Vær, ekstremvær og klima på Naturfag 2

Studenter på taket av geofysisk institutt
Fra tårnet på geofysen i Bergen. Jan Asle Olseth forklarer hvordan instrumentene fungerer

Kunnskapen om været og de store sirkulasjonssystemene i hav og atmosfære er grunnlaget for klimaforskningen.

Derfor er det naturlig å starte kursdagene om geofysikk og klima med den bergenske meteorologiskolen. Vilhelm Bjerknes var foregangsmannen og grunnleggeren av den moderne værmeldingen. Hans idé var at det måtte være mulig å regne ut værbanene basert på observasjoner av trykk, temperatur og andre variabler i atmosfæren. Professor Jan Asle Olseth forteller historien til Bjerknes og utviklingen av værmeldingstjenesten. På taket av den staselige bygningen ‘Geofysen’ ser vi hvordan observasjonene blir gjort i dag; finstilte instrumenter måler stråling, vind, nedbør og luftkvalitet.

‘Geofysen’ i Bergen er en ærværdig bygning, som rommer mye historie. I foajeen er utstilt instrumenter fra geofysikken og oseanografiens historie.

Med yr.no er værvarselet tatt mange skritt videre. Andreas Doksæter Sivle er ansvarlig for yr, fra Meteorologisk institutt. Etter at meteorologisk institutt friga alle meteorologiske data, har det vært mulig å utgi et gratis værvarsel, også med observasjoner fritt tilgjengelig på nettet. Yr har nå 10 millioner brukere hver uke. Formålet med varslene er i første rekke å verne liv, helse og eiendom. Varslene er så lokale og detaljerte som mulig. Yr tar hensyn til lokale målinger og tilbakemeldinger om gjentatte feil, som at topografien skaper en kuldegrop der det alltid er lavere temperatur enn varselet sier. Presentasjonen på nettsiden er under stadig utvikling. Bruken av symboler, og hvordan folk forstår og bruker tegnene, er viktig å forstå.

Med den store mengden tilgjengelige data, fremstilt i tabeller og grafer, er yr en god kilde for undervisning. Elevene får et oppdatert datasett om virkelige prosesser som betyr noe for dem.

Forelesning med power point
Professor Asgeir Sorteberg underviser om sikrkulasjon i atmosfæren

Professor Asgeir Sorteberg går nærmere inn på prosessene, også de som styrer klimautviklingen.

Observasjoner er grunnlaget for beregninger og klimamodeller. Fra 1880 av har vi sikre og tilstrekkelig mange observasjoner. Dagens normalverdier er målingene 1960-1990, fra 2020 blir 1990-2020 normalen.

FNs klimapanel angir ulike scenarier for klimautviklingen frem mot 2100, det vi kaller ‘baner’. banene er benevnt med hvor stort ekstra energipådrag per kvadratmeter som ligger til grunn for klimamodellene. RCP (representative Concentration Pathway) 8,6 er ‘verste tilfelle’ og viser utviklingen dersom vi får 8,5 Watt ekstra energi reflektert ned på jorden, per kvadratmeter. Om dette skulle slå til, at det ikke blir reduksjon i utslippene i det hele tatt, kan vi få 4,5 grader høyere gjennomsnittstemperatur i år 2100. 1,5-gradersmålet krever altså at utslippene blir drastisk redusert.

Temperaturøkningen er ujevnt fordelt. Økningen blir større over land enn over havområdene.

Studenter ved floodplainmodell
Flommodellen gir mulighet for å studere virkningen av nedbør på ulike overflater. Asgeir Sorteberg viser.

Oppvarmingen får mange konsekvenser. Varmere hav gir mer fordamping – som gir mer regn. 4 grader oppvarming kan gi mer enn 30% mer regn i Sibir og Afrika, mens det blir mindre nedbør i USA og Sør-Amerika. Subtropiske strøk blir tørrere, og den subtropiske sonen blir bredere. I praksis gir dette utslag som at landene nord for Middelhavet opplever tørke og ekstremvarme. Endringer i den atmosfæriske sirkulasjonen fører til endringer i stormbanene. Vi får tilført varm og fuktig luft over Nord-Atlanteren. Det er en tydelig økning i nedbøren i Norge fra 1980 og fremover. Antall dager med ekstremnrdbør kan bli bortimot doblet i 2100. Mer av nedbøren kommer som regn, på Vestlandet kan skiføre bli helt vekke om utslippene fortsetter. Mer ekstremvær har mange konsekvenser, som økt forekomst av skred og flom. Nivåer som nå blir regnet som 200-årsflommer nå, kan bli 50-årsflommer fremover.

Sorteberg går videre til å forklare hvordan klimamodellene bygges opp, og hvilke faktorer som påvirker utviklingen. Forskerne regner med prosesser i

  • atmosfæren
  • hydrosfæren
  • biosfæren
  • litosfæren

Man regner altså inn endringer i hav, luft, jord, og vegetasjon. Det er laget omkring 20 globale klimamodeller, Nor-Esm er utviklet i Norge. For å skjønne klimamodellene må vi forstå:

  • Drivhuseffekten
  • Eksterne pådrivere
  • Tilbakekoblingsmekanismer
  • Interne variasjoner

Energien som varmer opp bakken, direkte fra solen er 165 W/m2. Dette skulle gi en gjennomsnittstemperatur på -18 grader på jorden, om vi ikke hadde drivhuseffekten. Regner vi med reflektert solstråling, tilbake til bakken, er energimengden 324 W, som gir oss temperaturen vi har i dag. Temperaturen har variert over tid, det var 3.4 grader kaldere under siste istid. 4 grader oppvarming har tatt 10000 år – nå ser vi en mye, mye raskere temperaturøkning. Fra 1750 har energipådrivet økt med 2,5W/m2. Skal vi beregne virkningene av slike endringer, må vi også ta i betraktning tilbakekoblingmekanismene. De kan være positive eller negative, altså øke eller senke effekten. Eksempel er skydannelse: økt drivhuseffekt fører til mer fordamping, som gir flere og tettere skyer, som øker effekten. Issmelting virker på samme måten: mindre hvit overflate gir lavere albedoeffekt, som gir mer oppvarming.

Pådrivene og tilbakekoblingmekanismene er lagt inn i en enkel øvingsutgave av en klimamodell, kalt Twobox. På kursdagen kunne deltakerne skru av og på, eller øke virkningen, av mekanismene – og se hvor temperaturen ender opp i 2100.

Professor Helge Drange går nærmere inn på mekanismene i hav og atmosfære, og viser virkningen global oppvarming vil få.

Den thermohaline sirkulasjonen styrer havstrømmene: kaldt vann synker ned, varmt vann stiger opp, tilsvarende for tungt salt vann, og lettere ferskt vann. I Atlanterhavet og Stillehavet virker strømmene ulikt, Atlanterhavet er trangere, og er i tillegg åpent mor Nordishavet.

Studenter blander varmt og kaldt farget vann i en plastboks
Et hav i en skål – varmt rødt vann og kaldt blått vann møtes

Vannet har en enorm varmekapasitet. Det skal 4000 ganger mer energi til å varme opp vann, sammenlignet med luft. Det vil si at svært mye av den ekstra energien – 90% -vi får tilført, blir tatt opp og lagret i havet. Den gode nyheten er da at temperaturøkningen blir bufret – den dårlige er at havet vil gi tilbake varme til luften i lang tid etter at pådrivet på grunn av økt drivhuseffekt eventuelt stanser.

Glass med isbiter som smelter, farget røde og blå
Is smelter ulikt i ferskvann og saltvann. et enkelt forsøk kan hjelpe elevene til å forstå ,er av den thermohalinske sirkulasjonen

Et varmere hav er også et ‘større’ hav. vann utvider seg når det blir varmt, og vi ser nå en havnivåstigning på 3 mm i året. Landhevingen virker andre veien, men vi kan likevel få en halv meter høyere middelvannstand mot slutten av århundret. Flo, fjære og stormfloer vil da svinge omkring et høyere middelnivå, og gi større skadevirkninger.

Jordrotasjonen er ‘motoren’ i de store værsystemene. På den nordlige halvkule blir all bevegelse bøyd av mot høyre, i sør mot venstre. Denne mekanismen gir retning og styrke til havstrømmer, og til lav- og høytrykkene. I kombinasjon med den thermohaline sirkulasjonen får vi værsystemene vi kjenner – med stadige lavtrykk til Vestlandet, tyfoner, orkaner og sykloner i subtropene. Ved hjelp av øvelser og modeller viser Drange de grunnleggende mekanismene – sirkulasjon, varmekapasitet og avbøyende strømmer. Et roterende bord med vannkar gir mulighet for å vise hvordan strømmer gir sirkelbevegelse mot høyre, og hvordan lavtrykk oppstår og roterer mot klokken på vår halvkule.

Helge Dranges roterende bord gir et godt bilde av sirkulasjonen på den nordlige halvkule

Geofysisk institutt og Bjerknessenteret har tilrettelagt en stort datamateriale til fri bruk – grafer, animasjoner og datasett – til fri bruk i skoleverket. Kursdagene har vist mange innfallsvinkler og problemstillinger som er egnet for naturfaglig undervisning.