De Wet op de Communicerende Vaten…. vergeten?

Meer scheve zeespiegelwetenschap (2/2)

De bodem van de zee is grillig, voor de Nederlandse kust is het een relatief gladde zandvlakte, maar elders staan er hele gebergten onder het water. Die enorme verschillen zie je niet aan de zeespiegel: die is relatief egaal omdat het water uitvloeit tot het niveau overal hetzelfde is (‘relatief’ egaal want nogal bultig als gevolg van de wisselende zwaartekracht ). Dat uitvloeien is een gevolg van de Wet op de Communicerende Vaten een natuurwet die voor zo ver we weten rond 500 voor Christus is geformuleerd door de Griek Pythagoras. U vraagt zich wellicht af waarom we u hier mee lastig vallen, want iedereen weet dit toch?

Dat is maar de vraag. Een – tromgeroffel: peer reviewed! – publicatie vol indrukwekkende wiskunde over de stijging van de zeespiegel lijkt deze wet te negeren. Het artikel The causes of sea-level rise since 1900 stond in het prestigieuze Nature en claimt te bewijzen dat de zeespiegelstijging niet overal hetzelfde is. Dit zou dan voornamelijk veroorzaakt worden door regionale verschillen in de toestroom van smeltwater en uitzettend water – allebei het gevolg van een opwarmende aarde! Met 395 citaties onder meer door het IPCC is het een invloedrijk stuk. Maar volgens vliegtuigontwerper ingenieur Evert Jesse klopt het niet omdat auteur Frederikse, die aan de TU-Delft op deze methodiek promoveerde, geen rekening heeft gehouden met die aloude Wet op de Communicerende Vaten.

Een normale reactie hierop zou zijn: dit kan niet, dit is zo basaal, dat soort fouten wordt op dit niveau niet gemaakt. Toch? Ir Evert Jesse heeft zijn kritiek keurig op papier gezet en toegestuurd aan Nature maar dat tijdschrift zegt het te druk te hebben om zich hierover te buigen. Hoofdauteur Frederikse zelf werkt niet mee. Tijd voor een kijkje in De Wetenschap!

Rond 2010 kreeg het ingenieursbureau van vliegtuigontwerper ir. Evert Jesse een overheidsopdracht om de effecten van de luchtvaart op het klimaat te onderzoeken. Zo kwam hij bij de zeespiegelproblematiek en dat onderwerp sprak hem aan:

‘De zeespiegel is heel goed vastgelegd. Er is een uitstekende database van dik 1500 meetstations over de hele wereld. Die kan je gewoon opvragen en dan krijg je de gegevens van de afgelopen 200 jaar of soms ouder. New York gaat 150 jaar terug, Sydney 250 jaar. Lange meetreeksen die een hele strakke stijging van 1,5 mm, 2 mm per jaar laten zien’.

Na zijn pensionering liet de zeespiegeldiscussie hem niet met rust. Hij stortte zich op de claim van Deltares/ KNMI / IPCC dat de zeespiegelstijging in de laatste decennia aan de Nederlandse kusten fors aan het versnellen zou zijn: niet meer 1,8 mm/jaar maar wel 3 mm/jaar! Jesse bekeek de cijfers maar kon geen bevestiging vinden. Zijn verslag hierover staat hier. Dat leverde echter weinig respons op omdat beleidsmakers en wetenschappers alleen reageren op artikelen als ze zijn gepubliceerd in de peer reviewed literatuur. Inmiddels is Jesse’s gelijk niettemin bevestigd dankzij een peer reviewed artikel van waterbouwer dr. ir Hessel Voortman die los van Jesse in een eigen studie tot dezelfde conclusies kwam: die versnelling is er niet en er is ook geen verband met CO₂ of temperatuur. Ik sprak beide heren medio januari online. Hieronder gaat het vooral over het Communicerende Vaten verhaal, met betrekking tot het versnellingsverhaal heb ik een stuk toegevoegd aan Jesse’s eerdere stuk (hier).

Sinds 1993 wordt het wereldwijde zeespiegelniveau via radarsatellieten gemeten. Dat is razend knap, maar die cijfers wijken in veel gevallen af van die van de duizenden peilschalen die al honderden jaren op allerlei plekken in de wereld ook dat niveau bijhouden, in het water of aan de wal.

Er is ook iets merkwaardigs aan de hand met de satellietmetingen: die tonen veranderingen in de zeespiegel die veel sneller gaan dan de normale geologische processen. Er zijn plaatsen waar 6 mm/jaar zeespiegelstijging gemeten wordt, andere plaatsen tonen geen stijging of zelf een daling. Over de 30 jaar dat de waarnemingen lopen zou dit geaccumuleerd moeten zijn tot hoogteverschillen in de orde van decimeters. Aannemende dat het zwaartekrachtsveld in deze periode niet veranderd is suggereren de satellietmetingen derhalve dat het wateroppervlak sinds het begin van de satellietmetingen in toenemende mate – simpel gesteld – minder waterpas is gaan staan.

Nu is dit niet onmogelijk, want er werken naast de zwaartekracht nog meer krachten op het wateroppervlak, maar gegeven de uitdagingen van het meten van de hoogte van de bewegende oceaan, vanaf ruim 1300 km, is het ook niet uit te sluiten dat de satellietmetingen zelf niet goed genoeg zijn om dergelijke verschillen te meten.

Toen kwam het betreffende artikel in Nature waarin Frederikse en zijn coauteurs stellen dat ze dit raadsel opgelost hebben. De verschillen in stijgsnelheid worden verklaard door regionale verschillen in aanvoer en uitzetting van het oceaanwater. Andere processen waren hier niet voor nodig. The science was settled!

Jesse:

“Dit leek mij erg onwaarschijnlijk. Ze hadden een model gemaakt voor de zeespiegelstijging op basis van volumeveranderingen en verschillen in aanvoer en afvoer van water in oceanen: de budgetmethode. Maar omdat volgens de satelliet de zeespiegel op aarde niet overal in hetzelfde tempo stijgt zouden er in de oceanen bij wijze van spreken her en der een soort verdiepingen ontstaan. Met name bij de Filipijnen in de Indische Oceaan leek dat zo. En dan zie je daar dus eigenlijk in één oogopslag dat er in de afgelopen 30 jaar een niveauverschil van ongeveer een decimeter ontstaan zou zijn. Zoiets kan als er een dam om dat gebied ligt, maar in werkelijkheid vloeit het uit over de hele oceaan, dat is wat de Wet van de Communicerende Vaten doet’.

En dit voor de hand liggende effect kon ik niet in hun model vinden. Er werd ook geen onderliggende argumentering gegeven, alleen de correlatie met de satellietmetingen werd als ondersteunend bewijs opgevoerd. Maar nu hebben we een cirkelredenering: satellietmetingen worden gebruikt om een model te valideren, wat moet bewijzen dat de satellietmetingen correct zijn. En dat model blijkt niet aan normale natuurkundige wetten te voldoen.

Ik zat eerst te denken van, hoe kan dit nou? Het is mijn vak niet en zij zijn de experts, maar toen ik inzoomde op hun deelprocessen werd het duidelijk dat hun rekenmodel feitelijk ééndimensionaal is: er wordt wel ontzettend precies uitgerekend hoeveel de zeespiegel ergens stijgt door bijvoorbeeld uitzetting van het zeewater, maar er werd niet uitgerekend wat de consequenties hiervan zouden zijn in termen van stromingen tussen gebieden met verschillende niveaus. Toen heb ik Frederikse zelf aangeschreven. Die reageerde eerst redelijk beleefd met… ja, maar die fout maken leken wel vaker. Maar ik ging er wat dieper op in en het werd stil en toen ik vroeg of ik hem hier nog eens aan mocht herinneren zei hij nee, dat mag niet. Dus hij kapte die discussie af.”

Jesse schreef vervolgens een stuk (hier) en stuurde dat naar Nature.

“Niet peer reviewed, gewoon, jongens dit is fout, jullie hebben hier geen rekening gehouden met de Wet van de Communicerende Vaten. Kijk er even naar met de auteur en de reviewers. Ik kreeg in eerste instantie de reactie dat ze geen tijd hadden en daarna de reactie dat ik zelf maar een artikel moest gaan insturen. Maar ja, dan is het ook maar een mening, als het stuk inderdaad fout is dan zouden ze dat zelf moeten willen corrigeren. Zo niet dan hoor ik dat ook graag natuurlijk.”

Vraag aan de ook bij het gesprek aanwezige waterbouwkundig dr. ir. Hessel Voortman: Heeft Evert een punt?

‘Ik denk het wel. Ik heb het paper van Frederikse gelezen en wat mij dan opvalt, is dat het ontzettend ingewikkelde wiskunde is, waardoor eigenlijk een beetje het zicht ontnomen wordt op wat er nu echt gebeurt in de oceaan. Dus in die zin vind ik het ontzettend knap dat Evert dat eruit haalt, waarschijnlijk heeft hij een punt’.

Volgens Voortman wordt het probleem vooral veroorzaakt doordat Frederikse gewerkt heeft met deelbassins die elk een eigen niveau zouden hebben. Hij vergelijkt het met zijn bedrijfsboekhouding.

“Als ik in mijn bedrijfsboekhouding verschillende rekeningen naast elkaar heb en ik boek over van de één naar de ander, dan gebruik je kruisposten om dat met elkaar in overeenstemming te brengen. Die zeespiegel boekhouding van Frederikse daar zouden kruisposten in moeten zitten. Ja, wat dat betreft is het jammer dat Evert daar toch een beetje tegen een muur lijkt te zijn aangelopen bij een tijdschrift en bij de auteur. Maar ja, dat is helaas tegenwoordig vaak het geval.”

Het gegeven dat de satellietmetingen zoveel verschillen lieten zien tussen regio’s en met peilschaalmetingen, had volgens de beide heren aanleiding moeten zijn om daar kritischer naar te kijken. In plaats daarvan werd er van uitgegaan dat de data van de peilstations juist onbetrouwbaar waren.

Jesse:

“En dus past Frederikse, waar hij de kans krijgt, de getijdemetingen aan door vertical land movement in te voeren, zodat het matcht met de satellietmetingen. Dat extrapoleert hij naar het jaar 1900 met nauwkeurigheden waar ik een beetje de rillingen van krijg. En dan constateert hij dat in 1900 de zeespiegel veel minder steeg dan wij altijd dachten’. ‘Ik heb inmiddels al plaatjes gezien van zeespiegelstijgingen in de historie, die dus 1 millimeter per jaar waren in 1900, 2 millimeter per jaar in 1950, 3 millimeter per jaar in 1990 en 4 millimeter per jaar in 2020. Dat zijn gewoon correcties naar een verwachting moet ik misschien zeggen.”

Hessel Voortman vult aan:

‘Terwijl het maar zeer de vraag is of je de satellietmetingen met de budgetmethoden mag gebruiken. Het is bekend in de Noordzee dat een Noordwestenwind een hoge waterstand kan veroorzaken en dat er dan soms zelfs rampen gebeuren. Zeeland is daar natuurlijk een treurig voorbeeld van. We weten niet precies hoe dat windeffect de satellietmetingen beïnvloedt.’

‘Maar ook op veel grotere schaal speelt wind een rol. El Nino is een wind in de zone van de evenaar, die af en toe van richting verandert. Daarbij treden behalve temperatuursveranderingen ook hele snelle zeespiegel-veranderingenop. Decimetersin een relatief korte tijd, bijvoorbeeld bij de kusten van Zuid -Amerika en van Australië’.

De satellieten die meten dat dan en als jij de balans van het oceaanwater wil vaststellen, dan zou je op een of andere manier die verstoringen door die wind moeten corrigeren. Dat is waanzinnig ingewikkeld. Nogmaals, we hebben het over het sluiten van een waterbalans. Dat blijkt in de praktijk ontzettend moeilijk; zelfs in het IJsselmeer lukt het al niet omdat de daarvoor benodigde metingen onvolledig zijn. Mijn eerste gedachte bij Frederikse’s bewering van dat je de waterbalans van de oceaan zou kunnen sluiten vond ik daarom nogal overmoedig’.