Geen versnellende zeespiegel in de Noordzee

In 2021 begon ik mijn eigen adviesbureau. En ik nam me voor een deel van mijn tijd te besteden aan wetenschappelijk onderzoek. Halverwege 2021 begon ik aan een diepgravende studie van zeespiegels in de Noordzee. Onlangs verscheen het artikel daarover in het wetenschappelijke tijdschrift “Journal of Hydraulic and Coastal Structures”. Het is taaie kost en geschreven in het Engels. Daarom op deze plek een toegankelijke Nederlandse samenvatting.

“Hee, da’s gek”

De belangrijkste zin in de wetenschap, de zin die aankondigt dat nieuwe ontdekkingen zijn gedaan is niet “Eureka”, maar “Hee, da’s gek”. Deze zin, in het Engels, wordt toegeschreven aan de Science Fiction auteur Isaac Asimov. En dat zinnetje was ook het begin van mijn zoektocht. 

Over de zeespiegel-metingen langs de Nederlandse kust wordt periodiek gerapporteerd in een rapport onder de titel “Zeespiegelmonitor”. In de editie van 2018 las ik het volgende:

• “We maken geen onderscheid naar in welke mate de stations zijn beïnvloed door de diverse ingrepen aan de Nederlandse kust. Er hebben diverse kleinere en grotere ingrepen plaatsgevonden die invloed hebben op de metingen […]. Deze effecten onderscheiden we niet”

• “De belangrijkste getijcomponenten, bijvoorbeeld bij Hoek van Holland: M2, M4, S2, O1, N2, MS4, MU2, L2, MN4, K1, hebben frequenties in de orde van dagen en maanden, welke in de jaargemiddelde zeestanden zijn uitgemiddeld”

Ik vond het gek. De Nederlandse kust is in de loop der tijd flink verbouwd. Denk aan de Deltawerken, de Zuiderzeewerken en de aanleg en uitbreiding van diverse havens; de Zeespiegelmonitor noemt ze zelfs. Een onderbouwing stond er niet bij. Verder lezend vond ik meer geks. De gebruikte metingen waren maandgemiddeldes uit een internationale database. Onze eigen Rijkswaterstaat is de bron van die metingen, maar houdt zelf een veel gedetailleerdere dataset bij (waterinfo.nl). Waarom uitgaan van een maandgemiddelde terwijl je de ruwe metingen gewoon beschikbaar hebt?

De sluiting van de Afsluitdijk in 1932 (foto uit de Beeldbank van Rijkswaterstaat). Ik ontdekte dat gedurende de aanleg van de Afsluitdijk de zeespiegel in Harlingen snel en sterk daalde 

Een eenvoudig onderzoeksprogramma was geboren:

• Achterhaal de ruwe waterstandsmetingen van de zes locaties in de Zeespiegelmonitor van de website van Rijkswaterstaat

• Voer een getij-analyse uit op de meetreeks voor ieder jaar en ieder meetstation in de set

• Kijk wat de verandering is van de zeespiegel over de jaren

• En kijk of het getij is veranderd en of dat eventueel samen hangt met veranderingen van de zeespiegel

Wetenschappelijke vooruitgang gaat “Boink”

De titel van deze paragraaf komt uit de strip “Calvin and Hobbes”. Ik vind het een betere beschrijving van het wetenschappelijk proces dan de kreet van Asimov. Want wat was de praktijk van mijn onderzoek?

• Orde 130 jaar metingen op intervallen van 1 tot 6 uur geeft erg veel data. Zoveel dat het de grenzen van Excel ver overschrijdt

• Het handmatig downloaden van de website waterinfo is mogelijk, maar het lokaal opslaan en structureren van de data is vervolgens tijdrovend

Mijn onderzoek was dus nog niet eens begonnen en ik zat al in de problemen (“boink”). Ik bekwaamde me (verder) in het gebruik van Python en relationele databases en ik automatiseerde de downloads van Waterinfo. Als u wil mag u mijn import-functies gebruiken. Ze staan op github.

Na veel ploeteren had ik de data beschikbaar. Nu de getij-analyse. Die is in Python beschikbaar als package “Utide”. Het automatisch analyseren van data geselecteerd op kalenderjaar en locatie is daar niet in voorzien. Dat maakte ik dus zelf. Statistische kwaliteitscriteria voor de juistheid van de getij-reconstructie voegde ik zelf toe; die hebben grote waarde als controle op het werk maar blijken ongebruikelijk in dit vak. Mijn getij-analyse “on steroids” mag u gebruiken. Ook deze staat op github.

Windeffect en de versnelling van de zeespiegelstijging

Dat de zeespiegel stijgt is een feit dat niet wordt betwist. De klimaatwetenschap vertelt ons dat de snelheid van stijging toeneemt. Dat heet versnelde zeespiegelstijging en is wel betwist. Het aantonen van de versnelling is de Heilige Graal van het zeespiegel-onderzoek. 

Dat aantonen valt niet mee. De waterstand langs de kust wordt bepaald door het getij en door de wind. Als je iets wil zeggen over de gemiddelde zeespiegel dan moet je getij en windeffect uitfilteren. De manier waarop dat gebeurd is juist het onderwerp van deze artikelen; ook de mijne.

In 2022 verscheen een artikel van vijf auteurs van de TU Delft onder de titel “Evidence of regional sea-level rise acceleration for the North Sea”, gevolgd door de nodige publiciteit in de sociale en andere media. Heilige graal gevonden! Ik noem het artikel van SRTKB naar de vijf auteurs Steffelbauer, Riva, Timmermans, Kwakkel en Bakker.

U raadt het al; ik las SRTKB en dacht: “Hee, da’s gek”. Het artikel is een bolwerk van statistische haarkloverij (ik hou ervan….) maar ik hou het eenvoudig. Mijn twijfels waren de volgende:

• SRTKB gebruiken een model dat bestaat uit twee onversnelde (lineaire) takken met rond 1993 een knik. Zij noemen dat een versneld signaal, maar dat is het niet. Een versneld signaal beschrijf je met een kwadratische functie. Een knik in het model wijst op een plotselinge en eenmalige verandering (zoals de bouw van een Afsluitdijk) en niet op een (verondersteld) geleidelijke verandering van het klimaat

• SRTKB stellen dat als ze op alle door hen gebruikte acht locaties een knikpunt vinden, dat er dan sprake is van een externe gemeenschappelijke oorzaak voor het knikpunt, dus klimaat. Die redenering is nogal zwak; er zouden andere redenen kunnen zijn voor een gemeenschappelijk knikpunt. Maar belangrijker is dat SRTKB in 1993 een breekpunt vinden op 7 van de 8 door hen gebruikte locaties. Volgens hun eigen definitie hebben ze dus geen gemeenschappelijk breekpunt gevonden. Hun artikel had dus moeten heten “No evidence of….”

• SRTKB gebruiken maandgemiddeldes (net als de Zeespiegelmonitor) en filteren het windeffect weg op basis van gereconstrueerde (berekende) windeffecten. Ik zag vrijwel direct dat de formule voor het windeffect niet klopt

Dus SRTKB ging in mijn ogen op drie punten mank. 

In hetzelfde jaar verscheen ook een afstudeerwerk, gedaan bij KNMI, waaruit zou blijken dat de zeespiegel versneld maar dat dit “gemaskeerd wordt door het windeffect”. Ook daarin werd dezelfde, volgens mij foute, windcorrectie toegepast. Een mail daarover aan de betrokken KNMI-medewerkers bleef tot vandaag onbeantwoord. Ook dat vond ik gek.

Met mijn eigen onderzoek ging het intussen niet veel beter. Trouw aan mijn natuurkundige uitgangspunten beschreef ik mijn versnellende zeespiegels met een kwadratische functie en mijn onversnelde met een lineaire. De verschillen waren meestal klein zodat een keuze eigenlijk niet te maken viel. En ik wilde een objectief criterium voor de keuze. Dus wederom zat ik vast (“Boink”).

Gered door Wageningen

Echtgenote M. heeft in Wageningen gestudeerd en daaraan het boek “An introduction to Statistical Methods and Data Analysis” overgehouden. Een goudmijn van 1200 pagina’s en de redding voor de vastgelopen zeespiegel-onderzoeker. Daarin vond ik een objectieve methode om modellen met elkaar te vergelijken. Een methode die ik later ook vond in een overzichtsartikel over zeespiegelonderzoek uit 2015; dat gaf vertrouwen.

Intussen had ik ook mijn hypothese “strak” getrokken. In aansluiting op de inzichten uit de klimaatwetenschap is een versnelling van de zeespiegel begonnen tussen (ruim genomen) 1960 en 1990 en deze versnelling is positief. Die hypothese heb ik gevangen in wiskunde zodat ik hem kon vergelijken met de hypothese dat die versnelling er niet is. Trouw aan de Natuurkunde beschrijf ik een versnelling met een kwadratische component en niet met een geknikt lijntje.

In het model nam ik ook mee dat er getij-componenten zijn met periodes van meerdere jaren (om precies te zijn krap 8,9 jaar en 18,6 jaar). De amplitudes ervan zijn klein, maar ze blijken samen te leiden tot een sterke versnelling van de zeespiegel in 1993; precies wat anderen op statistische gronden hadden gevonden. Als de versnelling een getij-effect is en geen klimaateffect, dan maakt dat veel uit voor de betekenis ervan. Een getij-effect keert terug; een klimaat-effect niet. Denkt u aan een peuter op een schommel; op het hoogste punt is de versnelling het grootst. Zou die versnelling doorgaan dan zou de peuter gelanceerd worden; dat is bij mijn weten nog nooit gebeurd.

De wedergeboorte van een wetenschapper

Najaar 2022 schreef ik mijn onderzoek op in een artikel en diende het in bij een Journal. Ik kreeg harde en, zeg ik achteraf, terechte kritiek. Vooral mijn literatuurstudie was onder de maat. Ik moest erkennen dat 20 jaar na mijn vertrek uit de wetenschap mijn academische schrijfvaardigheid roestig was geworden. Een pijnlijke wedergeboorte van de wetenschapper in mij volgde.

De literatuurstudie was zinvol voor mij en minder plezierig voor de auteurs van een aantal prominente zeespiegel-onderzoeken. Want ik ging op zoek naar de verschillen tussen de bestaande studies en de mijne. Ik vond het volgende:

• De correctie voor windeffecten zoals die door velen wordt gebruikt is aantoonbaar fout. Ik ging de herkomst na in de literatuur en zag mijn vermoeden bevestigd

• Deze windcorrectie lijkt als eerste toegepast in een artikel uit 2018. Alle zeespiegel-onderzoeken die zich op dat paper baseren zijn daarmee verdacht en behoeven een grondige controle

• SRTKB blijken voor de meerjarige getijden amplitudes te gebruiken die fout zijn. Hun amplitudes zijn afkomstig uit een wijd gebruikt databestand. Ik heb nog niet kunnen achterhalen hoeveel artikelen “onder de motorkap” gebruik maken van dit bestand. Ik vermoed veel en dat zou wederom een groot aantal publicaties verdacht maken

Ok, Hessel. Je hebt hard gewerkt (boehoe!). Maar wat komt er nu uit?

• Ik concludeer dat een versnelling van de gemeten zeespiegel langs de Nederlandse kust niet (statistisch) aantoonbaar is. Hieronder een plaatje waarbij ik voor het overzicht de zes locaties samen heb genomen

• Op tijdschalen van jaren versnelt en vertraagt de zeespiegelstijging fors. Dit wordt veroorzaakt door de twee langjarige getij-componenten. Onderzoekers die daarvoor niet of onvoldoende corrigeren pikken met statistische methoden gemakkelijk een versnelling op, bijvoorbeeld in 1993. Die is er ook, maar is niet te wijten aan het klimaat en zal zich niet langjarig voortzetten

• De verbouwingen van de kust hebben forse invloed op de metingen en dan vooral op het getij. Hieronder staat het meest prominente voorbeeld. De afsluiting van de Zuiderzee begon in 1928 en werd afgerond in 1932. In die vier jaar nam de getij-amplitude ongeveer 80 cm toe terwijl de gemiddelde zeespiegel ongeveer 25 cm daalde. Dat zijn ongekend grote veranderingen in vergelijking met de veranderingen van 20 tot 40 cm per eeuw waarover we ons druk maken.

Getij in Harlingen in mei/juni 1933, berekend met de getij-componenten van voor (blauw) en na (rood) de aanleg van de Afsluitdijk. De getij-amplitude is sterk toegenomen terwijl de zeespiegel sterk is gedaald

• Vergelijkbare grote effecten van de Afsluitdijk zijn te zien in de meetreeks van Den Helder. Dat betekent dat je bij een trend-bepaling niet zo maar over deze periode kan heen-walsen. Als praktische oplossing bepaal ik trends vanaf 1945.

• Ik vergeleek de door mij gevonden snelheid van zeespiegelstijging met de nieuwste IPCC-projecties van de zeespiegelstijging. Ik vond dat de snelheden bij het IPCC voor de Nederlandse Kust een factor twee te hoog zijn. Een conclusie die u eerder van mij hebt kunnen lezen op deze plek.

Vergelijking van de snelheid van zeespiegelstijging in 2020 uit metingen en projecties

Een vervolg?

Deze studie zit erop en het artikel is er nu. Ik hoop dat het veel gelezen zal worden en dat een enkele lezer denkt “Hee, da’s gek!”. Het artikel dat die persoon over enkele jaren publiceert zal ik met liefde lezen. Ook zelf zal ik mijn onderzoek voort zetten; zoals ieder goed onderzoek roept ook deze meer vragen op dan antwoorden. Voor de praktijk is cruciaal dat we gaan snappen waarom de geprojecteerde snelheden van zeespiegelstijging zoveel hoger zijn dan de gemeten.

BOINK!

Bronnen

1. Voortman, H.G. (2023). Robust validation of trends and cycles in sea level and tidal amplitude in the Dutch North Sea. Journal of Coastal and Hydraulic Structures, 3. https://doi.org/10.59490/jchs.2023.0032

2. Steffelbauer, D. B., Riva, R. E. M., Timmermans, J. S., Kwakkel, J. H., & Bakker, M. (2022). Evidence of regional sea-level rise acceleration for the North Sea. Environmental Research Letters, 17(7), 074002. https://doi.org/10.1088/1748-9326/ac753a

3. Deltares (2018, 2022). Zeespiegelmonitor. https://www.deltares.nl/expertise/onze-expertises/zeespiegelstijging/zeespiegelmonitor

4. Dossier van dit onderzoek: https://github.com/HVEC-lab/JCHS_sea_level