Invloed van klimaatverandering op hydrologische extremen in het Vlaamse binnenland Patrick Willems, Victor Ntegeka, Omar Boukhris, Thomas Vansteenkiste K.U.Leuven Afdeling Hydraulica & LSUE Emmanuel Roulin, Pierre Baguis Koninklijk Meteorologisch Instituut van België (KMI) Katrijn Holvoet, Katrien Van Eerdenbrugh,Wouter Vanneuville Waterbouwkundig Laboratorium, Vlaamse Overheid
Klimaatscenario s voor België Op basis simulaties met mondiale en regionale klimaatmodellen (GCMs & RCMs): GCM 31 runs (A2,B2) en 26 runs (A1B) met 10 RCMs 17 runs met ECHAM5 (A1B) IPCC AR4: 27 runs met 21 GCMs (A2, A1B, B1) RCM DMI 25 km
Broeikasgasemissiescenario s IPCC, 2007:
Klimaatscenario s voor België Maandneerslag: GCMs 1961-1990 : RCMs 1961-1990 : GCMs 2071-2100 : RCMs 2071-2100 : winters natter zomers droger
Klimaatscenario s voor België Statistische verwerping van inconsistente klimaatmodelruns: GCMs 1961-1990, maandneerslag: outlier RCMs 1961-1990, dagneerslag: zomer outlier? Neerslag meting toepassing ruimtelijke reductiefactor om rekening te houden met verschil tussen punt- en gridneerslag Meer info: Baguis, P., Roulin, E., Willems, P., Ntegeka, V. (2010). Climate change scenarios for precipitation and potential evapotranspiration over central Belgium. Theoretical and Applied Climatology 99(3-4), 273-286
Klimaatscenario s voor België Statistische verwerping van inconsistente klimaatmodelruns: GCMs 1961-1990 : outlier Change Perturbation[-] factor [-] Factor toename 1961-1990 tot 2071-2100 : 2.4 2 1.6 1.2 0.8 0.4 HC DMI METNO CNRM ETH GKSS A2 Scenario Perturbation B2 Scenario Perturbation Outlier Limits High,Mean,Low KNMI outlier SHMI 0 HS3 HS2 HS1 DMI-ECC-B2 DMI-ECC-A2 DMI-ECS DMI25 METNO-B2 METNO-A2 CNRM-DE7 CNRM-DE6 CNRM-DE5 CNRM-DC9 Scenarios ETH GKSS-sn-A2 GKSS-A2 KNMI SHMI-MPI-B2 SHMI-MPI-A2 SHMI-HC22 SHMI-HC-B2 SHMI-HC-A2 Vraag blijft: Welke klimatologische factoren verklaren de statistische inconsistenties? Mogen wij statistisch afwijkende klimaatmodelruns verwerpen? Meer info: Baguis, P., Roulin, E., Willems, P., Ntegeka, V. (2010). Climate change scenarios for precipitation and potential evapotranspiration over central Belgium. Theoretical and Applied Climatology 99(3-4), 273-286
Klimaatscenario s voor België Factor verandering in dagneerslag (zomer, 1961-1990 tot 2071-2100 ): Terugkeerperiode van 10 jaar Factor verandering [-] Terugkeerperiode [jaar]
Tot nu toe Trends en natuurlijke oscillaties in extreme neerslag, Ukkel, 1898 2005, 10 min. piekintens. zomerbuien: % verandering in extremen 30 20 10 0-10 -20-30 -40 jaren 1910-20 -50 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 jaar jaren 1960 voorbije 15 jaar zomer, 10 jaar bewegend venster zomer, 15 jaar bewegend venster lange-termijn gemiddelde benaderende cyclische variaties
Tot nu toe Trends en natuurlijke oscillaties in extreme neerslag, Ukkel, 1898 2005, dagneerslag winter: % verandering in extremen 30 20 10 0-10 -20-30 -40 jaren 1910-20 winter, 10 jaar bewegend venster winter, 15 jaar bewegend venster lange-termijn gemiddelde benaderende cyclische variaties benaderende cyclische variaties + invloed klimaatverandering effect klimaatverandering -50 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 jaar jaren 1960 voorbije 15 jaar
Klimaatscenario s voor België % verandering in extremen Consistentie recente trends met resultaten klimaatmodellen: Perturbation factor 1.45 1.4 +40% 1.35 +35% 1.3 +30% 1.25 +25% 1.2 +20% 1.15 +15% 1.1 +10% 1.05 +5% Voorbeeld: dagneerslag winter Historische trend Huidig Historische trend, na aftrekking van de klimaatoscillatie Resultaten regionale klimaatmodellen SHMI-MPI-A2 SHMI-MPI-B2 HC-adhff HC-adhfe DMI-ecsc-A2/B2 HS3 HS2 HC-adhfa CNRM-DE6 SHMI-HC-22 METNO-B2 / UCM-B2 SHMI-A2 / METNO-A2 / HC-adhfd-B2 / MPI-3005 / CNRM-DE7 KNMI / DMI-S25 GKSS-SN / GKSS / CNRM-DE5 CNRM-DC9 SHMI-B2 / UCM-A2 / MPI-3006 DMI-HS1 / ETH Hoog = Nat Midden Laag = Droog 0% 1 Referentieperiode Tot tijdshorizon 1961-1990 2071-2100 -5% 0.95 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100
Klimaatscenario s voor België Vergelijking met KNMI 06 scenario s (winter): 50 CCI-HYDR en KNMI'06 scenario's voor winter KNMI'06 CCI-HYDR Hoog 40 % neerslagtoename 30 20 10 0 Laag G Midden G+ W W+ -10 1 2 3 4 5 ºC temperatuurtoename
Klimaatscenario s voor België Vergelijking met KNMI 06 scenario s (zomer): % neerslagtoename 20 10 0-10 -20-30 -40-50 G Hoog CCI-HYDR en KNMI'06 scenario's voor zomer G+ W Midden W+ KNMI'06 CCI-HYDR Laag 1 2 3 4 5 6 7 8 ºC temperatuurtoename
Klimaatscenario s voor België Noord-zuid variaties Europa: minder droog in zomer:
Statistische neerschaling Schaal klimaatmodellen 150 300 km; seizoen, maand ± 50 km; week, dag ± 25 km; dag rivierbekken; uur riolering; 10min Hydrologische schaal General Circulation Models (GCMs) Regional Climate Models (RCMs) Dynamische neerschaling Statistische neerschaling
Statistische neerschaling Dag -> uur (rivier), 10min (riolering) Op basis van kwantielperturbaties: verandering in neerslagfrequentie & neerslagintensiteit afhankelijk van: terugkeerperiode regenbui, seizoen, weerstype en temperatuur Wet day frequency perturbation Wet day intensity perturbation Combined perturbation Daily Hourly 10min Hoog = Nat Time series Month i Month i Month i Time series Midden Laag = Droog
Bias correction Opschuiving IDF-verbanden (10min -> 15 dagen)
Statistische neerschaling Opschuiving IDF-verbanden (10min -> 15 dagen)
Klimaatscenario s voor België Regionale verschillen Neerslagverandering 10% hoger langs Belgische Kust (polders) 10% natter in winter: Laag = Droog Midden Hoog = Nat
Klimaatscenario s voor België Regionale verschillen Neerslagverandering 10% hoger langs Belgische Kust (polders) 10% minder droog in zomer: Laag = Droog Midden Hoog = Nat
Hydrologische impactmodellering Neerslag, ETo NAM, PDM: conceptueel Ruimtelijk verdeeld: SCHEME (KMI/IRM), MIKE-SHE WetSpa (VUB) Neerslagafstroming Rivierhydrodynamica MIKE11 InfoWorks-RS + quasi 2D overstromingen
Hydrologische impact Impact klimaatscenario s op uurlijkse neerslagafstroming: Verandering in uurlijkse piekafvoer [%] variatie piekafavoeren (%)) 80 60 40 20 0-20 -40 Hoog High Midden Mean Low Laag 0.1 1 10 100 Terugkeerperiode (jaar) [jaar] neerslagtoename ETotoename
Hydrologische impact Impact op uurlijkse piekafvoeren: Resultaten uiterst onzeker Piekafvoeren stijgen (tot 35%) in hoog-scenario, maar dalen in laag-scenario (afhankelijk van neerslag vs. ETo-toename) Meer eenduidige invloed: zeespiegelstijging (Westerschelde)
Hydrologische impact Impact op laagwaterdebieten: Laagwaterdebieten dalen beduidend in alle scenario s Meer verdroging zorgt voor vermindering waterkwaliteit, verhoogde problemen voor scheepvaart, drinkwaterproductie, irrigatie, ecologische cond. riviervallei, enz.
Hydrologische impact Impact op uitgestrektheid overstromingen: Overstromingskaart voor terugkeerperiode van 10 jaar: Current Mean = Mild High = Wet
Conclusies Klimaatscenario s voor België tot 2100: Invloed op waterhuishouding: In winter: Toename neerslag Toename verdamping In zomer: Afname neerslagvolumes Toename verdamping Toename intensiteit extreme buien Invloed op rivier-overstromingen binnenland onduidelijk Verdroging Meer lokale wateroverlast rioleringen
Aanbevelingen Maar: klimaatscenario s zijn geen voorspellingen! Evolueren met onze kennis Grote onzekerheid; deel van onzekerheid niet gekend Adaptatie? Hoe rekening houden met grote onzekerheid? Neem nu al uit voorzorg kosteneffectieve maatregelen (die in ieder potentieel klimaatscenario nuttig zijn) -> climate proof / low regret Bouw een flexibele strategie uit: een strategie die gaandeweg kan aangepast worden wanneer de wetenschap meer inzicht krijgt in de problematiek Enkele adaptatiestrategieën: Betere planning regenwaterafvoer lokale/gemeentelijke niveau Betere afstemming tussen waterbeheer en ruimtelijke planning / groenbeheer Intelligente sturing (wachtbekkens) Voorspellings- en waarschuwingssystemen + onzekerheidscommunic.
Meer info Onderzoeksproject CCI-HYDR over Impact of climate change on hydrological extremes (peak and low flows) along rivers (Scheldt and Meuse basins) and urban drainage systems in Belgium (gefinancierd door Federaal Wetenschapsbeleid): http://www.kuleuven.be/hydr/cci-hydr Impactstudies: Instituut voor Natuur- en Bosonderzoek (INBO): http://http://www.inbo.be Vlaamse Overheid: Waterbouwkundig Laboratorium: http://www.watlab.be Vlaamse Milieumaatschappij: http://www.milieurapport.be http://www.watertoets.be/publicaties