Meteorologie; De flipperkast van het weer

COR SCHUURMANS (1934) is directeur wetenschappelijk onderzoek van het KNMI in De Bilt en hoogleraar klimaatdynamica aan de Rijksuniversiteit Utrecht. Hij is lid van de Akademie van Wetenschappen.

”Ik leef met het weer. Het is waarschijnlijk aangeboren. Mijn moeder had het ook. Het eerste dat ik na het opstaan doe, is naar buiten kijken, wat voor weer het is. Dan bel ik het telefonisch weerbericht en weet het weer van heel Nederland. Kom ik op het instituut, dan is het eerste wat ik doe, op de weerkaart kijken. Dan weet ik het weer van heel Europa en kan mijn dag pas echt beginnen.'

Prof.dr. C.J.E. Schuurmans had die bezetenheid al in de jaren vijftig. In die tijd kon je bij het KNMI weerkaartjes bestellen, een inmiddels niet meer bestaande dienstverlening. De HBS'er Cor Schuurmans keek er uren naar. Vergeleek ze met de voorgaande dagen, probeerde patronen te ontdekken: hé, als er een hogedrukgebied bij A ligt en een depressie bij B, dan zet die depressie meestal koers in de richting van C.

Schuurmans, directeur wetenschappelijk onderzoek van het KNMI in De Bilt en hoogleraar klimaatdynamica in Utrecht: ”Met die weerkaartjes had ik het gevoel dat ik greep op het weer had, dat ik overzicht had. Mijn plaats in het geheel kende.'

Het is vooral de grilligheid van het weer die de allesbehalve grillige researchdirecteur van het evenmin grillige Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut intrigeert. ”Grilligheid in ruimte en tijd.'

Het aangename van een zo grillig studieobject is dat het een amateur al gauw tot echte onderzoeker lijkt te bevorderen. Heeft niet een ieder stiekem enkele hypothesen over het weer? Zo'n theorietje dat de prettige zekerheid voedt dat een nietige sterveling turbulenties van honderden kilometers groot een beetje begrijpt, ja misschien wel bestiert?

Maar die ballonnetjes worden door Schuurmans snel doorgeprikt. Oh, dacht de verslaggever dat het begin december vaak licht vriest waarna in de laatste weken van het jaar de dooi invalt? Dat is al lang gesignaleerd. Er bestaat zelfs een term voor, het kerstdooiweer. En dat de warme maanden steeds later in de zomer vallen en de koude maanden steeds later in de winter, ja hoor, eveneens bekend.

Schuurmans noemt dit quasi-periodiciteit. ”In het weer barst het van zulke verschijnselen met als kenmerk dat ze, tegen de tijd dat je ze hebt opgemerkt, weer verdwijnen.' De verklaring is waarschijnlijk dat de planeet enkele logge onderdelen kent zoals oceanen, ijskappen en regenwouden die veranderingen tegen gaan. Als een olietanker gaan ze moeilijk door de bocht.

Schuurmans kent uit zijn eigen lange onderzoeksperiode - in 1956 kwam hij als student het KNMI binnen - dergelijke schijn-wetmatigheden maar al te goed. ”Ik heb een tijdje onderzoek gedaan aan een tweejaarlijkse cyclus van de zomers die ik als jongen ontdekt meende te hebben. De oneven jaren leverden betere zomers op dan de even, dacht ik. Maar tegen de tijd dat ik een verklaring had, werd dat ritme, dat er ook in vorige eeuwen soms wel eens was, weer verbroken.'

De meteorologie loopt tegen de grenzen van het weten op. Niet alleen is de planetaire machinerie die het weer genereert buitengewoon ingewikkeld, ze is ook nog eens chaotisch. En dan niet alleen chaotisch in de gangbare zin van het woord, maar ook chaotisch als nieuwe (en modieuze) aanduiding voor een speciaal domein in de wiskunde: dat van de dynamische, niet-lineaire, systemen. Dergelijke systemen zijn sterk afhankelijk van de begincondities: kleine oorzaken kunnen heel grote gevolgen hebben. Ietwat gechargeerd wordt wel gezegd dat het fladderen van een vlinder de aanleiding tot een donderbui kan zijn. Meteorologen zullen nooit alle begincondities kennen en om deze reden noemt de voorganger van Cor Schuurmans als researchdirecteur van het KNMI, Henk Tennekes (tegenwoordig op een vrije positie in De Bilt, als directeur strategisch beleid), zichzelf gekscherend ”professor in de weetnietkunde'. Tennekes, hoogleraar meteorologie aan de VU in Amsterdam, meent dat de weersvoorspelling nooit meer dan een week redelijk betrouwbaar (en twee weken matig betrouwbaar) zal reiken.

Schuurmans gaat niet zo ver. ”Akkoord, het weer is een flipperkast maar ik houd voor mogelijk dat het een berekenbare flipperkast is. Ik denk niet dat de chaostheorie totale onvoorspelbaarheid predikt. Je kunt schatten in welke chaotische ”lus' je zit en binnen zo'n ”lus' is het redelijk stabiel. Daarom denk ik dat we op den duur gemiddelde toestanden wat langer kunnen voorspellen, een maand, misschien een seizoen. Al is het waar dat er aan de echte, betrouwbare, weersvoorspelling een grens van een week, misschien twee weken is.'

De grote computerpionier John von Neumann schreef het al in 1953 en het is nog steeds zo: bij het voorspellen van het weer is de middentermijn het moeilijkst. Het is niet moeilijk om te voorspellen wat voor weer het over een jaar is, noch wat voor weer het morgen is, het probleem zetelt in de periode van enkele weken tot maanden. Valt er dit jaar weer te schaatsen? Zo ja, in januari of in februari? Wordt juli of augustus de warme maand?

Dat schaatsen bijvoorbeeld heeft vaak te maken met een verstoring van de straalstroom. Die wind die in de stratosfeer hoog boven de wolken het weer bepaalt (”de straalstroom is het weer niet maar karakteriseert het wel'), loopt in Europa van zuidwest naar noordoost. Soms splitst de straalstroom zich in tweeën: een stuk gaat boven Europa en een stuk onderlangs. ”We weten nog niet waarom blokkeringen van de straalstroom ontstaan.' Feit is dat ze grote invloed hebben. Valt de splitsing van de straalstroom boven Europa samen met een zelfde ontwikkeling boven de Golf van Alaska dan zit het weer goed vast en kan het vele weken achter elkaar stevig vriezen. In 1963 (de winter van de bevroren ogen) was dat het geval en vroor het drie maanden.

Er zijn nog veel meer vraagtekens in het weer. Een grote vindt Schuurmans de vreemde periodiciteit in de tropenwinden. Daar wisselen om de dertieneneenhalve maand de westen-en oostenwind elkaar af. ”Hoe kan de natuur een verschijnsel met een periode van 27 maanden in stand houden? Twaalf maanden is normaal, vierentwintig is denkbaar, je kunt je zelfs halfjaarlijkse verschijnselen voorstellen - per slot van rekening passeert de zon twee keer per jaar de evenaar - maar zeventwintig maanden?'

Het weer is een afgeleide van het klimaat. Het weer is lokaal en tijdelijk, het klimaat is het samenspel van allerlei verschillende soorten weer. Het weer, dat is of het morgen vriest of dooit. Het klimaat, dat is of het in 2050 wel of niet een graad warmer zal zijn.

Meteorologen worden steeds minder weerkundigen en steeds meer klimaatdeskundigen. Regeringen die zich bezorgd maken over de aantasting van de ozonlaag en het broeikaseffect vragen hun om advies. Schuurmans vindt dat wel plezierig. Van kindsbeen af is hij immers meer in de grootschalige processen die het weer bepalen geïnteresseerd. ”Ik ben niet het type meteoroloog dat enorm geboeid is door zoiets als een regenboog of een halo. Ik vind het leuk om naar te kijken, maar dat is al. De wetmatigheden in het weer, die boeien me.'

Schuurmans kent de (vooral Amerikaanse) groepen die in de researchfrontlinie staan goed en is in Nederland dan ook de broeikasexpert. Het belangrijke broeikasonderzoek wordt overigens in het buitenland gedaan: in Nederland draait bijvoorbeeld nergens een echt computermodel van het aardse klimaat (voorspellingen over een klimaatcatastrofe door het broeikaseffect komen bovenal uit dergelijke modellen). Bij veel Nederlands onderzoek wordt er van uitgegaan dat het versterkte broeikaseffect een feit in plaats van een theorie is: hoeveel minder energie moeten we gebruiken om de CO2-uitstoot omlaag te schroeven, zijn de dijken hoog genoeg om een zeespiegelstijging aan te kunnen?

In tegenspraak met de stelligheid die in de krant en door politici vaak wordt gebezigd over de ”klimaatramp', is er nog heel veel onbekend over de mogelijke opwarming van de aarde ten gevolge van het toenemen van de concentraties van enkele sporengassen zoals kooldioxide (CO2) en methaan (aardgas) in de atmosfeer.

Die gassen houden warmte vast, dat is een natuurkundig gegeven. Er zitten echter zo veel positieve en negatieve koppelingen in het klimaat en er is van die secundaire effecten zo bitter weinig bekend dat het niet zeker is of die neiging tot opwarming ook daadwerkelijk zal worden vertaald in opwarming. Om een voorbeeld te geven: als het warmer wordt, zullen de planten met minder stomata (huidmondjes) evolutionair voordeel hebben. Komt er dan meer of minder waterdamp (water is een veel sterker broeikasgas dan kooldioxide) in de lucht?

Een andere grote onbekende is de rol van wolken. Wolken koelen af omdat ze de zon belemmeren en ze verwarmen omdat ze als deken werken (ze verhinderen dat de aarde warmte naar het koude heelal straalt - daarom treedt nachtvorst meestal op tijdens onbewolkte nachten). Ondanks al het gereken aan het broeikaseffect - milieuprobleem nummer één volgens de milieubeweging en veel politici in Europa - is op die o zo simpele vraag of wolken meer gaan koelen dan verwarmen nog steeds geen antwoord.

Nog zoiets: meestal wordt aangenomen dat door een broeikaseffect de ijskappen aan de polen zullen smelten maar onlangs publiceerden enkele onderzoekers in Nature een artikel dat door het broeikaseffect de aarde wellicht zou afkoelen en de ijskappen juist dikker konden worden.

Schuurmans heeft zich altijd op de vlakte gehouden over het broeikaseffect. Een paar jaar geleden nog verbaasde hij zich merkbaar over alle politieke opwinding en benadrukte hij de vele onzekerheden in de broeikas-hypothese. Tegenwoordig is hij iets minder voorzichtig en schat desgevraagd dat er ongeveer evenveel bekend als onbekend is over de processen die bepalen of het versterkte broeikaseffect het klimaat zal verstoren. ”Ik ben het niet eens met de stelling dat over het broeikaseffect maar tien procent bekend is en negentig procent onbekend. Ik schat het tegenwoordig veel meer op fifty-fifty in.'

Die verschuiving in het standpunt van Schuurmans komt deels voort uit het gevoel dat de warmere trend van de afgelopen jaren wel erg opvallend wordt nu ook 1991 mondiaal gezien weer heel warm was (nummer twee van de eeuw, vlak na 1990). Ook bootsen de computermodellen het echte klimaat steeds beter na en zijn daarom meer te vertrouwen. Dankzij de immense computers die voor het broeikasonderzoek worden ingezet, zal het minder mistig worden rond het weerbericht voor de volgende eeuw.

Een heel belangrijk gebied van onzekerheid vindt Schuurmans de tropopauze. Die tropopauze kan zich tussen de acht en vijftien kilometer bevinden en markeert de overgang van troposfeer (waarin ”het weer' zich grotendeels afspeelt) naar stratosfeer. Schuurmans is al sinds de jaren vijftig - toen hij onderzoek deed naar de radioactieve restanten van de kernbomproeven in de stratosfeer - gefascineerd door die overgangslaag. ”Daar zijn nog steeds heel veel vragen over.'

Zo bepalen nog onbekende processen in de tropopauze waarschijnlijk een koppeling tussen ”het gat in de ozonlaag' en ”het broeikaseffect'. Ozon (een vorm van zuurstof) filtert de schadelijke ultravioletstraling uit de zonnestraling en bevindt zich vooral in de (hooggelegen) stratosfeer. Vermoed wordt dat bepaalde inerte gassen, de chloorfluorkoolwaterstoffen (tot voor kort o.a. drijfgas in spuitbussen), de ijle ozonflarden aantasten.

Ook hier is meer onzekerheid dan veelal wordt gesuggereerd. Zo wordt de dikte van de ozonlaag in de stratosfeer mede bepaald door de temperatuur. En de temperatuur van de stratosfeer, zo blijkt uit metingen, is omgekeerd evenredig met de temperatuur van de troposfeer: wordt de lagere atmosfeer warmer, dan koelt de hogere atmosfeer af. ”We begrijpen er niet veel van. Het is een slecht onderzochte relatie.'

Met ingewikkelde maatschappelijke consequenties. Is dat ”gat in de ozonlaag' nu het gevolg van spuitbussen of van een opwarming van de troposfeer? Of kan je de causaliteit omdraaien: wordt een eventuele opwarming ten gevolge van het broeikaseffect nog eens versterkt door de sleets wordende ozonlaag?

Schuurmans: ”Zoals vaker wanneer het over het klimaat gaat vragen we ons af wat de kip is en wat het ei. En dat is nog maar een deel van de duistere relatie tussen troposfeer en stratosfeer. We weten er heel weinig van.'