Tänkbar klimatförändring i Norden under perioden

Tänkbar klimatförändring i Norden under perioden 19612100. Erik Kjellström, Rossby Centre, SMHI 2006-02-02

Bakgrund Nedan presenteras tänkbara scenarier för klimatförändringar i Norden på 50-100 års sikt. Det presenterade materialet baseras på klimatsimuleringar gjorda med regionala klimatmodeller vid Rossby Centre vid SMHI (den nationella vädertjänsten i Sverige) om inte annat anges. Mer att läsa om dessa simuleringar finns bl. a. i AMBIO (2004) samt på SMHIs hemsida (www.smhi.se, gå vidare till forskning, Rossby Centre, Climate Scenario Graphics). Liknande beräkningar har också gjorts vid de nationella vädertjänsterna i Danmark (DMI) och Norge (Met.No., under programmet RegClim). Materialet i det här dokumentet är avsett att utgöra en grund för projektet ”Klimatförändringar – påverkan på väghållningen” som genomförs av Nordisk Vejteknisk Forbund under tiden 2004-2008. I texten tas först upp en allmän beskrivning av klimatfrågan, främst ur ett globalt perspektiv. Mycket av det som står där sammanfattar en del viktiga slutsatser ur FNs klimatpanels tredje rapport som utkom 2001 (IPCC, 2001). En mer utförlig text om klimatfrågan finns exv. i Bernes, 2003. Baserat på scenarier för framtida utsläpp använda i IPCCs rapport presenteras därefter mer detaljerade resultat för Europa med fokus på de nordiska länderna.

Klimatet förändras – globalt och regionalt Under det senaste seklet har den globala medeltemperaturen ökat med 0.8 grader. Sett i ett längre perspektiv verkar det som om det senaste decenniet är det varmaste under de senaste tusen åren. Temperaturökningen har varit särskilt snabb under de senaste decennierna med 0.6 graders ökning sen 1970-talet. Dagens klimatmodeller kan förklara den snabba uppvärmningen om de inkluderar effekten av ökad koncentration av växthusgaser i atmosfären men inte om den effekten exkluderas. Fortsatt ökning av halten av växthusgaser i atmosfären, främst p.g.a. framtida användande av fossila bränslen, förväntas leda till ännu högre uppvärmning. Eftersom det är svårt att med exakthet säga något om hur mycket fossila bränslen som kommer att användas har FNs klimatpanel (IPCC – Intergovernmental Panel on Climate Change) tagit fram en rad utsläppsscenarier (Nakićenović et al., 2000). Bakom dessa ligger antaganden om bland annat befolkningstillväxt, teknikutveckling, typ av framtida handelsutbyte mellan regioner mm. I scenarierna tas inte hänsyn till aktiva försök att minska koldioxidutsläppen (som exv. Kyotoprotokollet). Alla dessa scenarier leder till ökad koldioxidhalt i atmosfären i framtiden.

1

Med hjälp av de ovan nämnda utsläppsscenarierna kan man räkna ut hur klimatsystemet svarar på den förväntade haltökningarna. Eftersom olika modeller skiljer sig åt i hur de beskriver olika delar av klimatsystemet ger de lite olika resultat. Beräkningar med ett antal globala klimatmodeller och tillgängliga utsläppsscenarier ger att den globala medeltemperaturen kan stiga med ytterligare 1.4-5.8 grader till slutet av det här seklet jämfört med 1990 års nivå för att senare öka ytterligare (Cubasch et al., 2001). Det är alltså frågan om ett stort intervall med värden som startar ungefär vid det dubbla jämfört med vad som hänt det senaste århundradet. Klimatmodellerna visar att den förväntade uppvärmningen inte ser likadan ut över hela jordklotet. Det finns stora regionala skillnader med den största förväntade temperaturökningen över den Arktiska havsbassängen samt de nordligaste delarna av norra halvklotets kontinenter. Allmänt ser uppvärmningen ut att bli som störst över kontinenterna och minst över haven. Även det hydrologiska kretsloppet förändras i scenarierna. Generellt får redan i dagens klimat nederbördsrika områden ännu mer nederbörd medan torra områden ser ut att få ännu mindre nederbörd. De här typerna av regionala skillnader kommer i högsta grad att påverka utvecklingen även i Norden som ligger i gränszonen mellan det maritima klimatet över Nordatlanten och det kontinentala klimatet i det inre av den eurasiska kontinenten.

Klimatet förändras – detaljerade studier för Europa och Norden För att studera klimatförändringen i mer detalj än vad som är möjligt i en global modell har man bl. a. vid SMHI, DMI och Met.No. använt regionala klimatmodeller. Principen för dessa är att man väljer ut ett område man vill fokusera på, i det här fallet Europa, och matar modellen med information från en global modell vid områdets kanter. I det inre av området räknar modellen ut väderuvecklingen. I de modeller som använts ligger den horisontella upplösningen vanligen på 50 gånger 50 kilometer. För varje sådant 2500 kvadratkilometer stort område finns alltså beräkningar av olika klimatvariabler. För Nordens del täcks alltså exempelvis Sverige in av ca 200 sådana områden (gridrutor i modellen), Island av ett 30-tal, medan Färöarna representeras av delar av ett par gridrutor som mestadels består av hav. De scenarier som presenteras nedan baseras på globala simuleringar med två olika modeller under två olika utsläppsscenarier och täcker på så sätt in en del av det osäkerhetsintervall som finns. Totalt ger de regionala scenarierna, som är framtagna vid Rossby Centre på SMHI, alltså fyra tänkbara utvecklingar av klimatet i Europa. De två globala modellerna kommer från Hadley Center i Storbritannien och Max-Planck-Institutet för Meteorologi i Tyskland. Utsläppsscenarierna som använts är de så kallade A2- och B2-scenarierna från FNs klimatpanel, där A2-scenariet beskriver en större ökning av växthusgashalterna än B2scenariet. Dessa kombinationer av globala modeller och utsläppsscenarier ger en uppvärmning av 2.5 respektive 3.5 grader till slutet av seklet. De representerar alltså inte hela det intervall som ges i IPCCs rapport (1.4-5.8 grader, se ovan) vilket i sin tur inte täcker in alla möjliga framtida utvecklingar. De flesta scenarier för Europa och Norden har körts för två olika tidsperioder, dels en kontrollperiod i slutet av 1900-talet (vanligen 1961-1990) samt en period i ett framtida klimat (vanligen 2071-2100). Klimatförändringen beräknas som skillnaden mellan de två perioderna. Det finns också några nyligen framtagna regionala scenarier som visar på en kontinuerlig förändring för hela tidsperioden 1961-2100. Mer detaljerad information finns att hämta från Räisänen et al. (2004) för de fyra scenarierna för 2071-2100 och från Kjellström et al. (2005) för de två som täcker in hela perioden 1961-2100.

2

Framtida förändring i Nordens klimat Oavsett vilket scenario man väljer ger modellerna likartade resultat för den geografiska fördelningen av temperaturförändringen även om storleken på förändringen skiljer mellan de olika scenarierna. Beräkningarna visar på den största ökningen i öster under vintern och i södra Europa under sommaren, se Figur 1. För Nordens del beräknas den största förändringen alltså inträffa under vintern och då särskilt i Finland. Under sommaren är den förväntade förändringen som störst i Sydsverige. För Islands del är uppvärmningen mindre än över det Nordiska fastlandet i öster och mer jämnt fördelad över året.

Figur 1. Beräknad förändring i temperaturen i tvåmetersnivån för vintermånaderna (övre delfigurerna) och sommarmånaderna (nedre delfigurerna). Till vänster visas det av Rossby Centres scenarier som ger störst förändring och till höger det som ger minst förändring.

3

Skillnaderna mellan de olika scenarierna är större när det gäller nederbörden, Figur 2. I grova drag ger modellerna en ökning av nederbörden längst i norr och en minskning längst i söder. Gränsen mellan ökning och minskning skiljer sig mellan både scenarier och årstider. Under vintermånaderna ger simuleringarna mer nederbörd i stora delar av Europa inklusive Norden. Som de två övre delfigurerna i Figur 2 visar så är det dock rätt stora regionala skillnader mellan de två, särskilt för delar av Norges Atlantkust samt västra delarna av Island. I dessa områden sker nästan inga förändringar, eller till och med en liten minskning i det ena scenariet medan man i det andra scenariet ser en stor nederbördsökning längs med hela Norges Atlantkust. De här skillnaderna beror på hur de globala modellerna simulerar den storskaliga strömningen i området. Exemplet visar på hur viktig den storskaliga strömningen är för det regionala klimatet i ett område. Under sommaren ger alla scenarierna en minskning av nederbörden i södra delen av Skandinavien.

Figur 2. Beräknad förändring i nederbörd för vintermånaderna (övre delfigurerna) och sommarmånaderna (nedre delfigurerna). Till vänster visas det av Rossby Centres scenarier som ger störst förändring och till höger det som ger minst förändring.

4

Vintertid är en stor del av Norden snötäckt under långa perioder. I ett framtida varmare klimat förväntas snötäcket minska i utbredning och snösäsongens längd bli kortare, med både tidigare snösmältning på våren och senare snöläggning på hösten. Senare isläggning och tidigare issmältning gäller även för sjö- och havsis i området. Figur 3 visar förändringen i snötäckets utbredning under vintermånaderna (december-februari) över det Nordiska fastlandet i två scenarier i slutet av seklet. De största procentuella förändringarna fås i de södra delarna av Norden där heltäckande snötäcke mer eller mindre helt kommer att försvinna. Även på Island kan man räkna med kraftig minskning av snötäckets utbredning här betraktad i termer av snöns vatteninnehåll under vintern, Figur 3. För Island är det uppenbart att modellerna med den nu aktuella upplösningen inte klarar av att simulera alla detaljer i topografin. Ur simuleringarna framgår ändå tydligt att minskningen av snötäckets utbredning och snöns vatteninnehåll är störst (i relativa termer) där det finns lite snö idag (i modellen närmast kusterna). I områden med mycket snö är de relativa minskningarna mindre men i absoluta termer ändå kraftiga.

Figur 3. Figurerna visar beräknade förändringar under vintermånaderna (decemberfebruari) i två scenarier för tidsperioden 2071-2100 jämfört med kontrollklimatet 1961-1990. Till vänster visas förändring i snötäckets utbredning i procent. Till höger(för Island) visas förändring av snöns vatteninnehåll i procent. Beräkningarna för Island är gjorda inom det norska REGCLIM-programmet (data har tagits från PRUDENCE-projektets hemsida, se länktips nedan). När det gäller vindklimatet så ger de olika scenarierna olika resultat främst beroende på vilken global modell som används. I det ena fallet, med den tyska modellen som underlag, fås en kraftig vindökning under hela vinterhalvåret i hela Nordeuropa. Använder man istället den brittiska modellen som underlag fås endast små förändringar i vindklimatet.

5

Förändring i variabilitet och extremer Klimatet beskrivs inte enbart i termer av medelvärden utan också i avvikelser från dessa. Enstaka extrema väderhändelser som stormar eller mycket kraftig nederbörd är exempel på stora avvikelser från medelvärdena. Långvariga perioder, där varje dag inte nödvändigtvis uppvisar extremt väder, kan sammantaget bli extrema och ge upphov till extrema situationer som exempelvis utbredd torka. När man beskriver klimatförändringen måste man alltså också ta hänsyn till hur dessa typer av variabilitet förändras. I takt med att medeltemperaturen förväntas öka kommer också temperaturextremerna att förändras. Den stora temperaturökningen under vintern, som delvis är förknippad med att snötäcket minskar, är allra störst för de riktigt kalla vinterdagarna, se Figur 4. Under sommaren råder omvända förhållanden då det i södra Skandinavien är de varma extremerna som ökar mest. I norra delarna av Norden och på Island ser det ut som om temperaturökningen under sommaren är mer jämnt fördelad över både varma och kalla dagar.

Figur 4. Frekvensfördelning av dygnsmedeltemperatur i kontrollklimatet (1961-1990, gråa staplar) och i ett framtida scenario (2071-2100, röda staplar). De övre figurerna visar förhållandena under vintermånaderna (december-februari) och de undre förhållandena under sommarmånaderna (juni-augusti). Till vänster visas förhållandena i mellersta Sverige (i närheten av Östersund) och till höger förhållandena i sydligaste Sverige (i närheten av Lund).

6

Även när det gäller nederbörden ser det ut att bli förändringar i variabiliteten. Scenarierna visar på inte bara mer nederbörd utan också mer intensiv nederbörd. Detta gäller för alla delar av Norden och alla säsonger. Detta alltså även i de delar av södra Skandinavien där den totala nederbörden ser ut att minska under sommarmånaderna. I de områdena kan alltså torrperioderna bli vanligare och längre samtidigt som skyfallen väntas öka i intensitet. När det gäller vinden så ger scenarierna ungefär samma förändring i den maximala vindhastigheten som i medelvinden.

Klimat i förändring Hittills har enbart scenarier för slutet av seklet berörts. Alla dessa visar på stora förändringar i flera viktiga klimatvariabler. För att svara på frågor som ”hur fort kommer dessa förändringar att märkas?” och ”Sker förändringen gradvis eller i större språng?” avslutas texten med några exempel för Sverige från ett par simuleringar som täcker in hela perioden 1961-2100. I Figur 5 visas hur beräknad årsmedeltemperatur och årsnederbörd förändras under de 140 åren i två olika scenarier (samma tyska globala modell som ovan med utsläppscenarierna A2 och B2). Variationerna mellan åren är stor, i dagens observerade temperaturklimat varierar årsmedelvärdena med ± 2 grader i förhållande till medelvärdet. Man kan tydligt se hur temperaturen ökar för att snabbt komma utanför det intervallet. De varmaste åren kommer utanför det intervallet redan i början av detta århundradet, i slutet av århundradet finns nästan inga år som ligger inom dagens intervall. När det gäller nederbörden är det ännu större variationer mellan åren och ökningen sker inte helt linjärt. Till exempel i A2-scenariet så ökar nederbörden kraftigt under perioderna 1970-2000 och 2040-2060 för att i andra perioder inte ändras nämnvärt. Det här, lite mer språngvisa beteendet, beror på variabilitet i modellerna (liksom i det observerade klimatet). En annan simulering skulle under samma utsläppsscenario kunna uppvisa ett liknande mönster fast med ökningen under ett par andra decennier. Det är alltså viktigt att komma ihåg att det rör sig om tänkbara utvecklingar och inte några exakta prognoser gällande från ett år till nästa.

Figur 5. Förändring i Sveriges årsmedeltemperatur (vänster) och årsnederbörd (höger) i förhållande till medelvärdet för perioden 1961-1990. De röda (A2) och blåa (B2) linjerna är från två olika scenarier. Det gråa området för de sista 30 åren visar motsvarande data från de fyra scenarier från Rossby Centre som diskuteras tidigare i texten.

7

Referenser Ambio, 2004, Special issue on Swedish Regional Climate Modeling Programme. Vol. 33. Bernes, C., 2003. En varmare värld. Monitor 18, Naturvårdsverket, Stockholm, Sverige. Cubasch, U., Meehl, G.A., Boer, G.J., Stouffer, R.J., Dix, M., Noda, A., Senior, C.A., Raper, S. and Yap, K.S. 2001. Projections of future climate change. In: Climate Change 2001: The Scientific Basis. Contribution of Working Group I to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Houghton, J.T., Ding, Y., Griggs, D.J., Noguer, M., van der Linden, P.J., Dai, K., Maskell, K. and Johnson, C.A. (eds). Cambridge University Press, Cambridge, U.K., 881pp. IPCC, Climate Change 2001: The Scientific Basis. Contribution of Working Group I to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Houghton, J.T., Ding, Y., Griggs, D.J., Noguer, M., van der Linden, P.J., Dai, K., Maskell, K. and Johnson, C.A. (eds). Cambridge University Press, Cambridge, U.K., 881pp. Kjellström, E., Bärring, L., Gollvik, S., Hansson, U., Jones, C., Samuelsson, P., Rummukainen, M., Ullerstig, A., Willén U. and Wyser, K., 2005. A 140-year simulation of European climate with the new version of the Rossby Centre regional atmospheric climate model (RCA3). Reports Meteorology and Climatology, 108, SMHI, SE-60176 Norrköping, Sweden, XX pp. Nakićenović, N., Alcamo, J., Davis, G., de Vries, B., Fenhann, J., Gaffin, S., Gregory, K., Grübler, A., et al., 2000. Emission scenarios. A Special Report of Working Group III of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, 599 pp. Räisänen, J., U. Hansson, A. Ullerstig, R. Döscher, L.P. Graham, C. Jones, H.E.M. Meier, P. Samuelsson, U. Willén, 2004. European climate in the late 21st century: regional simulations with two driving global models and two forcing scenarios. Clim. Dyn., 22, 13-31.

Några länktips för vidare läsning http://www.smhi.se http://regclim.met.no/ http://prudence.dmi.dk/ http://www.ipcc.ch

gå in under klimat och vidare till klimatet förändras

8