REGIONALE DROOGTESTATISTIEKEN VOOR WATERSCHAPPEN OP BASIS VAN KNMI’23-KLIMAATSCENARIO’S

De KNMI’23-klimaatscenario’s laten zien dat de Nederlandse zomers in de toekomst aanzienlijk droger worden. Waterbeheerders hebben behoefte aan gegevens over de effecten hiervan op hydrologische variabelen als grondwaterstanden en rivierafvoeren. Dit is van belang om de toekomstige zoetwaterbeschikbaarheid te voorspellen. Het KNMI heeft al zogenoemde getransformeerde klimaatgegevens beschikbaar gesteld, waarin het waargenomen weer wordt omgezet naar verwachtingen voor het toekomstige klimaat. Bij de transformatie van de weergegevens wordt echter niet gerekend aan het aantal droge dagen in de toekomst. Daarom zijn deze gegevens alleen bruikbaar voor wateroverlast en niet voor droogte.

In dit onderzoek hebben HKV en het KNMI samen met STOWA een alternatieve methodiek toegepast, die het klimaat statistisch beschrijft (zie [1] voor het volledige rapport). Hiermee wordt de verwachte toename van het aantal droge dagen op de juiste manier meegenomen. Met dit artikel willen we waterbeheerders aanmoedigen om meteorologische droogte door te vertalen naar hydrologische droogte-effecten. Dit is van groot belang om op tijd te kunnen anticiperen op een droger wordende toekomst.

Afleiden droogtestatistiek Het doel van dit onderzoek was het afleiden van droogtestatistieken uit de oorspronkelijke RACMO-klimaatreeksen van KNMI’23. RACMO, het Regional Atmospheric Climate Model, is het regionale klimaatmodel dat het KNMI gebruikt om het toekomstige klimaat in Nederland te berekenen. In de praktijk zijn de RACMO-reeksen (240 jaar per scenario) lastig door te rekenen met de veelgebruikte, rekenintensieve hydrologische (grondwater-) modellen. We hebben daarom op basis van de afgeleide statistiek twee praktisch toepasbare modelproducten ontwikkeld:

1. Dertigjarige reeksen van dagelijkse waarden van neerslag en referentieverdamping. Deze zijn per waterschap bepaald met de methode van Makkink, die de extremen van de originele 240 jaar uit RACMO zo goed mogelijk weergeeft;
2. Een selectie van karakteristieke jaren uit de RACMO- reeksen. Een karakteristiek jaar is gedefinieerd als een representatieve extreme situatie, uitgedrukt in herhaaltijden.

Bij de ontwikkeling van deze producten stonden twee onderzoeksvragen centraal: (1) zijn verschillende droogte- indicatoren samen te brengen in dezelfde karakteristieke jaren? Meteorologische droogte, oftewel droog weer, is namelijk niet op een eenduidige manier te vatten en heeft meerdere facetten; en (2) hoe varieert de droogtestatistiek ruimtelijk over Nederland? Hierbij kijken we of het mogelijk is om een enkel karakteristiek jaar af te leiden voor heel Nederland.

Uitgangspunten
De focus van dit onderzoek ligt op meteorologische droogte in het groeiseizoen: de periode tussen 1 april en 1 oktober. Voor dit groeiseizoen zijn herhaaltijden afgeleid voor diverse droogte-indicatoren: het maximaal cumulatieve neerslagtekort per jaar, de minimale neerslagsom gedurende 45 dagen per jaar, het aantal droge dagen per jaar en de minimale zevendaagse gemiddelde rivierafvoeren van de Maas en de Rijn per jaar. Al deze indicatoren beschrijven dus alleen het zomerhalfjaar. De herhaaltijden drukken we uit in bijvoorbeeld eens in de 25 jaar. We hebben zulke tijden afgeleid voor meerdere KNMI’23-klimaatscenario’s voor zowel matige als sterke klimaatverandering voor ‘zichtjaren’ 2050, 2100 en 2150. De resultaten laten zien dat de droogte-indicatoren wel met elkaar correleren, maar niet sterk genoeg om karakteristieke jaren te selecteren waarbij voor alle droogte- indicatoren de herhaaltijden hetzelfde zijn. Zo kan het zijn dat een RACMO-jaar een maximaal cumulatief neerslagtekort (MCN) heeft dat eens per 10 jaar voorkomt, maar een minimale 45-daagse neerslagsom met een herhaaltijd van 3 jaar en een minimale Rijnafvoer met een herhaaltijd van 25 jaar. Daarom presenteren wij in onze producten alle karakteristieke jaren op basis van het jaarlijks MCN. Deze droogte-indicator passen het KNMI en waterbeheerders het meest toe. Het is voor hen een belangrijke indicator voor meteorologische droogte in het zomerhalfjaar. De afgeleide statistiek voor de andere indicatoren is wel ter naslag beschikbaar via de genoemde modelproducten.

Afbeelding 1. Statistiek voor het MCN, gemiddeld over Nederland

Resultaten
Afbeelding 1 toont het jaarlijks maximaal cumulatief neerslagtekort voor enkele klimaatscenario’s. Ter referentie toont de grafiek ook het MCN in 2018. Een droge zomer zoals in 2018 heeft in het huidige klimaat een herhaaltijd van ruim 20 jaar. In 2050 verschuift dat naar 5 tot 8 jaar, afhankelijk van de mate van klimaatverandering. Voor het jaar 2100 is het zelfs goed mogelijk dat een droog jaar zoals in 2018 voor ons ‘het nieuwe normaal’ wordt. Ook de statistiek voor de andere droogte- indicatoren laat zien dat voor alle klimaatscenario’s de Nederlandse zomers sterk verdrogen. Deze verandering zal significante gevolgen hebben voor de zoetwaterbeschikbaarheid in Nederland.

Results
Figure 1 shows the annual maximum cumulative rainfall deficit for several climate scenarios. For reference, the chart also shows the MCPD in 2018. A dry summer like the one in 2018 has a recurrence time of over 20 years in today's climate. By 2050, that will shift to five to eight years, depending on the degree of climate change. In fact, for the year 2100, a dry year like 2018 may well become 'the new normal' for us. Statistics for the other included drought indicators also show that Dutch summers will become significantly drier in all climate scenarios. This change will have severe impacts on freshwater availability in the Netherlands.

De kans op droog weer is niet overal in Nederland hetzelfde. Afbeelding 2 toont voor het huidige klimaat de ruimtelijke spreiding in het jaarlijkse maximale cumulatieve neerslagtekort, bij een herhaaltijd van 25 jaar. Dit is een situatie met erg droog weer. Het linker paneel toont de berekende resultaten in het huidige klimaat op basis van de KNMI’23-scenario’s. Rechts dezelfde analyse, maar dan op basis van daadwerkelijke metingen. Allereerst zijn er duidelijke gelijkenissen tussen beide panelen, wat de validiteit van de KNMI’23-klimaatscenario’s ondersteunt. Daarnaast zijn er duidelijke ruimtelijke patronen zichtbaar. Het zuiden van Nederland is duidelijk droger dan het noorden. Daarnaast zijn orografische effecten (hoogte-effecten) zichtbaar, bijvoorbeeld op de Veluwe. Deze ruimtelijke patronen veranderen in de toekomst volgens de KNMI’23-scenario’s nauwelijks. Voor regionale waterbeheerders is het belangrijk om rekening te houden met deze variatie. Een voorbeeld: in een scenario met sterke klimaatverandering in 2050 (scenario Hd2050) komt een maximaal jaarlijks cumulatief neerslagtekort van 350 mm in Noord-Groningen gemiddeld eens in de 35 jaar voor. In Limburg is dit al eens in de 5 jaar. Dat is een groot verschil. Daarom is de keuze gemaakt om zowel de representatieve dertigjarige RACMO-reeksen als de karakteristieke jaren per waterschap op te leveren en niet als de gemiddelde situatie in heel Nederland.

Afbeelding 2. Ruimtelijke variatie in MCN dat gemiddeld eens per 25 jaar voorkomt in het huidige klimaat. Links de variatie op basis van deze studie, rechts de variatie op basis van waarnemingen

Conclusies en aanbevelingen
Dat de Nederlandse zomers steeds droger worden, zal voor veel mensen geen verrassing meer zijn. De resultaten van deze studie geven inzicht in de effecten van klimaatverandering op meteorologische droogte in de zomer. Zowel de scenario’s met matige als die met sterke klimaatverandering tonen een duidelijke verschuiving naar droger weer in de zomer. Droge zomers, zoals in 2018 en 2022, zullen in de toekomst steeds vaker voorkomen én heftiger in intensiteit worden. Deze veranderingen hebben een sterke invloed op de grondwaterstanden en aan- en afvoer van water. Hierdoor zal het wateraanbod voor bijvoorbeeld landbouw en natuur kleiner worden en de scheepvaart zal last krijgen van lage waterstanden. Dit vraagt om scherpe keuzes van waterbeheerders. Om het doorrekenen van meteorologische droogte in hydrologische (grondwater-) modellen makkelijker te maken zijn er in deze studie per waterschap dertigjarige representatieve RACMO-reeksen en karakteristieke jaren afgeleid. Deze data en de bijbehorende statistiek zijn beschikbaar op de STOWA-website.

Handreiking
Het onderzoek is samengevat in een handreiking voor praktisch gebruik van de droogtestatistiek en onderliggende gegevens (zie afbeelding 3). Die kan waterbeheerders helpen bij de toepassing in modelstudies voor het eigen werkgebied, zodat droogte-effecten eenduidig en reproduceerbaar worden meegenomen. De handreiking beschrijft hoe waterbeheerders de karakteristieke jaren en representatieve reeksen kunnen selecteren en toepassen en hoe ze kunnen omgaan met onzekerheden in de scenario’s. Daarmee vormt zij een brug tussen complexe klimaatgegevens en de dagelijkse praktijk in het huidige waterbeheer.

Afbeelding 3. Handreiking voor gebruik van de KNMI’23-klimaatscenario’s in droogtestudies

In dit onderzoek zijn op basis van de KNMI’ 23-klimaatscnario’s voor elk waterschap de herhaaltijden geanalyseerd van meerdere droogte-indicatoren, waaronder het maximaal cumulatief neerslagtekort (MCN) voor het groeiseizoen. De resultaten laten zien dat droogte- extremen in de toekomst naar verwachting veel vaker zullen optreden. Een droge zomer zoals die van 2018 komt in het huidige klimaat ongeveer eens per twintig jaar voor, maar rond 2050 al elke vijf tot acht jaar en tegen 2100 mogelijk zelfs vrijwel jaarlijks. Deze veranderingen hebben een sterke invloed op grondwaterstanden en afvoeren, met soms sterke regionale verschillen. Dit vraagt om scherpe keuzes van onze regionale waterbeheerders.

1. Bolton (2020). Water Infrastructure in Fragile and Conflict-Affected States. K4D Helpdesk report. https://opendocs.ids.ac.uk/articles/report/Water_Infrastructure_in_Fragile-_and_Conflict-Affected_States/26428195?file=48077128 
2. Brouwers et al. (2024). Diepe Adaptatie voor de Watersector - Fase 1. KWR 2024.131
3. Mentges et al. (2023). ‘A resilience glossary shaped by context: Reviewing resilience-related terms for critical infrastructures.’ International journal of disaster risk reduction, 96, 103893.
4. Diep et al. (2017). Water, Crises and Conflict in MENA: How Can Water Service Providers Improve Their Resilience?. IIED Working Paper, International Institute for Environment and Development, Londen, VK.
5. Kemp et al. (2022). ‘Climate endgame: Exploring catastrophic climate change scenarios’. Proceedings of the National Academy of Sciences, 119(34), e2108146119.
6. Richardson et al. (2023). Earth beyond six of nine planetary boundaries. Science advances, 9(37), eadh2458.
7. Van Thienen, P. et al. (2023). ‘What water supply system research is needed in the face of a conceivable societal collapse?’. Journal of Water and Climate Change, 14(12), 4635-4641.
8. Van Thienen, P. et al. (2025). ‘Climate tipping points and their potential impact on drinking water supply planning and management in Europe’. Cambridge Prisms: Water,  3: e3.