Cicerone 2-2000 - Geofysisk institutt - Universitetet i Bergen

Cicerone nr 2 2000Regionale klimaendringer under global oppvarmingwwwniluno/regclimMot et isfritt Arktis?Dersom den raske issmeltingen i Arktis fortsetter, vil flerårsisen forsvinne i løpet av detteårhundret. Konsekvensene av et isfritt Arktis vil være spesielt dramatiske for det biologiskemangfoldet.Lars H. Smedsrud og Tore FurevikTykkelsen og utbredelsen til sjøisen i Arktis er avhengig aven fin balanse mellom store energikilder og sluk i hav og atmosfære.Det har derfor lenge vært hevdet at effekten av englobal oppvarming først vil bli synlig i de polare regionenepå jorda. Målinger av sjøisen har i en årrekke vært utført frasatellitter, isbrytere og undervannsbåter. Gjennom mer ennti år har forskerne rapportert om en gradvis minking i isdekket,og i løpet av det siste året er det kommet rapporter somviser at endringene er langt raskere og mer dramatiske ennde fleste har forestilt seg. Spørsmålet reiser seg om endringenei isen er en konsekvens av en global, menneskeskaptoppvarming, eller om endringene er knyttet til naturlig variabilitet.Observasjoner av istykkelse og arealDe første målingene som gav en indikasjon på at istykkelsenminket, ble gjort av engelskmenn. De brukte sonar fra ubå-ter (ekkolodd rettet oppover) og patruljerte under isen nordfor Grønland og i det Eurasiske basseng (figur 1). Observasjoneneble publisert i Nature i 1990 (1), antydet 15% reduksjonfra 1976 til 1987.Arealet av sjøisen måles fra satellitter, siden de kan dekkehele jordas overflate i løpet av et par dager. Satellittene målerlangbølget stråling som jorda sender ut, og kan skillemellom is og vann siden energien som stråler ut fraisoverflaten er langt mindre enn den som vannet stråler ut. Ien artikkel fra 1997 (2), viste forskere ved Nansensenteret iBergen at det siden 1978 hadde vært en reduksjon i isarealetsom tilsvarte 3% per tiår, noe som hovedsakelig skrev segfra mindre is i det Eurasiske basseng i sommerhalvåret.To arbeid har nylig satt fart i spekulasjonene om at isen iArktis kan være i ferd med å forsvinne. Ved å sammenliknesonarmålinger fra perioden 1958 - 1976 med målinger fra1990 årene, viser amerikanske forskere nå at tykkelsen avsjøis har avtatt med mellom 0.9 og 1.2 meter i alle de sen-Fortsetter neste sideD N M IDet norskemeteorologiskeinstituttHavforskningsinstituttetInstitutt forgeofysikkGeofysiskinstituttNansen senter formiljø og fjernmålingNorskinstitutt forluftforskning

20Cicerone nr 2/2000RegClimFigur 1: Kart over Arktis med de dype bassengene og omkringliggende hav. Havdypene erindikert med 500 m ekvidistanse.54321090 o Wa)60 o W120 o WChukchiCap1958 - 19761993 - 1997150 o W30 o WBeaufortSeaBeauforthavetKanadiskeBasseng180 o WChuckchihavetCanadaBasinFigur 2: Gjennomsnittlig sjøistykkelse fra ubåtmålinger fra 1990 årene sammenliknet medmålinger fra en tidligere periode. Tykkelsen er justert til minimum i løpet av året (15.september) ved bruk av en numerisk modell. Fra Rothrock et al. (1999).0 oØstsibirhavetEurasiskeBassengLaptevhavetKarahavetBarentshavetNorthPole150 o E30 o ENansenBasin120 o E60 o E90 o EEasternArctictrale områder av Polhavet (3). Detteinnebærer en reduksjon på 42% fra dengjennomsnittlige tykkelsen på 3.1 m iden første perioden (figur 2), og tilsvarer15% reduksjon i istykkelse pr tiår(3).Siden isoverflaten for førsteårsis(sesongis) er forskjellig fra overflatentil flerårsis (is som har overlevd en ellerflere somre), har det lykkes forskerneved Nansensenteret å skille mellomde to istypene i satellittobservasjonene(4). Resultatene viser atarealet som er dekket av den tykkeflerårsisen har minket mer enn dobbeltså hurtig som arealet av det totale isdekket,og at isvolumet derfor minkerlangt raskere enn isarealet (figur 3).Resultater fra klimamodeller som inkludererobserverte endringer i atmosfærensdrivhusgasser og aerosoler (partikleri atmosfæren), har blitt sammenlignetmed identiske kjøringer der detantropogene bidraget til drivhusgasseneog aerosolene er utelatt. Nylig publiserteresultat viser at de menneskeskapteendringene samsvarer med desom er observert i isarealet (5). I figur4 er isarealet vist i to ulike modeller.Statistisk analyse av endringene i sjøisende siste 40 årene, sammenlignetmed endringer i en kontrollkjøring over5000 år, ga at de observerte endringenemed 99.9% sannsynlighet varmenneskeskapte.Modellering av sjøis er vanskelig (seartikkel av Røed, Cicerone 1/2000), ogdet er langt igjen til modellene beskrivernaturen helt realistisk. Likevel synesdet nå klart at sjøisen er i store forandringer,og at de store globale modelleneklarer å simulere dette.Observasjoner av atmosfærens oghavets klimaEndringene i sjøisen faller sammen medobserverte endringer i atmosfæren oghavet. Studier her kan derfor gi indikasjonerom årsakene til de observerte forandringene.Sammenlignet med den midlere temperaturde siste hundre år, har den globaleoppvarmingen av atmosfæren desiste tiårene økt med 0.2°C pr tiår (seartikkel av Grønås i dette nr av Cicerone).Denne temperatur- økningen errepresentativ for de områder av Arktis

RegClim Cicerone nr 2/200021det finnes målinger fra. Oppvarmingenav luften har vært størst over sentraleområder av Alaska og Sibir.På 1990-tallet faller denne oppvarmingensammen med et sterkerevestavindsbelte i Nord Atlanteren (seartikkel i Cicerone 5/99 av Grønås, omDen nordatlantiske oscillasjon, NAO).Dette bringer mer marine luftmasserinn over Europa, men også inn overBarentshavet, Karahavet ogLaptevhavet (figur 1). Mellom Karahavetog Nordpolen har det i tilleggvært en markant økning i antall syklonerfra 1970 og fram til i dag (6).Dette fører til sterkere og varmere vinderfra sør, som både smelter is pågrunn av ekstra tilførsel av varme, ogforflytter den ut fra kystene og inn iden jevne driften av is kjent som dentranspolare isdriften. Denne isen driverut mellom Spitsbergen og Grønland, ogsørover langs Grønlands østkyst derden gradvis smelter.I takt med den økende vestavindenhar et relativt permanent høytrykk overdet Kanadiske basseng blitt svekket.Dette har ført til en reduksjon i detfremherskende vindfeltet over det Kanadiskebasseng, som til nå har drevetBeaufortvirvelen, en gigantisk sirkulærstrøm som har gjort at oppholdstiden tilisen i denne delen av Arktis har værtmange år. I de senere år har denne virvelenblitt svakere, og sjøisen har hattkortere tid på seg til å vokse.Det er også blitt observert store endringeri havet i løpet av 1990 årene. Idet Europeiske basseng har den delenav vannkolonnen som består av vannfra Atlanterhavet (fra ca 200 til 1000 mdyp), blitt både varmere og grunnere.Sammenlignet med eldre russiske data,har temperaturen i dette atlantiske lagetsteget med mellom 0.1 og 1.2 °C langssokkelskråningen fra Svalbard og østover(7). Denne økningen i temperaturkan synes liten, men den representereren varmemengde som langt overstigerdet som skal til for å smelte all isen iArktis.Over laget av atlantisk vann liggerdet et vannlag som hovedsakelig er enblanding av elvevann og vann som fryserpå de grunne sibirske sokkelområdene.Dette vannlaget ligger somet isolerende teppe mellom sjøisen ogFigur 3: Samlet areal av sjøis i Arktis fra vintrene 1978 til 1998. For hver vinter er månedenenovember til mars vist. Den heltrukne linjen viser trenden, som representerer en minke på610,000km 2 (14% paa de 20 årene). Fra Johannessen et al. (1999).Figur 4: Observertog modellertvariasjon av årligmidlet sjøisareal fra1901 til 1998, ogmodellert isarealfram til 2050. De tomodellene brukerrealistisk pådrag fradrivhusgasser ogaerosoler. FraVinnikov et al.(1999).det varme atlanterhavsvannet under, oghindrer at varmen kommer til overflatenog smelter isen. Målinger som ergjort av amerikanske forskere de sisteårene (8), viser at denne vanntypenmange steder er blitt borte, noe somkan ha bidratt til en mer effektiv smeltingenn normalt i det Eurasiske basseng.Endringene skyldes sannsynligvisat vann fra de store russiske elvene Ob,Yenisey og Lena nå strømmer langskysten lenger østover enn tidligere, ogførst blandes ut i Polhavet i det Kanadiskebasseng. Dette henger sammenmed endringer i den atmosfæriske sirkulasjon.Sentralt i det Kanadiske bassengethar saltinnholdet i overflatelaget blittkraftig redusert fra 1975 til 1997(9,10). Omdannet til ferskvann tilsvarerdette 1.2 meter. Noe av reduksjonen isalt ser ut til å være relatert til en nettosmelting av sjøis i området, men detmeste ser ut til å være ferskere vannsom har strømmet inn i det Kanadiskebasseng som følge av endringene i atmosfæren.I de siste 10 åra har forskere ved

22Cicerone nr 2/2000RegClimNorsk Polarinstitutt gjort målinger avistransporten ut Framstredet, og vedsammenligning med lufttrykket, harmåleserien blitt beregnet tilbake til1950 (11). Denne istransporten er enviktig del av puslespillet omisendringene i Arktis, siden målingenekan gi svar på om endringene er et resultatav smelting i Polhavet, eller omde er et resultat av større transport ut avområdet. Foreløpige resultat viser storevariasjoner fra år til år, men det harikke vært noen generell økning i transporten.Derimot ser det ut til at det harvært en økning i transporten av fersktvann ut av Arktis. Begge deler indikererat issmeltingen foregår internt i Polhavet.Det foreligger nå planer omgrundigere overvåking av is og vanntransportenut Framstredet.Mulige årsaker til forandringeneDe observerte forandringene i sjøisen iPolhavet ser ut til å være et resultat av toprosesser:a) Forskning utført ved Geofysisk institutt,Universitetet i Bergen viser at strømmenav Atlanterhavsvann langs Norskekystenog inn i Polhavet fører mer varmeenn tidligere (12). Mens mengden avvann ser ut til å ha vært relativt konstant,har temperaturen på 1990-tallet vært merenn 1°C over det som er normalt. Dettehar ført til mer issmelting, hovedsakeligi det Eurasiske basseng.b) Endringene i den atmosfæriske sirkulasjoneni Polhavet har flyttet den flerårigeisen ut fra kystene, særlig i det Eurasiskebasseng. På den måten har store områderblitt isfrie om somrene.Selv om mange av de omtalte forandringenei isen og havet kan sporestilbake til atmosfæren i første omgang,finnes det flere selvforsterkende mekanismersom kan gjøre årsakssammenhengermer kompliserte enndet som i første omgang blir antatt. Eksempelvisvil sjøis begrense utvekslingenav varme, fuktighet, og bevegelsesmengdemellom atmosfæren og havet.Minker isdekket, vil refleksjonen avsolinnstrålingen bli redusert, og havetvil motta mer varme. Samtidig vil havettrolig gi fra seg mer varme og fuktighettil atmosfæren. Den økte fluksentil atmosfæren vil påvirke lavtrykkene,vindfelt vil bli endret, og dette kanigjen endre isdekket. Med andre ord vilen endring i en av de tre komponenteneatmosfære, is eller hav, medføre endringeri de andre to.Vårmøte i RegClim , 8. - 9. mai 2000RegClim skal arrangere et seminarpå Thorbjørnrud, Jevnaker 8.-9. mai 2000. På seminaret vilnyere resultater fra prosjektet blipresentert. Flere internasjonalt,fremtredende klimaforskere vildelta på seminaret. Prof. GuyBrasseur, direktør for Max-Planck-Institut (MPI) i Hamburg vil deltaog gi en oversikt over instituttetsaktiviteter innen klimaforskning.Et tilsvarende foredrag vil bliholdt av direktøren av the HadleyCentre i Storbritannia, Prof. AlanThorpe. MPI og Hadley Centre erde to ledende institutter innenklimaforskning i Europa. I tilleggvil to internasjonalt kjente klimaforskere,Prof. Hans von Storch(GKSS) og Dr. Ullrich Cubasch(MPI), delta på møtet. For å styrkedet nordiske samarbeidet innenklimaforskning vil flere forskerefra de nordiske landene delta.Vil issmeltingen i Arktis påvirkeklimaet i Norge?Strømmen av varmt vann fra Atlanterhavetog inn i Norskehavet (Den nordatlantiskestrømmen) fører med seg en varmemengdesom tilsvarer 75 tusen kilowattper innbygger i Norge. Golfstrømmen erden direkte årsaken til det eneståendegunstige klimaet vi har, sammenlignetmed andre områder på tilsvarende bredde.I de senere år har det vært spekulert myei om denne strømmen vil kunne stoppeopp eller til og med snu (se artikkel avFurevik og Grønås i Cicerone 4/99), ogdermed bidra til et langt kaldere klimaenn det som vi opplever i dag.Den nordatlantiske strømmen driveshovedsakelig av tre komponenter; A)Nedsynkningen av vann i nordområdene,B) medrivning fra vann somstrømmer ut fra Polhavet (det som viNye simuleringer(Se figur 2, side 26, Trond Iversen)I Science sitt nummer som komut 24. mars i år, finner vi eninteressant artikkel avDelworth og Knutson. Deforetar fem ulike simuleringer,såkalte klimakjøringer, fra 1865og fram til i dag. De femkjøringene starter fra uliketilstander for klimasystemet.Men ellers er kjøringene like,dvs samme modell og sammedata for økning i klimagasserog partikler i atmosfæren. Defem kjøringene viser alletrender for global temperaturved overflaten som stort settstemmer med observasjoner,men variasjoner over kortereperioder som tiår er ulike frakjøring til kjøring. Det merkeligeer at en av kjøringenestemmer forbausende godtmed observasjonene for heleperioden. Den får med variasjonerslik som det sekundæremaksimum rundt 1940. Seartikkel av Trond Iversen.

RegClim Cicerone nr 2/200023kaller for den Estuarine sirkulasjonen),og C) vindpådraget i Nord Atlanterenog Arktis.Smeltingen av sjøis i Arktis vil sannsynligvisredusere nedsynkningen sidenoverflatelaget vil kunne bliferskere og lettere, og dermed ha størrevansker med å synke ned. Men samtidigvil mindre is i Polhavet kunne føretil en helt annen vertikal blanding herenn det som har vært observert til nå,med det resultat at strømmen av vannut fra Polhavet blir sterkere. For å kompenserefor dette må også transportenav varmt vann mot nord øke. Det erogså usikkert hvordan atmosfæren vilsvare på endringene i sjøisen og havet.Vintrene og vanntemperaturene vi harobservert de siste 10-årene viser i allefall ingen tegn til en svekket varmetransportmot nord, snarere tvert imot.Det er derfor ikke noen selvfølgeligsammenheng mellom mindre is i Arktisog en svakere nordatlantisk strøm. Dettrengs gode numeriske modeller avprosessene i Arktis for å sannsynliggjørehvilke av effektene som vil væresterkest. Slike studier er en del avmodelleringsaktiviteten i programmetRegClim, der utviklingen i Nord Atlanterenog Arktis vil bli studert ved hjelpav globale modeller som kopler is, hav,og atmosfære. Oppløsningen i modellenekan variere geografisk, slik at detvil være mulig å gjennomføre relativtlange kjøringer, og samtidig ha et høyoppløseligfokus på Nord Atlanteren ogArktis.Går vi mot et isfritt Arktis?Det er fortsatt for tidlig å si med sikkerhetat endringene som er observert i Arktisskyldes en menneskeskapt oppvarming,men alt peker på at dette er tilfelle. Detsom er helt sikkert, er at dersom trendeni isareal og istykkelse ikke snart flater ut,vil flerårsisen i Arktis være borte i løpetav inneværende århundre. Det vil si athele Arktis vil være isfritt i sommerhalvåret.Et isfritt Arktis vil ha dramatiskekonsekvenser for alt vi kjenner av Arktiskdyreliv. Tenk bare på det rike biologiskemangfoldet vi nå har nær iskanten,der isbjørn, sel og hvalross tronerøverst i næringskjeden. De vil allesannsynligvis få et vanskeligere liv i etisfritt Arktis.Samtidig vil et isfritt Arktis kunnereise en rekke økonomiske spørsmål.Den eldgamle drømmen om direkteskipsruter mellom Europa og Asia viaPolhavet, vil kunne bli realisert. Nyeoljefelt som nå er dekket av is kankomme til å bli avdekket på sokkelområdene.Nye rike fiskeområder kankomme til å oppstå, mens andre kanmiste sin rikdom.Referanser:(1) Wadhams, P.,Evidence for thinningof the ice cover north of Greenland (1990),Nature, 345, 795 - 797.(2) Bjørgo, E. Johannessen, O. M. ogMiles, M. (1997), Analysis of mergedSMMR-SSMI time series of Arctic andAntarctic sea ice parameters 1978-1995,Geophysical Research Letters 24, 4, 413-416.(3) Rothrock, D. A. Yu, Y. og Maykut, G.A. (1999), Thinning of the Arctic Sea-IceCover, Geophysical Research Letters 26,23, 3469-3472.(4) Johannessen, O. M. Shalina, E. V. ogMiles, M. (1999), Satellite Evidence foran Arctic Sea Ice Cover in Transformation,Science, 286, 1937-1939.(5) Vinnikov, K.Y., Robock, A., Stouffer,R.J., Walsh, J.E., Parkinson, C.L.,Cavalieri, D.J., Mitchell, J.F.B, Garrett,D. og Zakharov, V.F. (1999), Globalwarming and Northern Hemisphere SeaIce Extent, Science 286, 1934-1937.(6) Maslanik, J. A. Serreze, M. C. ogBarry, R. G. (1996), Recent decrease inArctic summer ice cover and linkages toatmospheric circulation anomalies,Geophysical Research Letters 23, 1677 -1680.(7) Grotefendt, K. Logemann, K.Quadfasel, D. og Ronski, S. (1998), Is theArctic warming ?, Journal of GeophysicalResearch 103, C 12, 27,679-27,687.(8) Steele, M. & Boyd, T. (1998), Retreatof the cold halocline layer in the ArcticOcean, Journal of Geophysical Research103, C5 , 10419-10435.(9) McPhee, M. G. Stanton, T. P. Morison,J. H. & Martinson, D. G. (1998),Freshening of the upper ocean in theArctic: Is perennial sea ice disappearing?,Geophysical Research Letters 25, 10,1729-1732.(10) MacDonald, R.W., Carmack, E.C.& McLaughlin, F.A. (1999), Connectionsamong ice, runoff and atmosphericforcing in the Beaufort Gyre, GeophysicalResearch Letters 26 ,15, 2223-2226.(11) Vinje, T. Nordlund, N. & Kvambekk,Å. (1998), Monitoring ice thicknessin Fram Strait, Journal of GeophysicalResearch 103, 10.437 - 10.449.(12) Furevik, T. (2000), Annual andinterannual variability of Atlantic Watertemperatures in the Norwegian andBarents Seas: 1980-1996. Deep Sea Res.,submitted.Lars Henrik Smedsrud (larsh@gfi.uib.no) disputerte for doktorgraden i mars ved Geofysiskinstitutt, Universitetet i Bergen. Temaet var for arbeidet var innfrysning av sedimenter i sjøis i Arktis.Tore Furevik (tore.furevik@gfi.uib.no) er forsker i RegClim og arbeider med å koble en globalatmosfæremodell med en global havmodell. Han har 50% stilling ved Geofysisk Institutt, Universitetet iBergen, og 50% stilling ved Nansen Senter for miljø og fjernmåling.