< Terug naar vorige pagina

Project

Impact van de klimaatverandering op neerslagextremen en pluviale overstromingen in Europa

Extreme neerslag en overstromingen behoren tot de grote klimaatgerelateerde rampen die wereldwijd jaarlijks duizenden dodelijke slachtoffers en miljarden euro's aan schade veroorzaken. Het risico van deze gebeurtenissen zal naar verwachting de komende decennia nog sterk toenemen als gevolg van het veranderend klimaat en socio-economische evoluties. Dit zal vooral grote gevolgen hebben voor onze kwetsbare samenlevingen en ecosystemen. Terwijl de risico’s van overstromingsrisico’s langs de kust en langs grote rivieren reeds uitgebreid bestudeerd werden is dit minder het geval voor pluviale overstromingen als gevolg van extreme neerslag van korte-duur. De redenen waarom deze laatste risico’s nog niet uitgebreid bestudeerd werden, zijn velerlei. De voornaamste is dat er wereldwijd niet zo veel kwaliteitsvolle lange-termijn meetreeksen van korte-duur extreme neerslag beschikbaar zijn. Een andere reden is de zeer beperkte kennis over de kwetsbaarheid van de maatschappij en de ecosystemen voor dergelijke uitzonderlijke lokale meteorologische gebeurtenissen. Verder hebben continentale pluviale overstromingsmodellen nog een zeer lange rekentijd wat hun gebruik sterk bemoeilijkt. Met die nood in het achterhoofd, onderzoekt dit proefschrift de impact van toekomstige klimatologische en socio-economische veranderingen op extreme neerslag en dit voor tijdschalen kleiner dan een dag. Dit gebeurde voor de continentale schaal van Europa. Impactresultaten werden afgeleid zowel onder de vorm van veranderingen in de neerslagintensiteit-duur-frequentie (IDF) verbanden als veranderingen in de pluviale overstromingskansen en –risico’s.

Eerst werd de impact bestudeerd van de toekomstige antropogene klimaatverandering op de 3-uur extreme neerslag en dit voor terugkeerperiodes tussen de 5 en 50 jaar. Dit gebeurde met behulp van de simulatieresultaten van regionale Europese klimaatmodellen (RCM's) met een resolutie van 0,11° afkomstig van het EURO-CORDEX project. De robuustheid van het klimaatveranderingssignaal werd onderzocht door geregionaliseerd de signaal-ruis-verhouding (S2N) te bestuderen en dit rekening houdend met de ruimtelijke correlatie. Hierbij werd een ruimtelijke pooling (regionalisatie) doorgevoerd om de ruis als gevolg van interne variabiliteit te verminderen en om verbeterde statistieken te bekomen. De effectiviteit van de ruimtelijke pooling werd geëvalueerd door een gevoeligheidsanalyse en dit in functie van de tijdschaal, de intensiteit van de neerslag, het seizoen, de resolutie van het beschouwde klimaatmodel en het beschouwde scenario voor de toekomstige broeikasgasconcentraties. De resultaten wijzen op een verhoging van de 3-uur extreme neerslag boven Europa tegen het einde van de 21e eeuw en dit voor alle seizoenen behalve de zomer waarvoor een bipolair patroon (toename in het noorden en afname in het zuiden) wordt waargenomen. Voor het broeikasgasscenario RCP8.5 tonen de geregionaliseerde impactresultaten voor de 3-uur extreme neerslag in de winter statistisch significante neerslagveranderingen voor ongeveer 72%, 65%, 59% en 48% van de oppervlakte van Europa bij respectievelijk terugkeerperiodes van 5, 15, 25 en 50 jaar. Voor de zomer ligt dat percentage tussen de 16% en de 21%. De S2N-waarden voor de 3-uur extreme neerslagveranderingen stijgen na de ruimtelijke pooling met ongeveer een factor 1,4 - 1,7 voor alle seizoenen behalve in de zomer waar ze dalen met ongeveer een factor 0,78. De resultaten van de gevoeligheidsanalyse laten zien dat de regionalisatie-invloed - in afnemende mate - gevoelig is voor het seizoen, de tijdschaal, de neerslagintensiteit, het broeikasgasscenario en de ruimtelijke resolutie van het klimaatmodel. In gebieden waar kortstondige convectieve neerslag dominant is, blijkt de tijdschaal voor neerslag belangrijker te zijn. Dit laatste is vooral het geval in de zomermaanden in Zuid-Europa.

Vervolgens werd de impact bestudeerd van de toekomstige antropogene klimaatverandering op de IDF-verbanden voor extreme neerslag. Hierbij werden eerst toekomstige IDF-verbanden afgeleid voor België door gebruik te maken van een ruime set van mondiale klimaatmodellen (GCM's) en RCM's. Voortbouwend op de bevindingen van die analyse werd de methodologie daarna op gans Europa toegepast. De toekomstige IDF-curven werden afgeleid voor tijdsduren tussen de 30 minuten en 24 uur en voor terugkeerperiodes tussen 1 en 100 jaar. Om de toekomstige IDF-verbanden af te leiden, werd gebruik gemaakt van de kwantielperturbatiemethode. Hierbij werden de klimaatveranderingssignalen voor extreme neerslag, zoals afgeleid van de simulatieresultaten van de EURO-CORDEX RCM's, toegepast op de IDF-verbanden voor het huidig klimaat. Deze laatste werden afgeleid door gebruik te maken van neerslagdata met hoge ruimtelijke en temporele resolutie verkregen via teledetectie. De resultaten tonen dat de toekomstige klimaatverandering de neerslagintensiteiten in de IDF-verbanden zal verhogen (16-27%, afhankelijk van de tijdsduur en de terugkeerperiode) en de IDF-curven steiler zal doen lopen (17-25%, afhankelijk van terugkeerperiode), dus de kortere-duur neerslagintensiteiten meer zal verhogen dan de langere-duur neerslagintensiteiten. De toename is logischerwijs groter voor de broeikasgasscenario’s die gepaard gaan met een sterkere toename in de uitstoot en concentratie aan broeikasgassen (sterkere toename voor het RCP8.5-scenario t.o.v. het RCP4.5-scenario). Door een intensivering van de regenbuien onder klimaatverandering verschuiven de IDF-curven naar boven, terwijl de sterkere toename voor de kortere-duur regenbuien leidt tot steilere curven. Naast de intensiteit van de regenbuien, zal ook hun frequentie naar verwachting toenemen. De kort-duur (sub-dagelijkse) neerslagintensiteiten van een regenbui met een terugkeerperiode van 50 à 100 jaar kunnen in grootteorde verdubbelen bij het RCP4.5-scenario en verdrievoudigen bij het RCP8.5-scenario.

Aangezien de onzekerheid van de toekomstprojecties nog groot is, is het belangrijk om die onzekerheid in rekening te brengen, ook in planningsprojecten die gebruik maken van de toekomstprognoses. Daarom werd in dit proefschrift deze onzekerheid ook bestudeerd. De onzekerheidsanalyse toont aan dat de GCM-onzekerheid (de onzekerheid van de mondiale klimaatmodelresultaten) de belangrijkste onzekerheidsbron is. Ze is belangrijker dan de onzekerheid van de initiële condities die bij de GCM-simulaties gebruikt worden. Ze is ook belangrijker dan de onzekerheid in de toekomstige concentraties aan broeikasgassen (de verschillen tussen de RCP-scenario’s). De onzekerheid is logischerwijs groter voor de grotere terugkeerperiodes. De onzekerheid verschilt ook met de tijdsduur waarover de neerslagintensiteiten bestudeerd worden, met een grotere onzekerheid voor de kortere tijdsduren. Ook zijn er sterke ruimtelijke variaties binnen Europa.

De algemene resultaten bij dit proefschrift tonen de hoge kwetsbaarheid aan van de bestaande infrastructuur (rioleringen en andere stedelijke afwateringsstelsels). Bij het toekomstig ontwerp en beheer van deze infrastructuur houdt met best rekening met de toekomstevoluties inzake extreme korte-duur neerslag zoals in dit proefschrift afgeleid. Hierbij houdt men best rekening met de relevante tijdschalen in functie van het responsgedrag van het stedelijk afwateringssysteem en de ontwerpterugkeerperiodes. Ook bestaande stelsels kunnen via diezelfde informatie aangepast worden (klimaatadaptatie).

Datum:29 apr 2016 →  9 sep 2020
Trefwoorden:Climate change, Precipitation extremes, Urban pluvial flooding
Disciplines:Structurele ingenieurskunde, Andere burgerlijke ingenieurswetenschappen en bouwkunde
Project type:PhD project