Een grondige statistische studie van het Belgische kustklimaat

Elke Debrie
Sinds de jaren 1960 is aan de Belgische kust de temperatuur gestegen en de windsnelheid gemiddeld gedaald. Dat blijkt uit een analyse van de weerdatasets van Koksijde en Middelkerke.

Wordt de Belgische kust het nieuwe Aruba?

Een staalblauwe hemel overdekt de palmbomen op het strand. Zwetende lijven bakken in de stralende zon. Het briesje is verfrissend, maar kan de weinige witte wolkjes niet verplaatsen. Het klinkt als een droomvakantie in de Caraïben. Maar de aarde warmt op. Krijgen we in de toekomst ook bij ons tropische taferelen? Hoe verandert de temperatuur, de wind, de neerslag? En wat betekent dat voor ons?

Het klimaat verandert, en de mens is daarvoor verantwoordelijk, op zijn minst gedeeltelijk. Daarover zijn wetenschappers het eens, ook al weigeren sommige wereldleiders nog steeds het te geloven. Vooral op de Noordpool wordt het warmer, maar het kwik stijgt op bijna alle plaatsen op aarde. Ook aan de Belgische kust?

2 °C per eeuw warmer
Dat onderzocht Elke Debrie voor haar masterthesis in de wiskunde. Geadviseerd door een meteoroloog en een statistica, ging ze op zoek naar patronen in het Belgische kustweer. Ze analyseerde de gegevens van de weerstations op de luchtmachtbasis in Koksijde en op de luchthaven in Oostende, van de jaren 1950 tot nu. Die waren nog nooit grondig geanalyseerd, in tegenstelling tot de gegevens van het KMI in Ukkel en Zaventem. Wat bleek?

Aan de Belgische kust wordt het inderdaad serieus warmer. De gemiddelde temperaturen stijgen aan een tempo van meer dan 2 °C per eeuw! Die opwarming is merkbaar in elk seizoen: de zomers zijn heter geworden en de winters milder. De statistiek is glashelder: dit is een echte trend, geen toevallige schommeling.

Zieke muggen
Dat lijkt misschien fijn nieuws voor strandtoeristen, maar de opwarming van onze kuststreek kan ook gevaarlijke gevolgen hebben. Een markant voorbeeld is dat van de tijgermug. Doorheen de evolutie hebben dieren- en plantensoorten zich aangepast aan het klimaat waarin ze leven. Als de weersomstandigheden veranderen, zal ook het verspreidingsgebied van soorten zich verplaatsen: waar een diertje zich beter thuisvoelt, zal het zich sneller voortplanten. Britse onderzoekers ontdekten al dat de Aziatische tijgermug op komst is naar onze streken. Die mug draagt soms virussen die infectieziekten veroorzaken, zoals gele koorts, dengue en zikakoorts. Daar waar vooral Zuid-Europa enkele decennia geleden een goed klimaat bood voor de Aziatische tijgermug, beschikken nu meer noordelijk gelegen regio’s zoals België over de ideale omstandigheden.

Nu we inzicht krijgen in de veranderingen van het Belgische kustklimaat, zou het interessant zijn om te onderzoeken welke trekvogels er zouden verdwijnen uit het Zwin. Of om te bestuderen hoe de flora in de IJzermonding zich zal ontwikkelen – misschien groeien er binnen honderd jaar toch palmbomen in de Nieuwpoortse duinen?

Windmolens op rand van de afgrond
Ook de wind aan de Belgische kust vertoont een tendens. Sinds het begin van de metingen is er gemiddeld genomen een daling van de windsnelheid. Vooral de metingen in Oostende tonen een uitgesproken tendens: de windsnelheid is er gemiddeld 5 meter per seconde, maar verandert aan een vaart van gemiddeld -1,2 m/s per eeuw. Het aantal dagen per jaar met krachtige wind neemt in beide kuststeden een duik. Het aantal dagen met zwakke tot matige wind neemt vooral in Oostende markant toe. Deze trend van verzwakkende wind wordt ook op andere plaatsen in de wereld opgemerkt.

Minder goed nieuws dus voor de bouwers van windmolenparken in de Noordzee. Laten we er even van uitgaan dat de windafname die we de laatste vijftig jaar op de Oostendse luchthaven waarnamen, zich de volgende vijftig jaar op dezelfde manier zou verderzetten in de Noordzee. Dan zouden de windmolens van Belwind en C-Power in 2067 een derde minder energie opwekken dan in 2017. Het verschil is groot, omdat al een klein verschil in windpatroon (-12 %) grote gevolgen kan hebben voor de hoeveelheid opgewekte elektriciteit (-32 %). Dat is jammer, want wind is misschien wel de meest duurzame en veelbelovende energiebron. Gelukkig ontwikkelen ingenieurs steeds slimmere en meer efficiënte windturbines – zo dragen ze bij aan de strijd tegen de opwarming van de aarde. De cirkel is rond.

Vuile lucht
Een afname in wind heeft nog een ander kwalijk gevolg: minder luchtcirculatie. Vooral in verstedelijkte gebieden, zoals Vlaanderen, blijft de luchtvervuiling dan hardnekkiger hangen. Met alle gevolgen van dien voor de volksgezondheid!

Een Belgische kust met tijgermuggen, vervuilde lucht en windmolens die zelden op volle kracht draaien, dat doembeeld is nog niet voor morgen. Maar de veranderingen in het weer zijn duidelijk ingezet. Laten we vooral zelf ons steentje bijdragen aan minder CO2-uitstoot, zodat we die dreigende klimaatverandering een halt kunnen toeroepen!

Bibliografie

[1] Ahrens, C. D. Meteorology today: an introduction to weather, climate, and the environment. Cengage Learning, 2012.
[2] Akdag, S. A., and Dinler, A. A new method to estimate Weibull parameters for wind energy applications. Energy conversion and management 50, 7 (2009), 1761–1766.
[3] Bakker, A. M., and van den Hurk, B. J. Estimation of persistence and trends in geostrophic wind speed for the assessment of wind energy yields in Northwest Europe. Climate dynamics 39, 3-4 (2012), 767–782.
[4] Baule, W. J., and Shulski, M. D. Climatology and trends of wind speed in the Beaufort/Chukchi Sea coastal region from 1979 to 2009. International Journal of Climatology 34, 8 (2014), 2819–2833.
[5] Bichet, A., Wild, M., Folini, D., and Schär, C. Causes for decadal variations of wind speed over land: Sensitivity studies with a global climate model. Geophysical Research Letters 39, 11 (2012).
[6] Borne, K., Chen, D., Nunez, M., et al. A method for finding sea breeze days under stable synoptic conditions and its application to the Swedish west coast. International Journal of Climatology 18, 8 (1998), 901–914.
[7] Brouwers, J., Peeters, B., Steertegem, M. V., et al. Klimaatrapport 2015, MIRA. Tech. rep., Vlaamse Milieumaatschappij, 2015.
[8] Brouyaux, F., et al. Oog voor het klimaat. Tech. rep., Koninklijk Meteorologisch Instituut van België, 2015.
[9] Brower, M., Barton, M., Lledó, L., and Dubois, J. A study of wind speed variability using global reanalysis data. AWS Truepower, New York (2013).
[10] Caminade, C., Medlock, J. M., Ducheyne, E., McIntyre, K. M., Leach, S., Baylis, M., and Morse, A. P. Suitability of European climate for the Asian tiger mosquito Aedes albopictus: recent trends and future scenarios. Journal of the Royal Society Interface (2012), rsif20120138.
[11] Dadaser-Celik, F., and Cengiz, E. Wind speed trends over Turkey from 1975 to 2006. International Journal of Climatology 34, 6 (2014), 1913–1927.
[12] Deboosere, F. Is het weer aan zee anders dan in het binnenland? [Online; accessed 15 maart 2017].
[13] Elia. Elia > Projecten > Netprojecten > Noordzee. [Online; accessed 21 mei 2017].
[14] Gilbert, R. O. Statistical methods for environmental pollution monitoring. John Wiley & Sons, 1987.
[15] Good, P. I. Permutation Tests: A Practical Guide to Resampling Methods for Testing Hypotheses. Springer series in statistics. Springer, 2000.
[16] Good, P. I. Permutation, Parametric, and Bootstrap Tests of Hypotheses. Springer series in statistics. Springer-Verlag New York, Inc., Secaucus, NJ, USA, 2004. 136
[17] Guo, H., Xu, M., and Hu, Q. Changes in near-surface wind speed in China: 1969–2005. International Journal of Climatology 31, 3 (2011), 349–358.
[18] Hamed, K. H. Trend detection in hydrologic data: the Mann–Kendall trend test under the scaling hypothesis. Journal of hydrology 349, 3 (2008), 350–363.
[19] Hisdal, H., Stahl, K., Tallaksen, L. M., and Demuth, S. Have streamflow droughts in Europe become more severe or frequent? International Journal of Climatology 21, 3 (2001), 317–333.
[20] Holton, J. R., and Hakim, G. J. An introduction to dynamic meteorology, vol. 88. Academic press, 2012.
[21] Huang, Z., and Chalabi, Z. Use of time-series analysis to model and forecast wind speed. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 56, 2-3 (1995), 311–322.
[22] Indhumathy, D., Seshaiah, C., and Sukkiramathi, K. Estimation of Weibull Parameters for Wind speed calculation at Kanyakumari in India. International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology 3, 1 (2014), 8340–8345.
[23] Jaagus, J. Climatic changes in Estonia during the second half of the 20th century in relationship with changes in large-scale atmospheric circulation. Theoretical and Applied Climatology 83, 1 (2006), 77–88.
[24] Justus, C., Hargraves, W., Mikhail, A., and Graber, D. Methods for estimating wind speed frequency distributions. Journal of applied meteorology 17, 3 (1978), 350–353.
[25] Kendall, M. Rank correlation methods. Griffin, London, 1948.
[26] Kidmo, D., Danwe, R., Doka, S., and Djongyang, N. Statistical analysis of wind speed distribution based on six Weibull Methods for wind power evaluation in Garoua, Cameroon. Revue des Energies Renouvelables 18, 1 (2015), 105–125.
[27] Klink, K. Climatological mean and interannual variance of United States surface wind speed, direction and velocity. International Journal of Climatology 19, 5 (1999), 471–488.
[28] Klink, K. Trends and interannual variability of wind speed distributions in Minnesota. Journal of Climate 15, 22 (2002), 3311–3317.
[29] KMI. Documentatie > WeerWoorden > Beaufortschaal (windkracht). [Online; accessed 7 mei 2017].
[30] KMI. Documentatie > WeerWoorden > Bewolkingsgraad. [Online; accessed 17 februari 2017].
[31] KMI. Documentatie > WeerWoorden > Temperatuur. [Online; accessed 7 mei 2017].
[32] KMI. Documentatie > WeerWoorden > Zeebries. [Online; accessed 11 april 2017].
[33] KMI. Klimaat > Algemeen klimaat in België > Neerslag. [Online; accessed 8 maart 2017].
[34] Kundzewicz, Z., and Robson, A. Detecting trend and other changes in hydrological data. World Meteorological Organization, 2000.
[35] Lei, Y. Evaluation of three methods for estimating the Weibull distribution parameters of Chinese pine (Pinus tabulaeformis). Journal of Forest Science 54, 12 (2008), 566–571.
[36] Mann, H. B. Nonparametric tests against trend. Econometrica: Journal of the Econometric Society (1945), 245–259.
[37] McVicar, T. R., Roderick, M. L., Donohue, R. J., Li, L. T., Van Niel, T. G., Thomas, A., Grieser, J., Jhajharia, D., Himri, Y., Mahowald, N. M., et al. Global review and synthesis of trends in observed terrestrial near-surface wind speeds: Implications for evaporation. Journal of Hydrology 416 (2012), 182–205.
[38] Mensink, C. Luchtvervuiling en chemische transportmodellen. Ghent University postgraduate course notes, 2016.
[39] Montgomery, D., Peck, E., and Vining, G. Introduction to Linear Regression Analysis. Wiley Series in Probability and Statistics. Wiley, 2012.
[40] Morozova, A. L., and Valente, M. A. Homogenization of Portuguese long-term temperature data series: Lisbon, Coimbra and Porto. Earth System Science Data 4, 1 (2012), 187–213.
[41] Neter, J., Kutner, M. H., Nachtsheim, C. J., and Wasserman, W. Applied linear statistical models, vol. 4. Irwin Chicago, 1996.
[42] Nwobi, F. N., and Ugomma, C. A. A comparison of methods for the estimation of Weibull distribution parameters. Metodoloski zvezki 11, 1 (2014), 65.
[43] Onyutha, C., Tabari, H., Taye, M. T., Nyandwaro, G. N., and Willems, P. Analyses of rainfall trends in the Nile River Basin. Journal of Hydro-Environment Research (2015).
[44] Pacific Northwest National Laboratory, US department of Energy. Mann-Kendall Test For Monotonic Trend, in Visual Sample Plan users’ guide. [Online; accessed: 14 februari 2017].
[45] Petersen, E. L., Mortensen, N. G., Landberg, L., Højstrup, J., and Frank, H. P. Wind power meteorology. Part I: Climate and turbulence. Wind Energy 1, S1 (1998), 25–45.
[46] Peterson, E. W., and Hennessey Jr, J. P. On the use of power laws for estimates of wind power potential. Journal of Applied Meteorology 17, 3 (1978), 390–394.
[47] Pirazzoli, P. A., and Tomasin, A. Recent near-surface wind changes in the central Mediterranean and Adriatic areas. International Journal of Climatology 23, 8 (2003), 963–973.
[48] Pohlert, T. trend: Non-Parametric Trend Tests and Change-Point Detection, 2016. R package version 0.2.0.
[49] Pryor, S., and Barthelmie, R. Long-term trends in near-surface flow over the Baltic. International Journal of Climatology 23, 3 (2003), 271–289.
[50] Romanic, D., Curic, M., Jovicic, I., and Lompar, M. Long-term trends of the ‘Koshava’ wind during the period 1949–2010. International Journal of Climatology 35, 2 (2015), 288–302.
[51] Rousseeuw, P. J., and Leroy, A. M. Robust regression and outlier detection, vol. 589. John Wiley & Sons, 2005.
[52] Sen, P. K. Estimates of the regression coefficient based on Kendall’s tau. Journal of the American Statistical Association 63, 324 (1968), 1379–1389.
[53] Sen, Z., Altunkaynak, A., and Erdik, T. Wind velocity vertical extrapolation by extended power law. Advances in Meteorology 2012 (2012).
[54] Shu, Z., Li, Q., and Chan, P. Investigation of offshore wind energy potential in Hong Kong based on Weibull distribution function. Applied Energy 156 (2015), 362–373.
[55] Stocker, T., Qin, D., Plattner, G.-K., Tignor, M., Allen, S., Boschung, J., Nauels, A., Xia, Y., Bex, V., and Midgley, P., Eds. IPCC 2013: Summary for Policymakers. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 2013, book section SPM, p. 1–30.
[56] Van Malderen, R. Fysische meteorologie. Ghent University postgraduate course notes, 2016.
[57] Vautard, R., Cattiaux, J., Yiou, P., Thépaut, J.-N., and Ciais, P. Northern Hemisphere atmospheric stilling partly attributed to an increase in surface roughness. Nature Geoscience 3, 11 (2010), 756–761.
[58] Werapun, W., Tirawanichakul, Y., and Waewsak, J. Comparative study of five methods to estimate Weibull parameters for wind speed on Phangan Island, Thailand. Energy Procedia 79 (2015), 976–981.
[59] Wikipedia. Windstreek — Wikipedia, the free encyclopedia, 2016. [Online; accessed 25 oktober 2016].
[60] Wikipedia. Anemometer — Wikipedia, the free encyclopedia, 2017. [Online; accessed 18 mei 2017].
[61] Wikipedia. Global warming — Wikipedia, the free encyclopedia, 2017. [Online; accessed 2 mei 2017].
[62] Wikipedia. Log wind profile — Wikipedia, the free encyclopedia, 2017. [Online; accessed 30 mei 2017].
[63] Wikipedia. Nonparametric statistics — Wikipedia, the free encyclopedia, 2017. [Online; accessed 10 april 2017].
[64] Wikipedia. Rayleigh distribution — Wikipedia, the free encyclopedia, 2017. [Online; accessed 27 mei 2017].
[65] Wikipedia. Waloddi Weibull — Wikipedia, the free encyclopedia, 2017. [Online; accessed 23 mei 2017].
[66] Windpower program. Wind turbine power output variation with steady wind speed. Technical information page for the UK Wind Speed Database program [Online; accessed 4 juni 2017].
[67] Yue, S., Pilon, P., and Cavadias, G. Power of the Mann–Kendall and Spearman’s rho tests for detecting monotonic trends in hydrological series. Journal of hydrology 259, 1 (2002), 254–271.
[68] Zeileis, A., and Hothorn, T. Diagnostic checking in regression relationships. R News 2, 3 (2002), 7–10.

Universiteit of Hogeschool
Master of Science in de wiskunde
Publicatiejaar
2017
Promotor
Els Goetghebeur; David Dehenauw
Kernwoorden
@ElkeDebrie