Fysische geografie van Nederland Klimaat en atmosfeer. Berendsen (2004). De factor klimaat is een van de twee conditionele factoren. Alle andere factoren moeten zich richten naar de conditionele factoren Substraat en Klimaat. Hoofdstuk 2 Klimaat en atmosfeer van het boek Landschap in delen © Berendsen en Stouthamer, 2008
Fysische geografie van Nederland Klimaat Gemiddelde weerstoestand over 30 jaar temperatuur, neerslag, verdamping, zonneschijn, wind Het klimaat is gedefinieerd als de gemiddelde weerstoestand over een periode van 30 jaar. De periode is echter arbitrair en kan ook korter of langer worden gekozen. Het klimaat heeft als belangrijkste variabelen: temperatuur, neerslag, verdamping, zonneschijn, en wind. © Berendsen en Stouthamer, 2008
Figuur 2.2 Gegeneraliseerde klimaattypenkaart volgens het systeem van Köppen. Door Köppen is een indeling van de wereld gemaakt in klimaatzones. Deze indeling wordt nog steeds gebruikt. De indeling berust op de ligging van de isothermen en de neerslagverdeling in de verschillende vegetatiegordels op aarde. De indeling van Köppen is daardoor goed vergelijkbaar met vegetatiekaarten en bodemkaarten. Onderscheiden worden: A: tropische regenklimaten, met een temperatuur (T) in de koudste maand van ≥ 18°C; B: droge klimaten, met een jaarlijkse verdamping die de neerslag overtreft; C: gematigd maritieme klimaten, met een T van de koudste maand van ≤ 18°C, maar ≥ -3°C, en een T in de warmste maand van ≥ 10°C; D: continentale klimaten, T van de koudste maand ≤ -3°C, T van de warmste maand ≥ 10°C; E: polaire klimaten, met een T van de warmste maand van ≤ 10°C; H: hooggebergte klimaten. Verdere onderverdelingen vinden plaats op grond van de neerslagverdeling en de temperatuur. Een bezwaar van het Köppen systeem is, dat de classificatie beperkt is tot het landoppervlak. Het landoppervlak is niet alleen veel kleiner dan het oceaanoppervlak (71 % van de aardoppervlakte bestaat uit water), maar de oceanen hebben ook een zeer grote invloed op het klimaat. Verder is het systeem meer gericht op effecten dan op oorzaken. Daardoor wordt het moeilijk om het voorkomen van weersystemen te koppelen aan de indeling in klimaatzones. Ook zijn sommige grenzen nogal arbitrair, en gebaseerd op een ingewikkelde berekening, om de indeling te laten aansluiten op de indeling in vegetatiegordels van de aarde. Het systeem geeft uiteraard een statisch beeld van de klimaten, en houdt geen rekening met klimaatveranderingen. © Berendsen en Stouthamer, 2008
De gemiddelde maandelijkse temperatuur fluctueert met de seizoenen (FAO). © Berendsen en Stouthamer, 2008
De gemiddelde maandelijkse neerslag fluctueert met de seizoenen (FAO). © Berendsen en Stouthamer, 2008
Climate Cfb - klimaat C: gematigd maritiem f: regenachtig in alle jaargetijden b: Tgem. warmste mnd < 22° minstens 4 mnd > 10° Volgens de klimaatindeling van Köppen ligt Nederland in een Cfb klimaat, een gematigd maritiem klimaat met neerslag in alle jaargetijden en een gemiddelde temperatuur van de warmste maand van minder dan 22 °C, en minstens 4 maanden met een gemiddelde temperatuur van meer dan 10 °C. © Berendsen en Stouthamer, 2008
Gemiddelde temperatuur (°C) Landinwaarts grotere variatie Figuur 2.4 Gemiddelde temperatuur (°C) in Nederland, periode 1931-1960 (naar Klimaatatlas van Nederland). Uit Berendsen “ Landschap in delen” 1e-3e druk. Van grote betekenis voor de plantengroei is de lengte van het groeiseizoen. Dit is de periode waarbinnen de gemiddelde temperatuur boven de 5 °C ligt. In De Bilt is dat gemiddeld 270 dagen per jaar. In het voorjaar is het in het zuiden van Nederland iets eerder warm; dit komt tot uiting in een wat vroegere bloei (circa 1 week) van bijvoorbeeld appelbomen en wilde kastanjes. In juni is het land al vrij warm, de zee echter nog niet. Als gevolg hiervan lopen de isothermen dan parallel aan de kust. In het najaar treedt het omgekeerde effect op: de zee is dan warmer dan het land. Gemiddelde temperatuur (°C) Periode 1931-1960 © Berendsen en Stouthamer, 2008
Gemiddelde temperatuur (°C) in Nederland, periode 1971-2000 Figuur 2.4 Gemiddelde temperatuur (°C) in Nederland, periode 1971-2000 (Klimaatatlas van Nederland), in de maanden december en maart. Gemiddelde temperatuur (°C) in Nederland, periode 1971-2000 © Berendsen en Stouthamer, 2008
Gemiddelde temperatuur (°C) in Nederland, periode 1971-2000 Figuur 2.4 Gemiddelde temperatuur (°C) in Nederland, periode 1971-2000 (Klimaatatlas van Nederland), in de maanden juni en september. Gemiddelde temperatuur (°C) in Nederland, periode 1971-2000 © Berendsen en Stouthamer, 2008
Figuur 2.3 Temperatuurverloop (op normale waarnemingshoogte) te Vlissingen, De Bilt en Eelde (naar gegevens van het KNMI). In oostwaartse richting neemt de maritieme invloed af. Dit betekent een toename van de temperatuurverschillen in oostwaartse richting. Dat geldt zowel voor de dagelijkse als voor de seizoensgebonden schommelingen. Het verschil tussen de gemiddelde dagelijkse maximumtemperatuur in juli en de gemiddelde dagelijkse minimumtemperatuur in januari bedraagt in Den Helder 17,9° C, in Winterswijk 23,0° C. © Berendsen en Stouthamer, 2008
Figuur 2.5 Aantal ‘ijsdagen’ in Nederland, gemiddeld over de periode 1931-1960 (naar Klimaatatlas van Nederland). Uit Berendsen “ Landschap in delen” 1e-3e druk. De in oostelijke richting toenemende continentaliteit van het klimaat komt ook tot uiting in de verdeling van het aantal zomerse dagen en het aantal ijsdagen. Het aantal zomerse dagen (dagen met een maximum temperatuur boven 25 °C) neemt landinwaarts toe van minder dan 5 aan de kust tot meer dan 25 in het zuidoosten. Het aantal ijsdagen (maximum temperatuur beneden 0 °C) neemt landinwaarts toe van minder dan 8 in Zeeland tot meer dan 17 in Zuidoost-Groningen. © Berendsen en Stouthamer, 2008
Figuur 2.5 Aantal ‘ijsdagen’ in Nederland, gemiddeld over de periode 1931-1960 (naar Klimaatatlas van Nederland). De in oostelijke richting toenemende continentaliteit van het klimaat komt ook tot uiting in de verdeling van het aantal zomerse dagen en het aantal ijsdagen. Het aantal zomerse dagen (dagen met een maximum temperatuur boven 25 °C) neemt landinwaarts toe van minder dan 5 aan de kust tot meer dan 25 in het zuidoosten. Het aantal ijsdagen (maximum temperatuur beneden 0 °C) neemt landinwaarts toe van minder dan 8 in Zeeland tot meer dan 17 in Zuidoost-Groningen. © Berendsen en Stouthamer, 2008
Klimaat-kenmerken Temperatuur Verdamping landinwaarts grotere variatie neemt landinwaarts af neerslag-overschot in herfst en winter leidt tot podzolering Nederlandse zandgronden De belangrijkste klimaat-kenmerken zijn: Temperatuur: landinwaarts een grotere variatie Verdamping: neemt landinwaarts af; neerslag-overschot in herfst en winter leidt tot podzolering Nederlandse zandgronden Neerslag: gemiddeld 712 mm/jr; de meeste neerslag valt in de duinen, de Veluwe en Zuid-Limburg. Zonneschijn: er zijn slechts ± 25 zonnige dagen / jr ( > 80 % zon) Wind: de overheersende windrichting is W en ZW; de windkracht neemt landinwaarts af. © Berendsen en Stouthamer, 2008
Figuur 2.6 Neerslag, verdamping en grondwaterstanden in Nederland (naar Wetenschappelijke Atlas van Nederland). De neerslag is gemiddeld 712 mm/jaar. Gemiddeld over het jaar overtreft de neerslag de verdamping. ‘s Winters is de verdamping zeer gering, waardoor een groot neerslagoverschot ontstaat. ‘s Zomers is de verdamping echter groter dan de neerslag (‘neerslagtekort’), waardoor velden besproeid moeten worden. Het neerslagoverschot in de winter en herfst leidt tot de podzolering van de Nederlandse zandgronden. Onder normale omstandigheden (zonder sterke ingrepen van de mens in de waterhuishouding) is de grondwaterstand in de zomer lager dan in de winter. © Berendsen en Stouthamer, 2008
Klimaat-kenmerken Neerslag gemiddeld 712 mm/jr meeste neerslag: duinen Veluwe Zuid-Limburg Neerslag: gemiddeld 712 mm/jr; de meeste neerslag valt in de duinen, de Veluwe en Zuid-Limburg. Komt dit door de hoogteligging van deze gebieden? KNMI © Berendsen en Stouthamer, 2008
Figuur 2.7 Neerslag (in mm) in Nederland, periode 1931-1960 (naar Klimaatatlas van Nederland). Uit Berendsen “ Landschap in delen” 1e-3e druk. Zuid-Limburg, de Veluwe en Drenthe ontvangen in totaal de meeste neerslag. Voor Limburg ligt de oorzaak in de hogere ligging (stuwingsregen), voor de Veluwe en het Drents plateau in de zandige bodem, die ‘s zomers gemakkelijk opwarmt en daardoor leidt tot buienontwikkeling (stijgingsregen). De oorzaken van de neerslagverdeling zijn niet af te leiden uit een kaartje van de gemiddelde hoeveelheid neerslag per jaar, omdat de verdeling over de gebieden per seizoen verschillend is. De meeste neerslag valt in de maanden juli en augustus; dit bepaalt in belangrijke mate het totaal aan neerslag over het jaar. © Berendsen en Stouthamer, 2008
Figuur 2.7 Neerslag (in mm) in Nederland, periode 1931-1960 (naar Klimaatatlas van Nederland). Uit Berendsen “ Landschap in delen” 1e-3e druk. Zuid-Limburg, de Veluwe en Drenthe ontvangen in totaal de meeste neerslag. Voor Limburg ligt de oorzaak in de hogere ligging (stuwingsregen), voor de Veluwe en het Drents plateau in de zandige bodem, die ‘s zomers gemakkelijk opwarmt en daardoor leidt tot buienontwikkeling (stijgingsregen). De oorzaken van de neerslagverdeling zijn niet af te leiden uit een kaartje van de gemiddelde hoeveelheid neerslag per jaar, omdat de verdeling over de gebieden per seizoen verschillend is. De meeste neerslag valt in de maanden juli en augustus; dit bepaalt in belangrijke mate het totaal aan neerslag over het jaar. © Berendsen en Stouthamer, 2008
Neerslag (in mm) in Nederland, periode 1971-2000 Figuur 2.7 Neerslag (in mm) in Nederland, periode 1971-2000 (Klimaatatlas van Nederland). Zuid-Limburg, de Veluwe en Drenthe ontvangen in totaal de meeste neerslag. Voor Limburg ligt de oorzaak in de hogere ligging (stuwingsregen), voor de Veluwe en het Drents plateau in de zandige bodem, die gemakkelijk opwarmt en daardoor leidt tot buienontwikkeling (stijgingsregen). De oorzaken van de neerslagverdeling zijn niet af te leiden uit een kaartje van de gemiddelde hoeveelheid neerslag per jaar, omdat de verdeling over de gebieden per seizoen verschillend is. De meeste neerslag valt in de maanden november en december; dit bepaalt in belangrijke mate het totaal aan neerslag over het jaar. Neerslag (in mm) in Nederland, periode 1971-2000 © Berendsen en Stouthamer, 2008
Neerslag (in mm) in Nederland, periode 1971-2000 Figuur 2.7 Neerslag (in mm) in Nederland, periode 1971-2000 (Klimaatatlas van Nederland). Zuid-Limburg, de Veluwe en Drenthe ontvangen in totaal de meeste neerslag. Voor Limburg ligt de oorzaak in de hogere ligging (stuwingsregen), voor de Veluwe en het Drents plateau in de zandige bodem, die gemakkelijk opwarmt en daardoor leidt tot buienontwikkeling (stijgingsregen). De oorzaken van de neerslagverdeling zijn niet af te leiden uit een kaartje van de gemiddelde hoeveelheid neerslag per jaar, omdat de verdeling over de gebieden per seizoen verschillend is. De meeste neerslag valt in de maanden november en december; dit bepaalt in belangrijke mate het totaal aan neerslag over het jaar. Neerslag (in mm) in Nederland, periode 1971-2000 © Berendsen en Stouthamer, 2008
Klimaat-kenmerken Neerslagverdeling Hangt samen met Samenstelling van de ondergrond (zand) Nabijheid van de zee Hoogteligging Gemiddelde waarden leiden tot onjuiste conclusies omtrent oorzaken De neerslagverdeling hangt dus samen met: De samenstelling van de ondergrond (zand) De nabijheid van de zee De hoogteligging Gemiddelde waarden leiden tot onjuiste conclusies omtrent de oorzaken! Met andere woorden: om het klimaatsysteeem te begrijpen, moeten we niet alleen naar gemiddelden kijken. © Berendsen en Stouthamer, 2008
Klimaat-kenmerken Zonneschijn Wind slechts ± 25 zonnige dagen / jr ( > 80 % zon) 1600 uur langs de kust 1350 uur in de Achterhoek Wind overheersende richting: W, ZW afname windkracht landinwaarts De belangrijkste klimaat-kenmerken zijn: Temperatuur: landinwaarts een grotere variatie Verdamping: neemt landinwaarts toe; neerslag-overschot in herfst en winter leidt tot podzolering Nederlandse zandgronden Neerslag: gemiddeld 712 mm/jr; de meeste neerslag valt in de duinen, de Veluwe en Zuid-Limburg. Zonneschijn: er zijn slechts ± 25 zonnige dagen / jr ( > 80 % zon) Wind: de overheersende windrichting is W en ZW; de windkracht neemt landinwaarts af. © Berendsen en Stouthamer, 2008
Klimaat verandert voortdurend, ook op tijdschaal van < 30 yr Het klimaat verandert voortdurend, ook op een tijdschaal van < 30 yr © Berendsen en Stouthamer, 2008
Nedeland is natter geworden tussen 1921 en 1990 Nedeland is natter geworden tussen 1921 en 1990. Ook de oppervlakte waar hoge neerslaghoeveelheden vallen is toegenomen. Bron: KNMI © Berendsen en Stouthamer, 2008
Figuur 2.8 Het belang van de duur van de waarnemingsperiode voor het vaststellen van de trend van de klimaatontwikkeling. Het belangrijkste probleem voor de voorspelbaarheid van het klimaat is, dat de meetreeksen te kort zijn. Om deze te kunnen verlengen zijn paleoklimatologische gegevens nodig. Pas wanneer het mogelijk is om hierin een trend te ontdekken, die gerelateerd kan worden aan processen, wordt het mogelijk voorspellingen te doen. Daarbij is dus het uitgangspunt: The past is the key to the future. Waarnemingen met instrumenten zijn er pas sinds de uitvinding van de thermometer, circa 300 jaar geleden. Voor het maken van langere meetreeksen moet gebruik gemaakt worden van gegevens, die bij benadering iets zeggen over het klimaat, de zogenaamde proxy data. Voorbeelden van proxy data zijn: Historische bronnen (100-4000 y) Dendroklimatologie (12000 y) Pollenanalyse (106 -108 y) Isotopen-onderzoek landijs (103 - 105 y) Isotopen-onderzoek diepzee (103 - 106 y) Geologisch/geomorfologisch onderzoek () Uitgangspunt bij het gebruik van proxy data is: The present is the key to the past: hedendaagse processen worden geacht in het verleden hetzelfde te hebben gewerkt als thans. © Berendsen en Stouthamer, 2008
Klimaatvoorspelling Probleem voorspelbaarheid klimaat: meetreeksen te kort paleoklimatologische gegevens nodig om trend te kunnen ontdekken The past is the key to the future Probleem voorspelbaarheid klimaat: meetreeksen zijn te kort paleoklimatologische gegevens nodig om trend te kunnen ontdekken The past is the key to the future © Berendsen en Stouthamer, 2008
Klimaat reconstructie Waarnemingen met instrumenten (300 y) Voorbeelden van proxy data Historische bronnen (100-4000 y) Dendroklimatologie (12000 y) Pollenanalyse (106 -108 y) Isotopen-onderzoek landijs (103 - 105 y) Isotopen-onderzoek diepzee (103 - 106 y) Geologisch/geomorfologisch onderzoek () The present is the key to the past Klimaatreconstructie kan plaatsvinden door: Waarnemingen met instrumenten (300 y) Voorbeelden van proxy data Historische bronnen (100-4000 y) Dendroklimatologie (12000 y) Pollenanalyse (106 -108 y) Isotopen-onderzoek landijs (103 - 105 y) Isotopen-onderzoek diepzee (103 - 106 y) Geologisch/geomorfologisch onderzoek () Uitgangspunt: The present is the key to the past © Berendsen en Stouthamer, 2008
Oorzaken van klimaatveranderingen Platentektoniek (continentverschuiving) Inslag van meteorieten Variaties in aardbaanelementen Dynamiek van ijskappen Zeestromingen Veranderingen in de atmosferische samenstelling Vulkanisme Zonnestraling Oorzaken van klimaatveranderingen: Platentektoniek (continentverschuiving) Inslag van meteorieten Variaties in aardbaanelementen Dynamiek van ijskappen Zeestromingen Veranderingen in de atmosferische samenstelling Vulkanisme Zonnestraling © Berendsen en Stouthamer, 2008
Figuur 2.9 Ontwikkeling van het wereldklimaat sinds het Precambrium (Naar Allègre & Schneider 1994). Op de tijdschaal van het Phanerozoïcum zijn vooral de plaattektonische bewegingen van belang voor de klimaatontwikkeling. Zo was het Mesozoïcum en daarvan vooral het Krijt een bijzonder warme periode met hoge zeespiegelstanden als gevolg van het opzwellen van de mid-oceanische ruggen. De mid-oceanische ruggen spelen een belangrijke rol bij het uiteendrijven van de continenten, omdat hier nieuwe oceanische korst gevormd wordt. Wanneer het volume van de ruggen groot is, is het bergend vermogen van de oceaanbekkens klein, waardoor de zeespiegelstanden hoog oplopen. Het Perm is juist gekenmerkt door het bestaan van één groot supercontinent (Pangaea), en een zeer klein volume van de mid-oceanische ruggen. Dit ging gepaard met lage zeespiegelstanden. De enorme aaneengesloten landmassa leidde tot extreme temperatuurverschillen op aarde, hoewel de gemiddelde temperatuur van de aarde waarschijnlijk niet veel afweek van de huidige. Tijdens het Carboon-Perm (rond 300 miljoen jaar geleden) lag het continent Gondwana op de zuidpool, waardoor zich hier een ijskap kon vormen. Dit leidde tot een verkoeling van de gehele aarde. Hetzelfde gebeurde in het Ordovicium - Siluur (rond 430 miljoen jaar geleden). Het is mogelijk, dat de grote uitbreiding van landplanten een rol heeft gespeeld bij de paleozoïsche glaciaties. De vegetatiebedekking moet namelijk geleid hebben tot een afname van de albedo van de aarde van 10 - 15 %. Door de sterke fotosynthese nam ook het CO2 gehalte van de dampkring af, waardoor het broeikaseffect verminderde en de temperatuur daalde. Tenslotte hebben ook de plaattektonische bewegingen een rol gespeeld, in ieder geval bij de glaciatie in het Carboon-Perm. Het begin van de temperatuurcurve is gestippeld, omdat niet geheel zeker is of de temperatuur aan het begin van het Precambrium hoger of lager was dan tegenwoordig. Zeker is wel, dat vanaf 4000 miljoen jaar geleden de temperatuur van de aarde tussen 0°C en 80°C moet hebben gelegen. De 0°C grens volgt uit het bestaan van sedimentgesteenten die in water (oceanen) zijn afgezet. Uit de aanwezigheid van water volgt dat er ook een atmosfeer geweest moet zijn. Bij lage atmosferische druk verdampt water namelijk snel. De bovengrens van de temperatuur is gebaseerd op het voorkomen van eencellige organismen in gesteenten van 3800 miljoen jaar oud. Bij te hoge temperaturen kunnen dergelijke organismen niet bestaan, omdat ingewikkelde organische moleculen dan uiteenvallen. Naarmate de evolutie verder vorderde werden de tolerantiegrenzen voor de temperatuur steeds nauwer; vanaf circa 1000 miljoen jaar geleden lag de maximum temperatuur bij ongeveer 50°C. Naast die in het Pleistoceen, waren er tenminste vier grote glaciale perioden in het Precambrium. Volgens sommige auteurs werd daarbij de aarde van pool tot evenaar met ijs bedekt (Snowball Earth). De omvang van de ijsbedekking is echter omstreden. Ook waren er ijstijden in het Ordovicium-Siluur, en in het Laat-Carboon. Mogelijk leidde de uitbreiding van terrestrische planten in het Carboon tot een drastische afname van het CO2-gehalte van de dampkring. Dit zou de ijstijd van het Laat-Carboon veroorzaakt kunnen hebben. © Berendsen en Stouthamer, 2008
Temperatuurstijging over de afgelopen 150 jaar. Bron: calspace. ucsd Temperatuurstijging over de afgelopen 150 jaar. Bron: calspace.ucsd.edu © Berendsen en Stouthamer, 2008
De plaat waarop Nederland ligt, is in de loop van de tijd door verschillende klimaatzones geschoven. Naar Wetenschappelijke Atlas van Nederland. © Berendsen en Stouthamer, 2008
Schijnbare poolbeweging en bewegingsrichtingen van ijs (Ruddiman 2001) © Berendsen en Stouthamer, 2008
Figuur 16.8 Theoretische supercontinent cyclus (naar Bradshaw & Weaver (1995). De bovenste cirkel in de Figuur stelt de aarde voor met één supercontinent, zoals dat in het Perm bestond. In deze situatie zijn de oceaanbekkens het grootst en het diepst, dus zijn de zeespiegelstanden laag. Na ongeveer 100 miljoen jaar vindt breukvorming plaats, waardoor de brokstukken van het supercontinent uiteendrijven. Dit gaat gepaard met een groot volume van de MOR’s, waardoor het bergend vermogen van de oceaanbekkens afneemt, zodat de zeespiegelstand na circa 140 miljoen jaar zeer hoog is (vergelijkbaar met de situatie in het Krijt). Na ongeveer 300 miljoen jaar liggen de continenten het verst uiteen; op dat moment zijn de oceaanbekkens het grootst, en de mid-oceanische ruggen klein (de snelheid van het uiteendrijven van de continenten is op dat moment laag). Dit heeft tot gevolg dat de zeespiegelstand laag is (de aarde zou zich thans ongeveer in dat stadium bevinden). Daarna bewegen de continenten weer naar elkaar toe. De subductie van plaatranden (waardoor oceanische korst verdwijnt) gaat sneller dan de opening van oceaanbekkens, waardoor de continenten naar elkaar toe worden getrokken. Het volume van de oceaanbekkens neemt dus af, waardoor de zeespiegelstanden weer hoger worden. Na 460 miljoen jaar botsen de continentale platen weer op elkaar en vormt zich een nieuw supercontinent. Supercontinenten bestonden volgens deze theorie rond 250, 650, 1100, 1650, 2100 en 2600 miljoen jaar geleden; elke cyclus duurde 400 tot 550 miljoen jaar. © Berendsen en Stouthamer, 2008
Figuur 3.4 Zeespiegelstanden sinds het Cambrium (naar Graedel & Crutzen 1995). Uit de figuur blijkt, hoe groot de zeespiegelbewegingen kunnen zijn, die door plaattektonische bewegingen optreden. Aaangegeven zijn de zeespiegelstanden sinds het Cambrium. Duidelijk blijkt bijvoorbeeld, dat het Perm gekenmerkt was door zeer lage, en het Krijt en het Ordovicium door zeer hoge zeespiegelstanden. © Berendsen en Stouthamer, 2008