Klimateffekter på vattnets kretslopp

Det är säkert inga nyheter för de flesta av er att den ökande globala medeltemperaturen har lett och kommer att fortsätta leda till glaciärsmältandet, havsnivåstigning och mer frekventa och intensiva extrema händelser såsom översvämningar och stormar (IPCC). Faktum är att hela vattnets kretslopp påverkas av temperaturökningen. Medans vi kan vara säkra om förändringar av vissa delar i vattnets kretslopp (det går liksom inte att förneka hur snabbt den arktiska havsisen försvinner), är andra komponenter mer komplicerade (moln och nederbörd!). Det finns stora regionala skillnader och det kan vara svårt att få fotfäste i vad forskningen är säker på, vilka osäkerheter står kvar och vilka slutsatser som gäller också för Sverige. Jag tänker därför snabbt gå igenom några komponenter i vattnets kretslopp och belysa hur läget ser ut i Sverige.

Så rör sig vatten mellan hav och himmel

Med vattnets kretslopp menar jag förresten allt vatten på jorden i sina olika former (ånga, flytande vatten eller is) i olika reservoarer (älvar och bäckar, glaciärer och snöpack, marken, atmosfären och såklart den allra största: havet). Detta förklaras bäst med ovanstående bilden som även visar de viktigaste processer som krävs för att flytta vatten mellan de olika reservoarer (t. ex. avdunstning från haven, regn för att få ner vattnet från atmosfären och älvar som transporterar vattnet tillbaka till havet). Det är exakt dessa processer som påverkas när det blir varmare och eftersom dessa processer följer grundläggande fysikaliska lagar kan vi inte bara observera att glaciärer smälter, havsnivån stiger, nederbördsmönster förändras…utan vi kan också förstå vad som faktiskt händer. Denna kunskap används i klimatmodeller (i form av matematiska ekvationer) som i sin tur hjälper oss att förstå hur klimatet kommer att förändras i framtiden. Det som är lite lurigt är att många processer i jordsystemet påverkar varandra. Vattnets kretslopp är således inget slutet system. Det betyder också att den antropogena uppvärmningen av atmosfären kan sätta igång flera processer, där inte bara vattnets kretslopp utan hela jordsystemet tappar balansen.

Dry gets drier, wet gets wetter

Ni som läste Martinas fantastiska blogginlägg om väder, klimat och normalvärden , vet redan att vi ser en ökning i Sveriges årsnederbörd: Medans årsnederbörden var ganska konstanta ~600 mm 1920-1980, finns det sedan 1980 nästan inga år med mindre än 600 mm som årsnederbörd. Landets medelvärde för perioden 1980-2019 ligger istället kring 700 mm (SMHI). I det stora kan vi alltså ser att det har blivit blötare trots stora regionala skillnader med en mindre ökning i Södra Sverige jämfört med Norra Sverige (SMHI). De mest moderna klimatmodeller visar dessutom att nederbördet i hela Norra Europa kommer att fortsätta öka: (här kan ni se hur det ser ut för olika emissionsscenarier).

Ofta är klimatresponserna nonlinjära, vilket betyder att inte alla förändringar sker proportionellt till temperaturökningen. Detta är definivt fallet för vattenånga i atmosfären. En anledning till nederbördsökningen är nämligen att en varmare atmosfär kan hålla mer vattenånga, ungefär +7% per grad uppvärmning (fysik-intresserade hänvisas till den så-kallade Clausius-Clapeyron relationen). Martina nämnde också den därpå följande paradoxen att nuvarande regionala nederbördsmönster förstärks: dvs att det blir blötare i regioner med mycket regn (som Nordeuropa) och torrare i regioner med lite regn (Medelhavsregionen) (Jacob et al., 2018). Detta paradigm kallas ofta för “dry-gets-drier, wet-gets-wetter” och är ett etablerat koncept som kan förklara en del av de observerade och förväntade förändringar på global nivå…..men det är inte hela historien.

Förändrade cirkulationsmönster och blocking

En annan viktig komponent i vattenkretsloppet är nämligen transporten av vattenånga i atmosfären genom vindcirkulation. Detta gör nederbördsproblemet mer komplext eftersom det behöver inte nödvändigtvis regna ner på samma plats där det finns en ökning i vattenånga. Sverige påverkas mycket av västvindarna som transporterar vattenånga och stormsystem från Atlanten till Norra Europa. Dessa påverkas i sin tur av den så-kallade nordatlantiska oscillationen som kontrollerar hur klimat här i landet varierar mellan åren (Chen och Hellström, 1999; Busuic et al., 2016). Den globala uppvärmningen håller på att förändra sådana storskaliga vindsystem och oscillationsmönster, som i sin tur kommer att påverka hur fuktigt och regnigt det blir över Sverige. 

Den storskaliga vindcirkulationen kontrollerar dessutom hur ofta vi får stora låg- eller högtryckområden som transporteras/uppstår över Skandinavien (kolla här hur vindarna blåser just nu) och hur länge de stannar kvar över oss. Det händer relativt ofta att ett högtrycktområde helt enkelt stannar över Sverige (såkallad blocking), så att vi får en längre varm och torr period såsom det absolut extrema blocking eventet i 2018 (SMHI). Hur exakt storskaliga vindmönster kommer att förändras är fortfarande en öppen forskningsfråga, men det som vi ser och kommer att se ännu mer i framtiden är att frekvensen av sådana blocking events ökar (SMHI).

Tyngdkraften håller moln i atmosfären…..men inte såå mycket: Konvektion och stormar

Hela dynamiken och rörelser i atmosfären håller alltså på att förändras, vilket påverkar förutsättningar för extremt nederbörd och stormar. En process som är viktigt i detta samband är atmosfärisk konvektion, alltså att luft tvingas upp (t.ex. som följd av uppvärmning vilket är i princip samma som när du kokar pasta) och bilda djupa moln när den kyls ner på vägen upp. Det finns en del studier (t.ex. Berg et al., 2013; Lenderink et al., 2014) som visar att konvektiva regnskurar som kommer från sådana moln ökar i snabbare takt än 7%/C (som påminnelse: det var hur mycket vattenånga förväntas öka).

Min forskning handlar om monsunregn i Sydostasien, där extremt regn (mycket mer extremt vad vi är van vid här!) ofta leder till översvämningar i områden nedströms av de stora bergsområden. En faktor för stormar i detta område är den stora mängden vattenånga som transporteras från oceanen till landet av monsunvindarna. Men vad som till slut leder till att så extrema stormsystem kan bildas kan också beror på väldigt många lokala faktorer. En stor forskningsfråga är således hur mycket av förändringarna i extremt nederbörd kan kopplas till att monsuncirkulationen förstärks eller till mer lokala processer. Precis som i Sverige är det inget avslutat forskningsämne och det är en stor utmaning för forskare att identifiera processer på olika tids- och rumsskalor som påverkar konvektivt nederbörd från stormsystem på en specifik plats.

På global nivå förväntas alltså en ökning i extremt nederbörd. Detta stämmer väl överens med vår fysikalisk förståelse, går tydligt att se i klimatsimulationer (Sillmann, 2013) och har bekräftats genom en hel del observationer (Fischer & Knutti, 2016). I Sverige är trenderna för extremt nederbörd, åskväder och stormar dock inte lika tydliga som i andra delar av världen (SMHI). 

Den försvinnande vårfloden och snötäcket

Det jag inte nämnde innan är att det också finns säsongsskillnader i de flesta vatten-relaterade förändringar. Till exempel ökar Sveriges genomsnittliga nederbörd på vintern till större utsträckning än nederbördet på sommaren (SMHI). Dessutom kommer mer nederbörd i vintern i form av regn istället för snö, vilket betyder att det ytavrinningen (alltså allt vatten i våra älvar men detsamma gäller också för sjöar) påverkas direkt utan nederbörd lagras som snö innan det smälter och rinnar av. Klimateffekter på ytavrinning är därför också lite komplicerade då den påverkas av 1. avdunstning som håller på att öka, speciellt under sommaren (Jacob et al., 2018), 2. snösmältning som börjar tidigare och 3. nederbördsförändringar som är, som sagt, starkast under vintern. Om vi ser en ökning eller minskning i ytavrinning beror på vilken av de nämnda faktorer dominerar, men det är sannolikt att vårfloden kommer att försvinna i vissa regioner i Sverige, helt enkelt som en konsekvens av en ökad ytavrinning under hela vintersäsongen (klimatanpassning.se). Och i de regioner där vårfloden fortfarande syns, är det i alla fall sannolikt att den kommer allt tidigare med åren (SMHI).

I ett varmare klimat förväntas också att snötäcket minska över Norra Europa, trots ökningen i vindernederbördet (Rainsänen och Eklund, 2012; klimatanpassning.se). Observationer i Sverige visar att det finns en stor variation i antalet dagar där en stor del av marken täcks med snö, speciellt i Södra Sverige. Men en kan ändå se att antalet dagar med snötäcke har varit mindre de senaste 20 åren i Norrland jämfört med 1961-1990 (SMHI).

Ytavrinnig Norra Sverige | Julia Kukulies
Snöpack Norra Sverige | Julia Kukulies

Stigande hav

Som en konsekvens av glaciärsmältandet i Arktis och Antarktis såsom den ökande vattenvolymen när havet värms upp, har medelvärdet av havsnivån i Sverige ökat med ca. 25 cm sedan början av 1900-talet (SMHI ). Men havsnivåstigning påverkas av två ytterligare faktorer: 1. landhöjning som är en långtidskonsekvens av istiden och motverkar havsnivåhöjningen, t.ex. vid Höga Kusten (SMHI) och 2. extrema stormar som kan öka havsnivån under en kortare period. Kusten i Södra Sverige är mest utsatt och påverkas i större utsträckning av både havsnivåstigning samt extrema havsnivåer än till exempel kusten vid Norra Östernsjön (SMHI).

Den stora gåtan: Moln

Sammanfattningsvis går det att säga: många förändringar i vattnets kretslopp i Sverige följer det som också observeras i andra regioner med liknande klimat, men ändå så finns många regionala (och säsongs-) skillnader. I SMHIs länsrapporterna går det att läsa mer detaljerad om vilka förändringar som förväntas i din region. Stora delar i Sverige är speciellt känsliga för klimatförändringar, just eftersom snön är en viktig del i nutidens vattenkretslopp här i landet. Medans signalerna i extremt nederbörd och havsnivåstigning är mindre tydliga än i andra delar av världen, har det kunnats observera tydliga förändringar i snötäcke, säsongsnederbörd och torra perioder utan nederbörd. Eftersom förändringarna förväntas blir större i de kommande decennier, kan det ha stora konsekvenser för våra samhällen, t.ex. pga översvämningar, hotfullt extremt väder, men också påverkan på våra vattenresurser som Frida skrev om förra veckan.

Ni har kanske också lagt märke till att många komponenter i vattnets kretslopp är direkt kopplade till nederbörd (snötäcket, ytavrinning, extrem havsnivåstigning, etc). Medans moln och nederbörd har en jävligt stor betydelse i vattnets kretslopp, är det tyvärr också de två komponenter som ger de största osäkerheter i klimatmodeller. Detta för att betydande processer för moln- och stormformation sker på mycket mindre skala än t.ex. de storskaliga västvindar, vilket gör att det är svårare att modellera. Det kräver inte bara fler datorresurser att inkludera sådana små processer i klimatmodeller, utan det är också speciellt svårt att kvantifiera hur storskaliga processer såsom vattentransport i atmosfären interagerar med lokala processer såsom avdunstning (Bony et al., 2015).

Detta betyder dock inte att klimatforskare inte vet någonting alls om klimatförändringarnas effekt på vattenkretsloppet! Som Martina skrev, handlar klimat mycket om statistik, och medans det finns stora osäkerheter i hur mycket komponent x förändras i region y, visar vår förståelse av den bakomliggande fysiken för många processer samt en anmärkningsbar del satellit- och markobservationer att vattnets kretslopp håller redan på att drastiskt förändras. 

Konvektiva moln | Daoudi Aissa, Unsplash
*Obs! Inlägget är byggt på peer-reviewade och flerfaldigt citerade vetenskapliga artiklar såsom SMHIs rapporter av de senaste åren. Det som jag skrev om är dessutom mitt forskningsområde, MEN kom ihåg att forskare inte är allvetande (jag vet, det träffade mig också som en chock när jag började min doktorandtjänst!! ;) ). Med detta sagt vill jag bara påpeka att jag kan ha missat några pusselbitar eller viktiga nya studier. Så alltid bra att fortsätta vara källkritisk och även läsa på mer i de länkade artiklar!

Lämna en kommentar

Fyll i dina uppgifter nedan eller klicka på en ikon för att logga in:

WordPress.com-logga

Du kommenterar med ditt WordPress.com-konto. Logga ut /  Ändra )

Google-foto

Du kommenterar med ditt Google-konto. Logga ut /  Ändra )

Twitter-bild

Du kommenterar med ditt Twitter-konto. Logga ut /  Ändra )

Facebook-foto

Du kommenterar med ditt Facebook-konto. Logga ut /  Ändra )

Ansluter till %s