< Terug naar vorige pagina
Project
Impact of Climate Variability and Change on Hydrological Extremes of the Upper Blue Nile Basin (Impact van klimaatvariabiliteit en -verandering op hydrologische extremen in het boven-rivierbekken van de Blauwe Nijl)
Verschillende streken van de wereld hebben gedurende de laatste decennia kennis gemaakt met een hoge frequentie aan intense hydro-climatologische extremen in de vorm van overstromingen, droogteperioden, hittegolven,cyclonen en andere catastrofale gebeurtenissen. De wetenschappelijke wereld heeft bijzondere aandacht geschonken aan deze extremen en aan het potentieel verband met klimaatvariabiliteit en verandering. Het klimaat is immers de drijvende kracht achter heel wat natuursystemen op aarde, zoals de hydrologie van rivierbekkens. De hydrologische cyclus en het klimaatsysteem zijn nauw met elkaar verweven, waardoor regionale hydrologiede directe gevolgen ondervindt van klimaatvariabiliteit en verandering. Waterbeheerders dienen met deze invloed van de klimaatvariaties rekening te houden bij het formuleren van beleidsopties en bij hun waterbouwkundige plannen en ontwerpen.</>
</>
Recente evoluties in het klimaat worden vaak toegeschreven aan antropogene activiteiten zoals de verbranding van fossiele grondstoffen en de uitstoot van broeikasgassen in de atmosfeer. Klimaatveranderingen kunnen inderdaad het gevolg zijn van zowel interne natuurlijke klimaatprocessen als externe factoren, zoals deze die de samenstelling van de atmosfeer of het landoppervlak aanhoudend wijzigen. Geavanceerde rekeninstrumenten zoals de mondiale en regionale klimaatmodellen werden ontwikkeld om de invloed van deze processen en factoren op het klimaatsysteem te bestuderen. De resultaten van zulkeanalyses kunnen gebruikt worden om de verdere invloed van de klimaatveranderingen op het milieu en de maatschappij te analyseren.</>
</>
Vooraleer de impact te bestuderen van de antropogene klimaatverandering is het nuttig om retrospectief de historische variaties in het klimaat en de bijhorende hydro-climatologische extremen te bestuderen. Dit geeft inzicht in de natuurlijke tijdsvariabiliteit, zoals de temporele patronen, maar ook in de oorzaken en de effecten van deze variaties.</>
</>
Dit onderzoek heeft deze historische en antropogene klimaatvariaties bestudeerd voor het stroomgebied van de Blauwe Nijl in Afrika. Dit stroomgebied is voor het waterbeheer in Afrika één van de </>meest belangrijke stroomgebieden. Het heeft een grote bijdrage tot hettotale debiet van de Nijl afwaarts in Egypte. Bovendien blijkt dit gebied erg kwetsbaar voor klimaatvariaties en verandering. De studie nam debestaande meteorologische meetreeksen en de beschikbare simulatieresultaten van bestaande klimaatmodellen als vertrekbasis.</>
</>
Eerst werden op basis van de langste beschikbare historische meetreeksenvan neerslag en debiet, de tijdsvariaties bestudeerd in de meteorologische en hydrologische extremen. Dit had als doel om het voorkomen van temporele patronen te onderzoeken en eventueel te verklaren, na te gaan of er recente trends zijn, en of deze statistisch significant zijn. Gebruikmakend van een indicator van anomalieën in kwantielwaarden van neerslagof debiet en de berekening van 95%-betrouwbaarheidsintervallen voor deze anomalieën, werd voor (multi-)decadale perioden o.b.v. een bewegend venster nagegaan of deze anomalieën statistisch significant zijn of niet. Er werd dus nagegaan of the nulhypothese van het volledig willekeurig inde tijd voorkomen van de extremen opgaat of verworpen kan worden. Ook konden op die manier perioden geïdentificeerd worden die statistisch significant meer of minder nat of droog, of meer of minder extreem, zijn. Ook konden op die manier natuurlijke variatiepatronen gescheiden worden van lange-termijn trends. De analyse toonde aan dat er (multi-)decadale oscillatiepatronen voorkomen: de hydro-climatologische extremen zijn meer of minder extreem of komen meer of minder vaak voor gedurende perioden van 1 tot 2 decaden. De jaren 1980 komen overeen met een minder extreme en droge periode, terwijl de decaden ervoor en ernaar meer extreem en natter zijn. De meest recente periode vertoont geen significante stijgende of dalende trend. Er kan dus niet aangetoond worden dat de recente toename in het aantal hydro-climatologische extremen het gevolg is van de antropogene klimaatverandering. De multi-decadale oscillaties blijken sterkgecorreleerd met grootschalige atmosferische variabelen boven de Stilleen de Atlantische Oceanen, en gelden zowel voor de neerslagextremen alsde hydrologische extremen (piefafvoeren langs de rivieren in het stroomgebied).</>
</>
De multi-decadale oscillaties in de hydrologische extremen blijken haast uitsluitend verklaard door de multi-decadale oscillaties in de neerslagextremen. Andere potentiële oorzaken, zoals temporele veranderingen in het landgebruik of waterbeheerstrategieën in het stroomgebied, werden onderzocht op basis van simulaties met hydrologische modellen en statistische analyse van de simulatieresultaten. Lange-termijn hydrologische modelsimulaties werden uitgevoerd in de veronderstelling dat als veranderingen in de stroomgebiedseigenschappen een significante invloed hadden op de hydrologische extremen, het verschil tussende gesimuleerde en waargenomen debietreeksen een duidelijk temporeel patroon moeten geven dat gelijklopend is met de veranderingen in stroomgebiedseigenschappen. Dit laatste blijkt niet het geval. Ook het hydrologisch responsgedrag werd op basis van een data-gebaseerde methode onderzocht en gaf geen duidelijke verschillen tussen verschillende onderzochte perioden. Dit leidt tot de conclusie dat de temporele variaties in het voorkomen van extreme rivierdebieten in hoofdzaak bepaald zijn door de multi-decadale klimaatschommelingen dan door veranderingen in stroomgebiedseigenschappen. Dat laatste wordt vaak wel door anderen als hypothese gesteld; zoals ontbossing en urbanisatie.</>
</>
Gegeven dat hetstroomgebied van de Blauwe Nijl relatief weinig gegevens ter beschikking heeft en gegeven de gedetecteerde aanwezigheid van multi-decadale oscillaties, was het belangrijk de invloed te onderzoeken van deze klimaatoscillaties op de nauwkeurigheid van waterbouwkundige ontwerpstatistieken,indien deze gebaseerd zijn op korte beschikbare meetreeksen. Als ontwerpstatistieken werden debiet-duur-frequentie (QDF)-verbanden onderzocht. Het onderzoek toonde aan dat de QDF-verbanden sterk kunnen verschillen afhankelijk van de tijdsperiode waarop ze gebaseerd zijn. Zo blijken de QDF-verbanden gebaseerd op de jaren 1980 de piekafvoerkwantielen (debietwaarden overeenkomend met een bepaalde gemiddelde herhalingstijd of terugkeerperiode) met 15% te onderschatten. Omwille van de sterke correlatie tussen de multi-decadale oscillaties in het voorkomen van de hydrologische extremen en bepaalde grootschalige atmosferische variabelen boven de Stille en Atlantische Oceanen, en omdat voor deze variabelen langere tijdreeksen beschikbaar zijn, werd een methode getest om uitgaande van de temporele variaties in de grootschalige atmosferische variabelen de QDF-statistieken te corrigeren. Deze methode bleek de systematische vertekening in de QDF-gebaseerde waterbouwkundige ontwerpstatistieken, wanneer gebaseerd op korte meetreeksen, correct weg te werken.</>
</>
Na dit uitgebreid onderzoek naar de historische temporele variaties in de hydro-climatologische extremen werd in het onderzoek tenslotte de toekomstig verwachte invloed van de antropogene klimaatverandering geanalyseerd. Hiervoor werd gebruik gemaakt van de huidig beschikbare simulatieresultaten met mondiale klimaatmodellen. Omwille van het verschil in ruimtelijke schaal tussen deze resultaten en de hydrologische impactschaal, werd op een klimaatmodelresultaten een statistische neerschaling toegepast. Verschillende neerschalingsmethoden werden hierbij toegepast en vergeleken. Voor het natte seizoen geven de resultaten van deze analyse een daling in de rivierdebieten, dus van de waterbeschikbaarheid. Deze dalingis het gevolg van verminderde neerslag en toenemende evapotranspiratie.De onzekerheden in de impactresultaten van toekomstige klimaatverandering zijn bij elke methode groot, en kunnen nog verder toenemen wanneer meer klimaatmodelsimulaties en neerschalingsmethoden en hydrologische modellen worden toegepast. Ondanks deze grote onzekerheden worden waterbeheerders aangeraden om met deze potentiële impact van de klimaatveranderingrekening te houden, en waterbeheerstrategieën uit te werken die in elk toekomstig scenario effectief zijn.</>
</>
Recente evoluties in het klimaat worden vaak toegeschreven aan antropogene activiteiten zoals de verbranding van fossiele grondstoffen en de uitstoot van broeikasgassen in de atmosfeer. Klimaatveranderingen kunnen inderdaad het gevolg zijn van zowel interne natuurlijke klimaatprocessen als externe factoren, zoals deze die de samenstelling van de atmosfeer of het landoppervlak aanhoudend wijzigen. Geavanceerde rekeninstrumenten zoals de mondiale en regionale klimaatmodellen werden ontwikkeld om de invloed van deze processen en factoren op het klimaatsysteem te bestuderen. De resultaten van zulkeanalyses kunnen gebruikt worden om de verdere invloed van de klimaatveranderingen op het milieu en de maatschappij te analyseren.</>
</>
Vooraleer de impact te bestuderen van de antropogene klimaatverandering is het nuttig om retrospectief de historische variaties in het klimaat en de bijhorende hydro-climatologische extremen te bestuderen. Dit geeft inzicht in de natuurlijke tijdsvariabiliteit, zoals de temporele patronen, maar ook in de oorzaken en de effecten van deze variaties.</>
</>
Dit onderzoek heeft deze historische en antropogene klimaatvariaties bestudeerd voor het stroomgebied van de Blauwe Nijl in Afrika. Dit stroomgebied is voor het waterbeheer in Afrika één van de </>meest belangrijke stroomgebieden. Het heeft een grote bijdrage tot hettotale debiet van de Nijl afwaarts in Egypte. Bovendien blijkt dit gebied erg kwetsbaar voor klimaatvariaties en verandering. De studie nam debestaande meteorologische meetreeksen en de beschikbare simulatieresultaten van bestaande klimaatmodellen als vertrekbasis.</>
</>
Eerst werden op basis van de langste beschikbare historische meetreeksenvan neerslag en debiet, de tijdsvariaties bestudeerd in de meteorologische en hydrologische extremen. Dit had als doel om het voorkomen van temporele patronen te onderzoeken en eventueel te verklaren, na te gaan of er recente trends zijn, en of deze statistisch significant zijn. Gebruikmakend van een indicator van anomalieën in kwantielwaarden van neerslagof debiet en de berekening van 95%-betrouwbaarheidsintervallen voor deze anomalieën, werd voor (multi-)decadale perioden o.b.v. een bewegend venster nagegaan of deze anomalieën statistisch significant zijn of niet. Er werd dus nagegaan of the nulhypothese van het volledig willekeurig inde tijd voorkomen van de extremen opgaat of verworpen kan worden. Ook konden op die manier perioden geïdentificeerd worden die statistisch significant meer of minder nat of droog, of meer of minder extreem, zijn. Ook konden op die manier natuurlijke variatiepatronen gescheiden worden van lange-termijn trends. De analyse toonde aan dat er (multi-)decadale oscillatiepatronen voorkomen: de hydro-climatologische extremen zijn meer of minder extreem of komen meer of minder vaak voor gedurende perioden van 1 tot 2 decaden. De jaren 1980 komen overeen met een minder extreme en droge periode, terwijl de decaden ervoor en ernaar meer extreem en natter zijn. De meest recente periode vertoont geen significante stijgende of dalende trend. Er kan dus niet aangetoond worden dat de recente toename in het aantal hydro-climatologische extremen het gevolg is van de antropogene klimaatverandering. De multi-decadale oscillaties blijken sterkgecorreleerd met grootschalige atmosferische variabelen boven de Stilleen de Atlantische Oceanen, en gelden zowel voor de neerslagextremen alsde hydrologische extremen (piefafvoeren langs de rivieren in het stroomgebied).</>
</>
De multi-decadale oscillaties in de hydrologische extremen blijken haast uitsluitend verklaard door de multi-decadale oscillaties in de neerslagextremen. Andere potentiële oorzaken, zoals temporele veranderingen in het landgebruik of waterbeheerstrategieën in het stroomgebied, werden onderzocht op basis van simulaties met hydrologische modellen en statistische analyse van de simulatieresultaten. Lange-termijn hydrologische modelsimulaties werden uitgevoerd in de veronderstelling dat als veranderingen in de stroomgebiedseigenschappen een significante invloed hadden op de hydrologische extremen, het verschil tussende gesimuleerde en waargenomen debietreeksen een duidelijk temporeel patroon moeten geven dat gelijklopend is met de veranderingen in stroomgebiedseigenschappen. Dit laatste blijkt niet het geval. Ook het hydrologisch responsgedrag werd op basis van een data-gebaseerde methode onderzocht en gaf geen duidelijke verschillen tussen verschillende onderzochte perioden. Dit leidt tot de conclusie dat de temporele variaties in het voorkomen van extreme rivierdebieten in hoofdzaak bepaald zijn door de multi-decadale klimaatschommelingen dan door veranderingen in stroomgebiedseigenschappen. Dat laatste wordt vaak wel door anderen als hypothese gesteld; zoals ontbossing en urbanisatie.</>
</>
Gegeven dat hetstroomgebied van de Blauwe Nijl relatief weinig gegevens ter beschikking heeft en gegeven de gedetecteerde aanwezigheid van multi-decadale oscillaties, was het belangrijk de invloed te onderzoeken van deze klimaatoscillaties op de nauwkeurigheid van waterbouwkundige ontwerpstatistieken,indien deze gebaseerd zijn op korte beschikbare meetreeksen. Als ontwerpstatistieken werden debiet-duur-frequentie (QDF)-verbanden onderzocht. Het onderzoek toonde aan dat de QDF-verbanden sterk kunnen verschillen afhankelijk van de tijdsperiode waarop ze gebaseerd zijn. Zo blijken de QDF-verbanden gebaseerd op de jaren 1980 de piekafvoerkwantielen (debietwaarden overeenkomend met een bepaalde gemiddelde herhalingstijd of terugkeerperiode) met 15% te onderschatten. Omwille van de sterke correlatie tussen de multi-decadale oscillaties in het voorkomen van de hydrologische extremen en bepaalde grootschalige atmosferische variabelen boven de Stille en Atlantische Oceanen, en omdat voor deze variabelen langere tijdreeksen beschikbaar zijn, werd een methode getest om uitgaande van de temporele variaties in de grootschalige atmosferische variabelen de QDF-statistieken te corrigeren. Deze methode bleek de systematische vertekening in de QDF-gebaseerde waterbouwkundige ontwerpstatistieken, wanneer gebaseerd op korte meetreeksen, correct weg te werken.</>
</>
Na dit uitgebreid onderzoek naar de historische temporele variaties in de hydro-climatologische extremen werd in het onderzoek tenslotte de toekomstig verwachte invloed van de antropogene klimaatverandering geanalyseerd. Hiervoor werd gebruik gemaakt van de huidig beschikbare simulatieresultaten met mondiale klimaatmodellen. Omwille van het verschil in ruimtelijke schaal tussen deze resultaten en de hydrologische impactschaal, werd op een klimaatmodelresultaten een statistische neerschaling toegepast. Verschillende neerschalingsmethoden werden hierbij toegepast en vergeleken. Voor het natte seizoen geven de resultaten van deze analyse een daling in de rivierdebieten, dus van de waterbeschikbaarheid. Deze dalingis het gevolg van verminderde neerslag en toenemende evapotranspiratie.De onzekerheden in de impactresultaten van toekomstige klimaatverandering zijn bij elke methode groot, en kunnen nog verder toenemen wanneer meer klimaatmodelsimulaties en neerschalingsmethoden en hydrologische modellen worden toegepast. Ondanks deze grote onzekerheden worden waterbeheerders aangeraden om met deze potentiële impact van de klimaatveranderingrekening te houden, en waterbeheerstrategieën uit te werken die in elk toekomstig scenario effectief zijn.</>
Datum:1 mrt 2010 → 28 nov 2013
Trefwoorden:Nile basin
Disciplines:Andere ingenieurswetenschappen en technologie, Bouwkunde en gebouwentechnologie, Infrastructuur, transport en mobiliteitsingenieurswetenschappen, Andere mechanische en productie ingenieurswetenschappen, Structurele ingenieurskunde, Andere burgerlijke ingenieurswetenschappen en bouwkunde, Geofysica
Project type:PhD project