De toestand

Een vervolg op het bekijken van een mogelijke invloed van activiteit van de zon op wintertemperaturen in Nederland. Eerder bespraken we of er een relatie bestaat tussen aantallen zonnevlekken en winters: niet. We zullen nu de zogeheten ‘open solar flux’ beschouwen en de tijdreeksen verder terug laten gaan in de tijd (tot 1676).
De solar flux is een meeteenheid voor de sterkte van het magnetisch veld van de zon. Dit veld is sterker naarmate de zon actiever is in de ruwweg 11-jarige zonnecyclus. Het zorgt er dan mede voor dat aan de rand van het zonnestelsel meer kosmische straling wordt tegengehouden. Er is een sterk positief  verband tussen solar flux, aantal zonnevlekken en de hoeveelheid zonnestraling die de Aarde bereikt (Total Solar Irrediance, TSI), en een negatief verband met hoeveel kosmische straling onze planeet treft. Toch zijn er ook verschillen. Zo varieert de hoeveelheid inkomende UV-straling veel meer dan bv. de TSI en variaties in zonnevlekken, en UV-straling heeft effecten op de stratosfeer. De solar flux kon wel eens een betere meeteenheid zijn voor de werkelijke variatie in zonneactiviteit dan TSI of aantal vlekken.

Tegenwoordig kan de open solar flux (OSF) afgeleid worden uit satellietmetingen. Daarvoor alleen indirect, bijvoorbeeld middels variaties in het magnetisch veld van de Aarde. In 2010 verscheen een onderzoek van Lockwood et al. onder de titel “Are cold winters in Europe associated with low solar activity?” De onderzoekers vonden over de periode 1676-2010 een zeker verband, als ze keken naar de afwijking tussen wintertemperaturen in Engeland en die van het noordelijk halfrond. De oorzaak van het verband ligt dan mogelijk in meer blokkades tijdens lage zonneactiviteit. Bij een blokkade wordt het normale patroon van westelijke stromingen vergezeld van zachte lucht in onze contreien doorbroken. Zo’n blokkade wordt meestal gevormd door een standvastig hogedrukgebied, bijvoorbeeld boven Scandinavië. Door expliciet te kijken naar temperatuurafwijking ten opzichte van het noordelijk halfrond als geheel, wordt gecompenseerd voor het feit dat winters tegenwoordig meestal zachter zijn dan vroeger als gevolg van klimaatverandering.

Centraal Engeland
Ik heb de in het onderzoek beschreven methodiek gebruikt met behulp van het statistische pakket R en kwam nagenoeg tot dezelfde resultaten (eerste grafiek onderaan; vergelijk met figure 4 uit Lockwood et al. 2010). De methodiek behelst een glijdende grens van solar flux (van laag naar hoog), waarbij de groep winters beneden die glijdende grens vergeleken worden met de groep winters boven die grens. Voor een belangrijk deel blijkt het verschil redelijk significant, met als opmerking dat de significantie sterk afneemt indien de jaren voor 1700 niet werden meegenomen. En die jaren (vallende in het zogeheten Maunder Minimum) kennen juist de grootste onzekerheden, zowel wat betreft de flux als de temperatuurgegevens voor Centraal Engeland (de CET reeks). Zo heeft de flux over de jaren 1675-1699 een constante waarde (zeer onwaarschijnlijk) en kent de CET reeks voor 1722 een resolutie van 0,5°.

Nederland
Ook voor Nederland kennen we een lange reeks. Vanaf 1706 bestaat de Labrijn-reeks, die voor 1849 is samengesteld uit waarnemingen van meerdere stations in westelijk Nederland, en nadien uit data van Utrecht / De Bilt. Voor de jaren voor 1706 bestaan schattingen van de temperatuur op basis van winterkarakteristieken (proxies), zoals beschreven in Buisman’s meesterwerk “Duizend jaar weer, wind en water in de lage landen” (deel 1, pag. 125 e.v.). Op de KNMI-site is de complete ‘Buisman-reeks’ te vinden, die vanaf 1706 gelijk is aan de Labrijn-reeks.
Om te bekijken of de resultaten van het onderzoekers voor centraal Engeland ook opgeld zouden doen voor Nederland, is dezelfde methodiek als in het oorspronkelijke onderzoek gebruikt, maar nu met de Buisman/Labrijn data. De resultaten blijken nu een stuk slechter, een significantie van 90 of 95% zoals eerder wordt bij lange niet meer gehaald (zie tweede grafiek onderaan). Wanneer hetzelfde wordt berekend met een Centraal Europa Temperatuur reeks van Dubrovolný et al. 2010 (gegevens hier) worden de resultaten nog een stuk minder (zie derde grafiek onderaan).

koudste winters
Tijd om te kijken naar verschillen tussen de Engelse CET en de Nederlandse Buisman/Labrijn-reeks. Zoals eerder opgemerkt zijn de jaren voor 1700 erg cruciaal om een verband te vinden tussen zonnesterkte en wintertemperatuur. De top-10 van koudste winters van CET bevat maar liefst 5 winters in de periode 1676-1700. In de top-10 van koudste winters in Nederland zit daarentegen alleen de winter van 1683/1684 in genoemde periode. Blijkbaar lopen extreem koude winters in Engeland en Nederland niet altijd synchroon, ondanks dat de onderlinge correlatie in het algemeen erg groot is.

blokkades
In  een vervolgonderzoek, eveneens in 2010 verschenen (Woollings et al., “Enhanced signature of solar variability in Eurasian winter climate”), wordt gekeken naar de winters in de laatste 50 jaar. Dan blijken bij lagere zonneactiviteit meer blokkades op te treden in de regio NO Atlantische Oceaan – Scandinavië – NW Rusland. Veranderingen in de stratosfeer door een minder actieve zon kunnen doorwerken in de troposfeer en daar leiden tot een meer geblokkeerd weerpatroon in bovengenoemde regio.
In onze streken is een westelijke atmosferische stroming regel. Daarbij wordt zachte lucht vanaf de oceaan aangevoerd, zodat de winters gemiddeld mild zijn. Bij een blokkade wordt die westelijke stroming doorbroken, zodat de kans op aanvoer van koude continentale lucht groter wordt. Echter, zoals elke weeramateur uit ervaring weet, het luistert erg nauw waar een blokkerend hogedrukgebied zich bevindt en hoe het zich eventueel verplaatst.
Winterliefhebbers geven de voorkeur aan een hoog dat zich langzaam opbouwt boven NW-Rusland en vervolgens retrograad (westwaarts) beweegt, in combinatie met flinke lagedruk boven of even ten noorden van de Middellandse Zee. Dan kan zich een sterk koudereservoir opbouwen boven NW-Rusland en Scandinavië, dat vervolgens met krachtige NO-wind naar ons land kan stromen.
Een hogedrukgebied dat zich van Finland naar Polen verplaatst kan ons meestal minder bekoren; de koudste lucht stroomt dan uit naar de Balkan. Een hoog tussen IJsland en Schotland kan enige tijd zorgen voor een noordelijke stroming met sneeuwbuien, maar het zal niet zorgen voor ijspret.
Verder betekent een grotere kans op blokkades niet dat de mondiale temperatuur of die op het hele noordelijk halfrond daalt. Een blokkade zorgt enkel voor een andere verdeling van temperatuur: ’s winters stroomt dan lucht aan de oostkant van een blokkade zuidwaarts en zachte lucht aan de westkant noordwaarts.

samenvatting
Hoewel Lockwood een verband toont tussen lagere solar flux en lagere wintertemperaturen voor Centraal Engeland, gaat hetzelfde niet op voor Nederland of Centraal Europa. Uit ander onderzoek blijkt dat lage solar flux de kans op blokkades doet toenemen. Daardoor vergroot de kans op een koudere winter in Europa, maar het hangt af van de positie van zo’n blokkade of en waar het daadwerkelijk kouder wordt.
Een (verder niet gepubliceerd) verslag van het onderzoek in het Engels is hier te vinden:
Winters in The Netherlands and low solar activity

figuren
De figuren hieronder geven een vergelijking tussen open solar flux (OSF) en winters voor respectievelijk Centraal Engeland, Nederland en Centraal Europa. De x-as is een glijdende schaal van de OSF. Het onderste deel van elke grafiek toont het aantal winters boven (rood) dan wel beneden (blauw) een zekere OSF. De delen erboven tonen in dezelfde kleuren de mediaan en erboven het gemiddelde van dergelijke winters (afwijking t.o.v. noordelijk halfrond). Het bovenste deel toont de significantie van verschil tussen beide groepen winters (rood is Wilcoxon-test, blauw is T-test).

Centraal Engeland reeks

Nederland reeks

Centraal Europa reeks