Bjerknessenteret for klimaforskning er et samarbeid mellom Universitetet i Bergen, NORCE, Nansensenteret og Havforskningsinstituttet.
Tropiske sykloner, orkaner og stormer og er lavtrykk som dannes i tropiske havområder. For at man skal kunne kalle uværet en tropisk orkan, må vindhastigheten være som i en hver orkan, altså minst 32,7 meter per sekund.
Mens lavtrykkene i vår del av verden dannes på grunn av store temperaturforskjeller ved polarfronten, får tropiske sykloner energi fra vanndamp.
Forutsetninger for at tropiske sykloner skal kunne dannes:
Tropiske sykloner dør ut når de mister tilgangen til drivstoff – vanndamp. Det kan skje fordi de kommer innover land eller fordi de kommer innover kaldere hav.
Kartet over viser banene til alle tropiske sykloner registrert i perioden 1985–2005. Slike lavtrykk dannes i tropene, men vi kan se at de også beveger seg nordover i Stillehavet og Atlanterhavet og sørover i Stillehavet og i Indiahavet. Når de kommer langt utenfor tropene, mister de imidlertid den strukturen som kjennetegner tropiske sykloner.
I tropene beveger værsystemene seg vanligvis vestover. Derfor har sykloner i de to klyngene på kartet – i det vestlige og østlige Stillehavet – svært ulike konsekvenser. Syklonene som dannes øst i Stillehavet driver utover i havet og treffer ganske sjelden land. De som dannes vest i Stillehavet treffer kysten, inkludert Japan, Kina, Vietnam og særlig Filippinene.
I Bengalbukten er det ikke like mange tropiske sykloner, men de kan gjøre uforholdsmessig stor skade. For det første bor det svært mange mennesker i dette området. For det andre ligger landområdene innerst i bukten, i elvedeltaet til Ganges og Brahmaputra, svært lavt. Dermed kan stormbølger oversvømme store områder, særlig i Bangladesh.
Man skiller mellom tropiske sykloner og ekstratropiske sykloner. Tropiske sykloner dannes i tropene og kommer sjelden langt utenfor tropene før de dør ut. Ekstratropiske sykloner er lavtrykk som dannes utenfor tropene, altså de vandrende lavtrykkene vi forbinder med uvær i Norge.
Fysisk sett er tyfoner, indiske og australske sykloner og det som på engelsk heter hurricanes det samme – tropiske orkaner. Navnet bestemmes av hvor i verden de befinner seg. Tropiske orkaner kalles hurricanes i Atlanterhavet og i Stillehavet øst for datolinjen, tyfoner i Stillehavet vest for datolinjen og sykloner i Indiahavet.
En syklon er egentlig bare et lavtrykk, hvor enn i verden det befinner seg.
Det er tre kjennetegn ved tropiske orkaner som skaper problemer og ødeleggelser:
Nei. Noen ganger beveger imidlertid restene av tropiske orkaner seg fra Karibia og områdene utenfor østkysten av USA og i vår retning. På veien endrer de karakter og blir mer like de lavtrykkene vi er vant til i vår del av verden.
Disse lavtrykkene kan bringe med seg store mengder vanndamp, og noen av de mest ekstreme nedbørhendelsene vi har hatt i Norge, har vært når vi er blitt truffet av slike stormer. Likevel er ikke disse uværene i nærheten av å være like ødeleggende som en tropisk syklon kan være.
Hvor stor skade tropiske sykloner vil gjøre i fremtiden, avhenger ikke bare av hvordan klimaendringer påvirker syklonene, men også av om andre forhold vil forsterke eller dempe effekten av dem, og av hvor godt forberedt vi kommer til å være når de kommer.
Høyere havnivå gjør allerede nå at stormbølger og stormflo når lengre innover land, og etter hvert som havet stiger, vil dette problemet bli større.
Hvor godt forberedt samfunnet er, handler både om hvor gode syklonvarsler vi klarer å lage, av beredskap og evakueringsrutiner, og av mer permanente forhold som hvor vi plasserer bebyggelse og hvor godt vi beskytter infrastrukturen i utsatte områder.
Effekten av klimaendringer på syklonene:
Dette kan du lese mer om i FNs klimapanels spesialrapport om ekstremvær.
Det var først på 1970-tallet man fikk satellittdata som gjorde det mulig å ha oversikt over alle verdens tropiske sykloner. Siden den tid har antall tropiske stormer og orkaner på verdensbasis holdt seg stabilt.
Ekstremværvarsler for hele kloden fra Verdens meteorologiorganisasjon, WMO.
Amerikanske varsler av tropiske orkaner for Indiahavet og Stillehavet vest for datolinjen.
Amerikanske varsler av tropiske orkaner for Atlanterhavet, Mexicogolfen og sentrale og østlige deler av Stillehavet.
Varsler av tropiske orkaner for hele verden fra det europeiske værvarslingssenteret ECMWF.
Tropiske orkaner får navn etter kriterier som avhenger av hvilket område de oppstår i. Her finner du navnelister.
FNs spesialrapport om ekstremvær
Artikler om tropiske orkaner skrevet av Bjerknes-forskere:
Hva er orkaner
Vi kan ikke stoppe stormene, men vi kan flytte folkene
Verdens meteorologiorganisasjon (WMO) har laget et atlas over tap av menneskeliv og økonomiske tap ved vær- og klimahendelser i 1970–2012. Listen over de dyreste katastrofene toppes av tropiske orkaner som har truffet USA – Katrina (2005), Sandy (2012) og Andrew (1992). På de sju første plassene på listen over tap av menneskeliv, står tørke i afrikanske land og tropiske orkaner i Asia.
Blant levende organismer er plantene i klart flertall. Til sammen inneholder alle jordens planter mer enn 200 ganger så mye karbon som dyrene. Og uten planter ville jordens atmosfære og klima vært helt annerledes.
Planter omtales ofte som jordens lunger, som et bilde på at de sørger for oksygen til annet liv. Strengt tatt gjør planter det motsatte av lungene. Mens lungene tar opp oksygen og skiller ut CO2, tar plantene opp CO2 og produserer oksygen.
Under fotosyntese tar plantene opp CO2 og vann, H2O. Med energi fra solen bindes karbon og hydrogen fra disse stoffene og blir til sukker. Samtidig frigis oksygengass, O2, til luften.
Det er dette man mener når man sier at planter tar opp CO2 fra atmosfæren.
Sukkeret inngår senere i mer komplekse molekyler, som fett, stivelse og proteiner. Dette er den eneste måten organisk materiale kan produseres på. Dyr må spise planter eller andre dyr for å få energi og næringsstoffer. Derfor er alle organismer på jorden avhengige av fotosyntese, enten de er planteetere, kjøttetere eller nedbrytere. Noen ganske få unntak finnes det riktignok. Noen organismer er i stand til å utnytte energien som finnes i varme kilde i dyphavet.
Plantene vil ta opp mest CO2 i vekstsesongen. Derfor varierer CO2-innholdet i atmosfæren gjennom året. Fordi landmassene på den nordlige halvkule er større enn på den sørlige, vil det være minst CO2 i atmosfæren når det er sommer på den nordlige halvkule.
Gjennom fotosyntese binder plantene energi, men som dyrene trenger de også energi til livsprosesser. Det får de gjennom celleånding. Da slipper også plantene ut CO2, men ikke like mye som de tar opp.
Plantene tar altså opp CO2 som de bruker når de binder solenergi i organiske forbindelser, mens lungene tar opp oksygen for å frigi denne energien gjennom cellenes forbrenning. Oksygengassen plantene skiller ut er et produkt av fotosyntesen, mens alle organismer – planter, dyr og mikroorganismer – skiller ut CO2 som et produkt av forbrenning.
Når døde planter og dyr råtner, brytes det organiske materialet ned av sopp og mikroorganismer. Da frigjøres karbon i form av CO2 til luften.
Planter tar opp CO2 fra luften så lenge de vokser. Når de brytes ned etter at de er døde, slippes CO2 ut igjen. På lang sikt går opptak og utslipp av karbon opp i opp. En plante slipper ut igjen like mye som den tok opp.
Hvis planten er blitt spist av et dyr, vil karbon først slippes ut når dyret er dødt, og hvis det er bygget hus av et tre, vil utslippet skje når huset råtner eller brenner. Skogbunnen og jorden under plantene inneholder også store mengder organisk materiale som ennå ikke er brutt ned. Men på et eller annet tidspunkt vil det skje.
Dette er det korte karbonkretsløpet. I det lange karbonkretsløpet inngår alger og planter som er blitt omdannet til olje, gass og kull under høyt trykk og høy temperatur.
Når vi brenner olje og kull, utnytter vi energien som ligger lagret i gamle planterester. Som dagens planter, omgjorde de CO2 i luften til organisk materiale. De falt til bunns på steder med lite oksygen, slik at nedbrytningen gikk sakte. Etter hvert ble de dekket av tykke sedimenter og bevart slik organisk materiale også bevares i myrer i dag.
Når vi brenner fossilt materiale, slippes CO2 ut i atmosfæren igjen, akkurat som når vi brenner planter som nettopp har dødd. Forskjellen er at CO2 fra de fossile produktene kommer i tillegg til det naturlige, korte kretsløpet. Ved å brenne kull, olje og gass tilfører vi mer CO2 til atmosfæren enn plantene klarer å binde gjennom fotosyntese. Vi forstyrrer den naturlige balansen.
Les mer om det korte og det lange karbonkretsløpet her.
Hvis man planter skog, vil trærne i en periode ta opp mer CO2 fra atmosfæren, men når trærne hogges og senere brytes ned, vil alt karbonet bli frigitt til luften igjen. Hvis skogplantingen innebærer økt nedbrytning av myr eller annen gammel jord, kan resultatet bli at det slippes ut mer CO2 enn det tas opp. Det kan for eksempel dreie seg om drenering av myrer, slik at mer luft slippes til, eller at man gjødsler og dermed øker aktiviteten til de organismene som bryter ned karbon i jorden.
Vegetasjonsendringer påvirker også hvor mye av strålingen fra solen som reflekteres. Du kan lese mer om skogens rolle og effekten av skogplanting her.
Når vi dyrker mat, vil CO2 tas opp fra luften, men brytes ned og slippes ut igjen med en gang maten spises. Hvis naturområder pløyes opp for å bli jordbruksland, kan karbon som er lagret i jorden frigis som CO2. Resultatet av en slik arealendring kan bli høyere klimagassutslipp, ikke mindre.
Hvordan man dyrker jorden har også stor effekt på jordbrukets klimaregnskap. Dyrkingsmåter som bevarer jordsmonnet og stimulerer til økt karbonbinding i jorden er bra for karbonregnskapet og klimaet, mens metoder som fører til at mer organisk karbon i jordsmonnet brytes ned, har negativ effekt.
I mange av de store kornkamrene i verden har tiår med moderne dyrkingsmåter allerede gått hardt utover jordsmonnet. Monokultur, dyp pløying, kunstgjødsel og sprøyting mot skadedyr, sykdom og gress gir store avlinger på kort sikt, men fører til økt nedbrytning i jorden og dermed økte utslipp av CO2. Jord med lavere karboninnhold er mer utsatt for tørkeskader, noe som kan få svært alvorlige konsekvenser for matproduksjon og matsikkerhet, spesielt i et endret klima.
Her får du tips til en klimavennlig hage.
Når man snakker om planter og klima, handler det ofte om regnskog. Høye stammer og ruvende trekroner viser tydelig hvor mye karbon som er lagret i regnskogene og hvor mye disse store trærne bidrar til det globale CO2-regnskapet. Men selv om trærne i vår del av verden er mye mindre, ligger det enorme mengder organisk karbon her.
Figuren under viser hvor mye karbon som er lagret i jorden og hvor mye som er lagret i plantene over bakken. I de tropiske regnskogene vokser trærne raskt og brytes raskt ned når de dør. Omsetningen er høy, og det tar kort tid fra karbon blir tatt opp fra luften til det slippes ut igjen.
I nordlige strøk, fra søylene merket "Cool temperate moist" og mot høyre i figuren, ser vi at store mengder karbon er lagret i jordsmonnet. "Boreal moist" viser hvor mye som ligger lagret i de store, arktiske myrene sammenlignet med hvor lite vegetasjon det er over bakken disse områdene.
Hvis vi pløyer opp myrer, slippes dette karbonet ut igjen i atmosfæren som CO2 eller CH4.
Når temperatur og nedbør i et område endres, er det ikke sikkert de samme plantene kan vokse der. Planter er tilpasningsdyktige, og så lenge endringene ikke skjer for brått, vil mange arter kunne flytte seg med endringene. For eksempel ser vi at tregrensen i Norge har flyttet seg oppover det siste hundreåret. Trær sprer seg høyere og høyere i fjellsidene.
Noen arter kan vanskeligere tilpasse seg, for eksempel de som allerede vokser høyt til fjells. Hvis det blir for varmt for dem selv på de høyeste toppene, eller hvis de utkonkurreres av arter som flytter oppover, kan de dø ut.
I fotosyntesen "spiser" plantene CO2. Noen klimaskeptikere mener det vil være bra for plantene på jorden at CO2-nivået i atmosfæren stiger. Men CO2 er ikke den eneste faktoren som påvirker plantevekst. Vekst krever også:
Forsøk viser at mer CO2 kan gi raskere vekst av visse typer planter og unge planter. Men det fungerer bare en kort stund.
Om vi bare endrer ett av vilkårene, altså gir plantene mer CO2, vil det ikke ha så mye å si for plantenes vekst. Det er forholdet mellom de begrensende faktorene som avgjør.
Planterester kan brukes til å beregne fortidens klima. Botanikerne finner gammelt pollen og plantefossiler i myrer og i sedimentene på bunnen av innsjøer. Når de finner en bestemt art og også vet når den levde, kan de slutte at klimaet på den tiden må ha vært slik at akkurat denne planten kunne vokse der.
I Norge kan slike metoder brukes for å studere klimaet tilbake til slutten av istiden, for ca. 12 000 år siden.
Temperaturen på jorden avhenger av mengden drivhusgasser i atmosfæren. Når man snakker om global oppvarming, er det derfor disse gassene man er opptatt av. Den viktigste av dem, i tillegg til vanndamp, er CO2 – både naturlig og menneskeskapt. Metan, CH4, er den nest viktigste.
Både CO2 og CH4 inneholder karbon. Karbonatomene beveger seg i en syklus mellom disse gassene og organisk materiale.
Når man sier at planter tar opp CO2, mener man at de gjennom fotosyntese bruker CO2 til å danne organisk materiale – materiale som inneholder karbon. I første omgang dannes enkle sukkermolekyler, men sukkeret kan omdannes til fett, stivelse, proteiner og alt planter og dyr er bygget opp av.
Når organisk materiale brytes ned, kombineres karbon i stoffene med oksygen, slik at gassen CO2 frigis til luften. Hvis nedbrytningen skjer uten tilgang til oksygen, blir det i stedet dannet metan, CH4.
Når man sier at karbon er lagret i planter eller jord, snakker man om organisk materiale som ennå ikke er brutt ned. Organismene kan være døde, og i fremtiden vil de kunne brytes ned og frigi CO2.
Isdekket i Barentshavet er halvert siste 40 år, og vil i praksis være isfritt året rundt innen 2050 gitt dagens trend.
Det er like fullt store svingninger – både opp og ned – fra ett år til det neste, typisk tilsvarende 10 ganger trenden. Svingningene er i vesentlig og forutsigbar grad knyttet til temperaturen på vannet som strømmer inn fra Norskehavet.
Men dette betyr også at middeltilstanden i 1990 (50% sannsynlighet for større isdekke) i dag er en ekstremtilstand, en 3 standardavviks-hendelse (0.1% sannsynlighet).
I en framtid der global oppvarming fortsetter som i dag, fortsetter også tapet av is som i dag. Men i en framtid mer i henhold til Paris-avtalen, vil hastigheten på istapet halveres.
Den heltrukne røde linjen på bildet er «iskanten» (30% isfrekvens) frem til i dag, og for en framtid i henhold til en (varm) Parisavtale. Den tilsvarende sannsynligheten for at den faktiske isen krysser denne er indikert i den øverste figuren. Den stiplede røde linjen er en (uønsket) framtid der klimaendringen fortsetter som nå.
30% isfrekvens er definert som det havområdet som har vært dekket av is minst 30% av tiden (i april) siste 30 år. Dette er en objektiv og konkret definisjon, men samtidig og dessverre verken intuitiv eller knyttet til en uttalt sannsynlighet for at grensen krysses av den faktiske isen.
Denne sannsynligheten – risikoen en med det setter i forvaltningsplanen – er grunnleggende avhengig av den underliggende trenden. Desto større trend, desto større sikkerhetsmargin. Og jo mer vi klarer å snu til en ønsket klimautvikling – inkludert mindre tap av is, jo mindre sikkerhetsmargin.
Dagens 30% er morgendagens ≤10%. Konkret er det ca 5% sannsynlighet for at dagens «iskant» definert ved 30% isfrekvens krysses. Denne sannsynligheten firedobles – til ca 20% – i den klimaframtiden vi ønsker, og har forpliktet oss til.
Hvis 5% er den risikoen regjeringen ønsker å knytte til at framtidens isdekke kan krysse forvaltningens «iskant», svarer dette til å legge 10% isfrekvens (eller lavere) til grunn.
Merk at overstående tallfesting av sannsynlighet er basert på månedsverdier, totalt isareal og enkel statistikk – men uansett kvalitativt robust.
25.09.2019, 10:57
Ser man imidlertid på de siste 10 000 år, perioden etter den siste istiden, var det i all hovedsak naturlige klimapådriv, slik som endringer i solinnstråling og vulkansk aktivitet, som påvirket det globale klimaet. Bidraget fra naturlige pådriv er både positivt og negativt, mens bidraget fra CO2 hele tiden er positivt og akkumuleres år for år.
Sola er kilden til alt liv på jorda, og en viktig drivkraft for klimaendringer. Den totale solinnstrålingen ved toppen av atmosfæren er ikke bare avhengig av hvor mye energi sola avgir til en hver tid, men også posisjonen og orienteringen av jorda i forhold til sola. Variasjonene i jorda sin posisjon bidrar til å forklare de langvarige temperaturendringene på jorda, slik som under istidene.
Posisjonen og orienteringen av jorda i forhold til sola kan beskrives ved de såkalte orbitale parametrene:
Den nåværende mellomistiden har vært preget av en rekke endringer i de orbitale parametrene. For ca. 6–7 000 år siden bidrog en kraftigere helning på jordaksen til økt solinnstråling om sommeren på den nordlige halvkule, mens tropene fikk mindre solvarme. Samtidig gjorde endringer i jordas presesjon at sesongvariasjonene i nord ble forsterket. Disse endringene bidrog til en kraftig økning i sommertemperaturer på den nordlige halvkule, noe som igjen kan forklare hvorfor store norske breer som Hardangerjøkulen og Folgefonna var borte på denne tiden. I tropene var det generelt kaldere mens monsunregnet var kraftigere enn i dag. Dette kan bidra til å forklare hvorfor Sahara var et frodig område på denne tiden.
Den totale solinnstrålingen varierer over tid, og kan relateres til den velkjente
11-års syklusen i solflekkaktivitet. Høyere solflekkaktivitet gir økt solinnstråling til jorda og omvendt. Direkte observasjoner av solflekker på sola viser at siste halvdelen av 1600-tallet var en periode med unormalt lite solflekkaktivitet. Siden har det vært en jevn økning i solflekkaktiviteten fram til i dag. Direkte målinger av solinnstrålingen fra satellitter viser ikke noen klar positiv trend siden 1978. Dette indikerer at endringer i solinnstrålingen ikke alene kan forklare den pågående globale oppvarminga.
Vulkanutbrudd er viktig for endringer i vær og klima, særlig de første par årene etter utbruddet. Den viktigste klimaeffekten av vulkanutbrudd skyldes utslipp av svovelgasser, som raskt omdannes til aerosoler. Disen av aerosoler reflekterer noe av den innkommende solstrålingen, og fører dermed til en nedkjøling ved jordoverflaten. Vulkaner slipper også ut vanndamp og karbondioksid, men på grunn av de store mengdene som allerede eksisterer i atmosfæren vil selv ikke et stort vulkanutbrudd føre til en merkbar endring av CO2-konsentrasjonen globalt. På veldig lange tidsskalaer (tusen til millioner av år) kan imidlertid utbrudd fra mange gigantiske vulkaner ha hevet konsentrasjonen av CO2 i atmosfæren nok til å gi global oppvarming.
Bjerknessenteret har benyttet Bergen klimamodell, inkludert vulkanutbrudd og variasjoner i solinnstråling, til å simulere klimaet under den ’lille istid’ (1400–1850 tallet). De naturlige pådrivene forklarer mye av variasjonene både i rekonstruerte og simulerte temperaturer på den nordlige halvkule for denne perioden (se
figur 1). De kaldeste periodene i den ’lille istiden’ opptrer gjerne i perioder med spesielt kraftige utbrudd, slik som Kuwae i 1453 og Tambora i 1815, og i perioder med en rekke påfølgende utbrudd, slik som på 1600-tallet.
Klimamodeller kan kjøres med naturlige pådriv, med menneskeskapte pådriv og med begge samtidig. Figur 1 viser at det er kun når forskerne inkluderer både naturlige og menneskeskapte bidrag at modellen er i stand til å simulere den langsiktige positive temperaturtrenden som er observert over de siste hundre årene (den røde kurven i nedre del av figuren). I følge modellen skulle temperaturen på den nordlige halvkule sunket de siste tiårene dersom det ikke hadde vært for de menneskeskapte utslippene av klimagasser. Dette indikerer at observert oppvarming i all hovedsak skyldes menneskeskapte utslipp.
På en kort tidsskala, som en tiårsperiode, kan de naturlige variasjonene overgå menneskeskapt klimaendring og føre til at vi får noen kalde år, men på lengre sikt vil den menneskeskapte oppvarmingen dominere utviklingen.
Otterå, O.H. (2008): Simulating the Effects of the 1991 Mount Pinatubo Volcanic Eruption Using the ARPEGE
Atmosphere General Circulation Model, Adv. Atm. Sci., 25(2), 213–226.
Intergovernmental Report for Climate Change (IPCC), Fourth Assessment Report 2007.
Klima er vanligvis definert som det gjennomsnittlige været over en periode som kan strekke seg fra noen måneder, tiår og enda lengre tidsskaler. Det er vanlig å beskrive klimaet ved middelverdier av temperatur, nedbør og vind. En klimaendring vil da være en endring i middelverdien i en gitt periode, sammenlignet med en referanseperiode (for eksempel brukes perioden 1961–1990 som «normalperiode»).
Klimasystemet endres over tid gjennom jordens interne dynamikk og gjennom ytre påvirkning. Ytre påvirkning inkluderer naturlige årsaker som vulkanutbrudd og endringer i solinnstråling og menneskeskapte endringer i atmosfærens sammensetning og vegetasjon.
I et stabilt klima er det balanse mellom strålingsenergi fra sola og stråling tilbake til verdensrommet. Forandringer i energibalansen kan forekomme ved endringer i:
Endringer i skymengde, partikler og vegetasjon endrer hvor mye av strålingen fra solen som reflekteres tilbake til verdensrommet, mens endringer i drivhusgasser endrer hvor mye langbølget stråling atmosfæren sender ut. Endringer i skymengde og skyfordeling vil også påvirke den langbølgede strålingen.
Alle ting sender ut stråling. Bølgelengden avhenger av temperaturen. Mens drivhusgassene slipper kortbølget solstråling relativt uhindret gjennom atmosfæren, absorberer de samme gassene nesten all den langbølgete strålingen – varmestråling – som sendes ut fra jorden. Dermed bevares mer varme i atmosfæren. Mindre energi forsvinner ut i verdensrommet, og det blir varmere på jorda.
Solen holder en temperatur på 6000 °C og sender ut synlig lys og kortbølget, ultrafiolett stråling (hvite piler i figur 1). Skyer, partikler og gasser tar opp (absorberer) og reflekterer til sammen halvparten av solstrålingen. Av det som når bakken, reflekteres noe, men det meste absorberes og varmer opp jorda.
Jorda har en gjennomsnittstemperatur på cirka 15 °C og sender ut usynlig, langbølget stråling (sorte piler i figur 1) mot atmosfæren. Denne strålingen kalles også infrarød stråling eller varmestråling. Atmosfæren absorberer nesten all den langbølgete strålingen som sendes ut fra jorden, med unntak av en liten del (12 %), som slipper gjennom og ut i verdensrommet. Når atmosfæren absorberer varmestråling fra jorden, blir også atmosfæren varmet opp og sender ut mer langbølget stråling – både ned mot jorda og ut i verdensrommet. Men fordi atmosfæren er kaldere enn jordoverflaten, sender atmosfæren mindre stråling utover enn det bakken gjør. Dermed blir strålingstapet fra jordens overflate mindre enn det ville vært uten atmosfæren.
Det er dette som kalles drivhuseffekten: Ved å ta opp infrarød stråling fra jorden og sende ny stråling tilbake, virker skyer, gasser og partikler i atmosfæren som et slags drivhus. Gassene kalles drivhusgasser. Atmosfærens drivhuseffekt gjør at gjennomsnittstemperaturen på jorden er ca. 18 °C enn den ville vært om jorden ikke hadde hatt noen atmosfære.
De viktigste drivhusgassene er karbon-dioksid (CO2), troposfærisk ozon (O3), metan (CH4), lystgass (N2O) og klor-fluor-karboner (KFK). Atmosfærekonsentrasjonen av alle disse gassene stiger som følge av menneskelig aktivitet og drivhuseffekten i tiden frem-over vil uten tvil øke. Nitrogen, oksygen og argon utgjør tilsammen 99,96 % av atmosfæren, men er uten betydning som drivhusgasser fordi de ikke tar opp og sender ut infrarød stråling.
Mengden av drivhusgasser med lang oppholdstid i atmosfæren slik som CO2, metan og lystgass i atmosfæren har økt betydelig de siste 50 år (se figur 2). Siden førindustriell tid har luftens innhold av CO2 økt med nærmere 40 %, og innholdet øker for hvert år. Innholdet av metan har økt med 17%. Dette skyldes i hovedsak menneskelig aktivitet og bidrar til å varme opp kloden. Vi må mer enn en million år tilbake for å finne høyere innhold av klimagasser i atmosfæren.
Den globale middeltemperaturen har steget med rundt 1 °C i løpet av de siste 140 år. De siste tiårene har temperaturen økt spesielt mye, med 1998, 2005, 2010 og 2014 som de varmeste årene. Temperaturen viser alltid store variasjoner fra år til år. De varmeste årene kan som regel knyttes til en varm fase i det naturlige fenomenet El Niño, som gir høye temperaturer i Stillehavet ved ekvator. De kaldeste årene kan som regel knyttes til den negative fasen, La Niña, som gir lave temperaturer samme sted. Det er stor enighet blant forskerne om at rundt 80 % av oppvarmingen de siste 60 år skyldes akkumulering av drivhusgasser i atmosfæren, først og fremst pga økt forbrenning av olje, kull og gass.
Mengden partikler i atmosfæren øker også, noe som gir en reduksjon i oppvarmingen. Typisk vil mørke sotpartikler nær bakken absorbere sollys og gi økning, mens lyse små sulfatpartikler i stratosfæren vil reflektere innkommende solstråling. I tillegg til direkte refleksjon av strålingen gir økning i mengden partikler flere skyer, noe som forsterker tilbakespredning av sollys.
Intergovernmental Report for Climate Change (IPCC) Fourth Assessment Report 2007.
Fremtidige klimaendringer vil være en kombinasjon av naturlig klimavariabilitet og et resultat av menneskelig påvirkning (fra fossile brensler og arealbruk). For å kunne skille mellom de menneskeskapte klimaendringene og de naturlige klimavariasjonene må vi vite hvordan klimaet har endret seg før den industrielle revolusjonen. Ved å studere fortidens klima har forskere funnet vitenskapelig belegg for at dagens klimaendringer i hovedsak er menneskeskapte. Det er først når en legger til effekten fra drivhusgassene at klimamodellene stemmer overens med faktiske observasjoner gjennom de siste 50 år (se faktaark om klimamodeller).
Mye av den naturlige klimavariasjonen er regional og ikke global. Særlig gjelder dette for klimasvingninger som er kortere enn 100 års varighet. For eksempel var varmeperioder i steinalderen først og fremst noe som skjedde nær polområdene, mens tropene ikke var berørt.
Langvarige temperaturendringer på jorda, slik som under istidene, henger sammen med jordens bane rundt solen, vinkelen til jordaksen i forhold til solen, og om jorden er nærmest solen sommerstid eller vinterstid.
Pålitelige instrumentelle klimadata går kun tilbake til ca. 1860, og gir et altfor kort perspektiv for å kunne si noe om hvordan klimaet har variert i fortiden. Forskere på feltet fortidsklima, også kalt paleoklima, forsøker derfor å rekonstruere klimaet (temperatur/nedbør/havstrømmer) med så liten usikkerhet og så god tidsoppløsning som mulig tilbake i tid. Videre prøver de å finne årsakene til de observerte klimaendringene. For å rekonstruere klimaet må forskerne benytte seg av indirekte data fra naturlige arkiv. Blant kildene finner vi:
Marine organismer kan være fossiler som ligger bevart i sedimentavleiringer på havbunnen, som reflekterer temperatur, næringsinnhold og saltholdighet i vannmassene på den tid disse organsimene levde.
Sedimentsammensetning og sortering av fint og grovt materiale kan reflektere styrken på havstrømmer, sjøisutbredelse og dryppstein fra drivende isfjell.
Iskjernedata fra Antarktis og Grønland viser at de atmosfæriske konsentrasjonene av CO2 og metan overstiger de naturlige variasjonene gjennom siste en million år. Siden førindustriell tid har konsentrasjonen av CO2 økt med nær 40 %, mens konsentrasjonen av metan har økt med 17 %. Oppvarmingen i siste halvdel av forrige århundre inntraff i en periode hvor de naturlige pådriverne skulle tilsi en svak nedkjøling, og ikke oppvarming, av jorden. Det er sannsynlig at strålingspådrivet fra menneskelige aktiviteter siden den industrielle revolusjon og fram til i dag er mer enn fem ganger større enn endringer forårsaket av solens innstråling.
Intergovernmental Report for Climate Change (IPCC) Fourth Assessment Report 2007.
Nesje A., Jansen E., Birks J.B m.fl. «Holocene Climate Variability in the Northern North Atlantic Region: A Review of Terrestrial
and Marine Evidence», in The Nordic Seas (2005) by Drange H., Dokken T., Furevik m.fl.
Klimavariasjoner og endringer i vår region er sterkt påvirket av varmen som hav og atmosfære bringer med seg fra sørligere breddegrader. Uten Golfstrømmen og vestavindsbeltet ville Norge vært 10–15 grader kaldere. Global oppvarming kan føre til endringer i havsirkulasjon og Golfstrøm-systemet, for eksempel hvis vesentlige deler av innlandsisen på Grønland smelter.
Jorden mottar mer varme fra solen ved ekvator enn ved polene. Denne ubalansen utlignes ved at varme kontinuerlig fraktes fra tropene med storstilte vinder og havstrømmer mot høyere breddegrader. Golfstrømmen er den dominerende aktøren i dette for havets del. Den spiller en nøkkelrolle i vårt milde klima da vestavindsbeltet over Europa i stor grad får sin varme fra Golfstrømmen.
Golfstrømsystemet – fra Mexicogulfen gjennom Nordatlanteren og delvis inn i Norskehavet – avgir sin varme til atmosfæren her i nord. Den varme strømmen i overflaten balanseres av en kaldere returstrøm sydover i Atlanterhavet (se Figur 1). Strømmen sydover skjer både i dypet og i overflaten.
Når Golfstrømmen når våre breddegrader, er den blitt så sterkt nedkjølt (og dermed tyngre) at den blandes med vannet under. Den dype returstrømmen består av disse «nyblandede» vannmassene. Blandingen må svare til strømmens styrke, ellers endres systemets likevekt. Varmen som Golfstrømmen avgir i nord får den fra solen i tropiske farvann. Dette varmeopptaket må også være i balanse med strømmens styrke for at systemet ikke skal endres.
En forrykning av sirkulasjonen er et mulig utfall av dagens menneskeskapte oppvarming. En kollaps av greinen inn i Norskehavet kan for eksempel følge dersom vesentlige deler av innlandsisen på Grønland smelter. Dette enorme ferskvannstilskuddet vil «legge brakk» Norskehavets overflatelag. Det blir med andre ord så mye lettere enn de underliggende vannmassene at omformingen fra overflate til dypvann stopper opp. Ved en kollaps vil det nordeuropeiske klimaet nærme seg det mer enn 5 grader kaldere enn middelklimaet for våre breddegrader.
Klimamodellene viser at styrken på Golfstrømsystemet kan bli svekket med omlag 10–30 % i løpet av dette århundre ved fortsatt global oppvarming. Dette betyr redusert varmetransport fra sør mot nord i havet. Men siden økende lufttemperatur mer enn kompenserer for den reduserte varmetransporten i havet, vil temperaturen øke i Norge selv med en redusert Golfstrøm.
Det er også slik at vi forventer at den østligste greinen av Golfstrømsystemet – den som strømmer inn i Norskehavet like nord for Skottland – vil opprettholdes selv om Golfstrømmen svekkes lenger mot sør. Det er derimot mulig at områdene ved Island og Sør-Grønland vil oppleve mindre temperaturøkning grunnet svekkelse av den vestlige greinen av Golfstrømmen.
Intergovernmental Report for Climate Change (IPCC) Fifth Assessment Report, WG1 Climate Change, The Physical Basis, 2013.
Dokken, T.M., m.fl., 2013: Dansgaard-Oeschger cycles: interactions between ocean and sea ice intrinsic to the Nordic Seas, Paleocean., 28, 491-502.
Eldevik, T., m.fl., 2014: A brief history of climate – the northern seas from the Last Glacial Maximum to global warming. Quat. Sci. Rev., 106, 225–246.
Glessmer, M.S., m.fl., 2014: Atlantic origin of observed and modelled freshwater anomalies in the Nordic Seas. Nature Geoscience, 7, 801–805.
Hátún, H., m.fl., 2005: Influence of the Atlantic Subpolar Gyre on the Thermohaline Circulation. Science, 309, 1841–1844.
Onarheim, I.H., m.fl., 2015: Skillful prediction of Barents Sea ice cover. Geophys. Res. Lett., in press.
Halvparten av de menneskeskapte CO2-utslippene blir absorbert i havet og av vegetasjonen på land. Endringer i disse naturlige kildene og slukene for CO2 kan derfor ha stor betydning for klimaendringene i fremtiden. Opptak og utslipp av klimagasser på landjorda foregår i et naturlig kretsløp mellom jorda og atmosfæren. Planter som vokser tar opp CO2 fra luften gjennom fotosyntesen, og karbonet lagres midlertidig i biomasse, skogsjord, torv og humus. Gjennom respirasjon (ånding) hos både planter og dyr og ved nedbrytning, brenning eller hogst av organisk materiale frigjøres CO2 igjen til atmosfæren. Avskoging forstyrrer den naturlige balansen mellom opptak og utslipp, og bidrar til økt CO2-innhold i atmosfæren.
Det meste av opptaket av karbon på land skjer i skogøkosystemene, som dekker om lag 30 % av det totale landarealet på kloden. I Europa er omtrent 1/3 av landarealet skogdekt, mens i Norge er circa 40 % av landarealet dekket av skog. Skogene absorberer omtrent 20 % av de totale globale utslippene av karbon. Skog som får stå i fred kommer etter tid i en likevektsfase der opptaket og utslippet av karbon er omtrent like store.
I moderne skogbruk hogges skogen ofte før en slik likevektsfase oppnås. Når skogen hogges, får jorda tilført karbon fra hogstavfallet, det vil si greiner, kvister, nåler, blader og døde røtter. Dette medfører at mye CO2 frigjøres og går tilbake til atmosfæren. Økningen i CO2-utslipp fra en hogstflate er midlertidig og i norske skoger er dette utslippet vurdert til å vare i rundt 10–20 år. Etter hogst blir jordbunnen eksponert for mer lys, mer nedbør og større temperaturendringer. Dette påvirker nedbrytingen av organisk materiale som ligger lagret i jordbunnen.
Fordi avskoging øker nedbrytningen av organisk materiale i jordbunnen, vil det frigjøres mer karbon fra jorden. Dette påvirker konsentrasjonen av klimagasser i atmosfæren, og dermed øker drivhuseffekten. Omtrent 1/6 av de årlige klimagassutslippene skyldes avskoging og skogforringelse.
Tropiske skoger utgjør det største karbonlageret på land. I disse skogene er det årlige opptaket rundt 1,3 milliarder tonn (gigatonn) karbon, noe som tilsvarer cirka 15 % av de totale karbonutslippene fra menneskelige aktiviteter.
I følge den siste hovedrapporten fra FNs klimapanel står endringer i bruken av arealer og frigjøring av karbon ved avskoging for ca. 15 % av de globale klimagassutslippene. En betydelig del av nødvendige kutt i utslippene av klimagasser kan gjøres gjennom redusert avskoging, mer miljøvennlig landbruk og vern av myr- og torvområder. Oppdyrking av myr fører til betydelig omdanning av organisk materiale og tap av CO2 til atmosfæren. Det er beregnet at karbontapet er 500 kg karbon/år/dekar dyrket myr. Rett etter dyrkingen er karbontapet/utslippet størst. Tallene tilsvarer utslippet fra en tropisk regnskog i et 20-års perspektiv.
Ifølge beregninger fra Miljødirektoratet har opptaket av CO2 i norske skoger økt fra rundt 14 millioner tonn i 1990 til 32 millioner tonn i 2011. Nettoopptaket nådde trolig sitt høyeste nivå i perioden 2003–2007. På grunn av skogens alderssammensetning vil den årlige nettotilveksten avta framover og nå et nivå på rundt 19 millioner tonn CO2 i 2020. Hovedårsaken til det store nettoopptaket av CO2 i norsk skog skyldes at det er relativt store områder med ung skog der opptaket av CO2 er stort. Denne situasjonen skyldes at vi tidligere har hogget skogsområder, og dermed frigjort store mengder CO2, som dagens unge og hurtigvoksende skog nå tar opp igjen.
Forskning ved Norsk institutt for skog og landskap viser at 10–30 år gammel skog binder mer karbon i trær, bunnvegetasjon, strø og jord enn det som avgis i form av CO2 fra nedbrutt organisk materiale i jorda. Tilsvarende vil ung skog i god vekst ta opp mye CO2. Hogstmoden skog vil gjøre det i mindre grad, mens overmoden skog kan gi økte CO2-utslipp.
Selv om hovedopptaket av karbon skjer i trærne, er det ikke her det største lageret av karbon finnes. Trærne (med stamme, kvist og bar) står for cirka 10 %, og selve tømmerstokken utgjør ikke mer enn 5–6 % av skogens karbonlager. Mer enn 60 % av skogøkosystemenes karbonlager ligger i skogsjorden, mens lagrene i myrene utgjør om lag 35 %. Selv om usikkerheten i tallene er stor, er det viktig å ta hensyn til hvordan ulike skogbrukstiltak påvirker det store karbonlageret som finnes i skogsjord og myrer, og i minst mulig grad reduserer dette lageret.
Dersom vi skal få til nylagring av karbon i skog, må vi plante skog der det tidligere ikke naturlig har forekommet skog, eller plante andre skogtyper som lagrer mer karbon enn det den naturlige vegetasjonen gjør. Slike tiltak kan være svært skadelige for den opprinnelige naturen og for det biologiske mangfoldet.
Med stor skogbruksaktivitet gjennom hogst, veibygging og vedlikehold av grøfter risikerer man at karbonlagre i jord og myrer frigjøres, slik at klimaregnskapet blir negativt. Dette gjelder enten man avvirker skog på ordinær måte eller bruker den til bioenergi.
Et annet alternativ som kan være et godt klimatiltak er å la skog være i fred og bli gammel. Dette vil bidra til langsiktig og trygg lagring av svære mengder karbon i skogsjorden. I så måte vil faktisk vern av gammel skog være et fornuftig klimatiltak. Potensialet for å øke karbonfangst og -lagring i boreale skoger – som strekker seg gjennom Canada, Russland, Alaska og Skandinavia – vurderes som lavt. Men de utgjør det nest største lageret av karbon, som kan gå tapt til atmosfæren ved skogbranner, drenering av myrer, hogst og gruvedrift.
Norsk Klimapolitikk. Meld. St.nr. 21 (2011–2012).
Pan et al. 2011. A Large and Persistent Carbon Sink in the World’s Forests Science, 333, 988–993.
Sjøisen i Arktis dekker et område tilsvarende Europa og skiller et forholdsvis varmt Arktis hav fra en kald atmosfære. Den har sin maksimale utbredelse i mars måned og et minimum i september. Gjennomsnittlig tykkelse var circa tre meter før 1980, men har nå sunket til under to meter. Sjøis dannes ved at sjøvann fryser ved omkring –1,9 ˚C. Isen kan smelte både fra oversiden og undersiden ved kontakt med varm luft eller varme havstrømmer.
Sjøisens hastighet kan endres ved at enten vindens drag på oversiden eller havstrømmenes drag på undersiden forandrer seg. Dette fører til regionale forskjeller i isdekket, og store år til år svingninger. Det er en gjennomsnittlig drift av sjøisen fra Beringstredet mellom Alaska og Sibir mot Grønland og Svalbard, dette kalles den transpolare drift. Dette ble første gang dokumentert da Fridtjof Nansen navigerte Fram over Polhavet i årene 1893–1896.
Ved hjelp av satellittmålinger har man gode observasjoner av isutbredelsen fra 1979 og fram til i dag, mens informasjon lenger tilbake i tid er mer usikker. Det er nå mulig å følge utbredelsen av is daglig med disse målingene. Variasjonen gjennom året er formidabel: 15 millioner km² på vinteren til 7 millioner km² på sommeren. Den årlige smeltingen og isveksten dekker altså et område like stort som Australia.
September 2012 nådde isutbredelsen i Arktis sitt laveste nivå siden satellittmålingene startet i 1979. Sammenliknet med gjennomsnittet for september i perioden 1979–2000 var isdekket nesten halvert. Sommeren 2007 hadde nest minst is, og alle somrene etter har hatt mindre is enn før dette året. I 2009 var Nordøstpassasjen åpen i flere uker, og både Nordvest og Nordøstpassasjen har vært tidvis åpen etter dette. Også om vinteren har isdekket minket, med rekordlavt årlig maksimum i 2015. Det meste av reduksjonen skyldes varmere vann og varmere luft i Arktis, men også større transport av is ut av Arktis mellom Svalbard og Grønland kan ha bidratt.
Snø og is spiller en viktig rolle i jordas klimasystem. En reduksjon av sjøisen får konsekvenser for jordens evne til å reflektere solstråling. Siden sjøis reflekterer omkring 75 % av all solinnstråling, mens åpent hav bare reflekterer omkring 15 % vil en reduksjonen i sjøis utgjøre en såkalt positiv tilbakekoblingsmekanisme på klimaet: Økt temperatur og mindre sjøis fører til at mer varme tas opp av havet, noe som igjen gir en temperaturøkning og enda mer issmelting. Man tror at denne effekten er en av grunnene til at Arktis de siste 50 år har opplevd en oppvarming som er dobbelt så stor som den gjennomsnittlige globale oppvarmingen.
I år 2100 ventes det at Arktis vil ha en vesentlig høyere gjennomsnittstemperatur enn i dag. Hvor mye varmere det blir, avhenger av hvor mye CO2 som slippes ut frem til dette, men det mest optimistiske anslaget fra FNs klimapanel er cirka 2–3 °C varmere i gjennomsnitt. Det mest pessimistiske anslår at det blir 9–11 °C varmere enn i dag. Sannsynligvis vil det være nærmest isfritt i Arktis i september, mens det fortsatt vil være kaldt nok til at havet fryser om vinteren.
Smedsrud, L.H. m.fl. (2008), Recent and future changes of the Arctic sea-ice cover, Geophysical Research Letters.
Spreen, G., m.fl. (2007), Sea ice remote sensing using AMSR-E 89 GHz channels, J. Geophys. Res.,
Stocker, T.F., m.fl. / IPCC, 2013: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change
Bentsen, M. et al., 2012. The Norwegian Earth System Model, NorESM1-M. Part 1: Description and basic evaluation. Geosci. Model Dev. Discuss. 5, 2843–2931.