1 besproken en getoonde neerslagafname.
• Er worden geen significante veranderingen in de wind verwacht, afgezien van een toenemende kans dat tropische cyclonen in de herfst Europa bereiken.

Een belangrijk gevolg van het veranderende klimaat in Nederland is het vaker voorkomen van droogtes, die het gevolg zijn van het evenwicht tussen neerslag en verdamping. De waarnemingen laten 4 droogtes in de afgelopen 5 jaar zien, die onvoldoende zijn om statistisch van een trend te spreken. Een regionale analyse laat echter een significante trend zien in het neerslagtekort voor het hele land in het voorjaar en voor het zuidoostelijke deel ook in de zomer. Met name in het hoge-emissiescenario op basis van SSP5-8.5 kan een toename van de droogte worden verwacht voor zowel de droge als de natte modelklassen.

De volgende presentatie over extreme neerslag ging over convectieve systemen (zomerbuien). Er wordt een toename van intensere buien verwacht (robuuste voorspelling), met waarschijnlijk een sterkere toename in de richting van de extremere neerslagniveaus. De zware regenval die in de zomer van 2021 in Duitsland, België en Nederland uitgebreide overstromingen, vele doden en miljarden schade veroorzaakte, had kenmerken van zowel zomerbuien als een weerfront. In de discussie werd niet duidelijk in hoeverre de gepresenteerde voorspellingen ook gelden voor dit soort extreem weer.

Tot slot werd in een presentatie over zeespiegelstijging aangetoond dat het zeespiegelsignaal aan de Nederlandse kust sterk wordt beïnvloed door windeffecten, maar dat er niettemin een significant signaal van zeespiegelstijging ontstaat, in overeenstemming met de mondiale trends. In aanvulling op de scenario’s voor zeespiegelstijging op basis van klimaatmodellen die al eerder zijn getoond, werd een low-likelihood-high-impact scenario van snelle zeespiegelstijging (tot 2 meter tegen 2100 en nog veel meer daarna) als gevolg van instorting van ijsplaten besproken (figuur 2). Recente waarnemingen op Antarctica suggereren dat dit extreme scenario minder onwaarschijnlijk is dan eerder werd gedacht.

Figuur 2: Voorspelde zeespiegelverandering voor de SSP1-2.6 en SSP5-8.5 scenario’s (respectievelijk groen en roze) en het low-likelihood-high-impact scenario dat ineenstorting van de ijskapgrens omvat (paars).

Gevolgen voor de drinkwatersector

Droogtes zijn de laatste tijd een bijna jaarlijks terugkerend verschijnsel geworden, en de waterleidingbedrijven lopen tegen de grenzen aan van wat zij kunnen of mogen onttrekken. De meest relevante van de hierboven beschreven bevindingen zijn ongetwijfeld die betreffende het optreden van droogten. Het optreden van een nieuwe klasse modellen die een algemene afname van de jaarlijkse neerslag en een afname van de zomerneerslag in alle modelresultaten laten zien, zou alle waterbedrijven moeten doen uitkijken naar de publicatie van de KNMI’23-scenario’s, zodat zij hun watervoorraden beter kunnen plannen in ons opwarmende klimaat. De opname van de volledige stroomgebieden van de Rijn en de Maas zal zeer nuttig zijn bij het modelleren van de beschikbaarheid van rivierwater voor de drinkwaterproductie, en de hogere resolutie van de modellering die aan de nieuwe scenario’s ten grondslag ligt, zal naar verwachting beter weergeven wat ons mogelijk te wachten staat. Zij zouden ons een beter inzicht moeten geven in het te verwachten gedrag van onze rivieren dan eerdere studies op basis van de AR5- en KNMI’14-scenario’s, met name wat de extreme lage afvoeren betreft.

De scenario’s voor zeespiegelstijging geven ons iets te denken voor na 2050 in de context van verzilting van bronnen en binnendringing van zout water landinwaarts in situaties van lage rivierafvoer. Het blijft in deze context van vitaal belang de situatie in West-Antarctica te monitoren op tekenen van activering van het “low-likelihood-high-impact”-scenario. “Vroege waarschuwingssignalen van een versnelde zeespiegelstijging vanuit Antarctica kunnen mogelijk binnen de komende decennia worden waargenomen” (IPCC AR6).

Maar hoe zit het met de klimaatkantelpunten?

Een aspect dat me opviel in het ochtendprogramma was de beperkte aandacht voor klimaatkantelpunten. Dit zijn drempels in het klimaatsysteem van de aarde die, als ze worden overschreden, natuurlijke terugkoppelingen veroorzaken die leiden tot verdere verschuivingen in het klimaat van de aarde. Zo kan een klein beetje verwarming voorbij zo’n drempel leiden tot een aanzienlijke hoeveelheid extra, niet-antropogene verwarming, of het overschrijden van zo’n drempel kan leiden tot een plotselinge instorting of reorganisatie van een groot systeem (zoals het hierboven besproken scenario van extreme zeespiegelstijging door de instorting van de West-Antarctische ijskap). Lenton et al. betoogden in 2019 in Nature dat klimaatkantelpunten “te riskant zijn om tegen te wedden”. En vorige maand nog publiceerde dezelfde groep een nieuwe studie waarin werd aangetoond dat verschillende omslagpunten waarschijnlijk al onder de 2 graden opwarming van de aarde ten opzichte van pre-industriële temperaturen worden geactiveerd (Armstrong McKay et al., 2022). Het AR6-rapport van het IPCC lijkt zich iets minder zorgen te maken over wereldwijde omslagpunten, maar stelt dat “op regionale schaal abrupte reacties, omslagpunten en zelfs omkeringen in de richting van verandering niet kunnen worden uitgesloten (hoog vertrouwen). Sommige regionale abrupte veranderingen en omslagpunten zouden ernstige lokale gevolgen kunnen hebben, zoals ongekend weer, extreme temperaturen en een grotere frequentie van droogte en bosbranden.”

Op grond van deze studies vraag ik me af of het niet verstandig is de mogelijkheid van het activeren van andere omslagpunten dan dat van de instorting van de West-Antarctische ijskap te overwegen, en in de scenario’s van het KNMI meer soortgelijke “low-likelihood-high-impact”-gevallen te beschrijven die daarmee samenhangen. Er werd een vraag gesteld over het omslagpunt permafrostdooi/methaanuitstoot en de positieve klimaatfeedback daarvan (d.w.z. het ontdooien van de boreale permafrost gaat gepaard met het vrijkomen van enorme hoeveelheden methaan, die verdere opwarming veroorzaken, waardoor de permafrost verder ontdooit…). Het antwoord was dat de modellen die ten grondslag liggen aan de KNMI-scenario’s dit proces niet omvatten. Een meer algemene vraag over omslagpunten, die betrekking had op het artikel van Armstrong McKay et al., werd helaas niet opgepikt door de moderator en bleef onbeantwoord.

Voor het omslagpunt van de WAIS lijkt “geringe waarschijnlijkheid” te moeten worden vertaald als “wij begrijpen het proces slecht en kunnen daarom de waarschijnlijkheid niet inschatten”. Ook voor het omslagpunt van de permafrostdooi lijkt het erop dat we de fysica van het proces nog niet voldoende beheersen om de waarschijnlijkheid ervan te kunnen modelleren en inschatten. Modellen kunnen alleen waarschijnlijkheidsschattingen opleveren voor die aspecten die goed in het model vertegenwoordigd zijn en als alle relevante aspecten in het model zijn opgenomen. Hoe dan ook, zelfs als we aannemen dat deze activeringen van klimaatkantelpunten onwaarschijnlijk zijn, moeten we (de watersector en de samenleving) deze scenario’s begrijpen en opnemen in onze infrastructuurplanning, omdat een lage waarschijnlijkheid met een grote impact nog steeds een aanzienlijk risico vormt vanuit het oogpunt van risicobeheer.