Bjerknessenterets mål er å forstå klima
til nytte for samfunnet.

Bilde av en bølge. Kilde: Colourbox

Marine hetebølger

En marin hetebølge er en ekstrem tilstand i havet der overflatetemperaturen er unormalt høy, noe som kan ha en stor påvirkning på det marine økosystemet og akvakultur.

Body

Definisjon: En periode der vanntemperaturen er unormalt høy for årstiden i forhold til historiske temperaturer. Den ekstreme varmen varer fra noen dager til flere måneder. Fenomenet kan oppstå hvor som helst i havet, og på en skala opp til flere tusen kilometer. 

- Miljødirektoratet.

For at det skal gjelde som marin hetebølge må temperaturen ligge over 90 persentilen i minst fem dager, altså må temperaturen i havoverflaten falle innenfor 10 prosent av de høyeste temperaturene målt opp mot det historiske langtidsgjennomsnittet. 

En marin hetebølge er heller ikke det samme over alt, det varierer både utifra årstiden og området. For eksempel vil en uke med 14 grader overflatetemperatur i juli regnes som en marin hetebølge i Barentshavet, men ikke i Mexicogulfen. 

Et bilde som inneholder Plottdiagram, line, diagram, bakke

Automatisk generert beskrivelse
Figur 1 viser en hetebølge om sommeren 2016 i Barentshavet som varer i cirka 2 måneder. Den blå linjen viser den historiske gjennomsnittstemperaturen, den grønne linjen viser 90 persentilen, den svarte linjen viser den faktiske temperaturen og det røde området viser når temperaturen gikk inn i en marin hetebølge. Kilde: Mohamed et al., 2022.

Størrelsen og varigheten til marine hetebølger kan variere veldig, fra små regionale hetebølger, til store marine hetebølger som dekker flere tusen kilometer og kan vare i flere måneder. Normalt vil 10 prosent av havoverflaten bli påvirket av marine hetebølger i løpet av sommeren, men sommeren 2023 var hele 40 prosent av havoverflaten påvirket av marine hetebølger.

Et bilde som inneholder tekst, skjermbilde, kart

Automatisk generert beskrivelse
Figur 2: Anomalier i havvarmeinnhold (0-300 meter dyp) for juni 2023. Temperaturene i juni er høyere enn langtidsgjennomsnittet (1993-2016 klimatologi) for denne perioden over det globale havet (røde soner). Høye temperaturer blir også observert i det sentrale og vestlige Stillehavet, noe som viser signaturen til El Niño; og i Nord-Atlanteren, stedet for marine hetebølger i juni 2023. Kilde: Copernicus Marine Service / Mercator Ocean International

Hvordan oppstår marine hetebølger?

Marine hetebølger er vanligvis definert ut fra overflatetemperaturen. Nyere forskning viser at marine hetebølger også kan oppstå ved dypere vannlag. For marine hetebølger i havoverflaten kan mye solinnstråling være en kilde til varmen, for eksempel under et vedvarende høytrykk. Karakteren til en marin hetebølge avhenger også av stratifiseringen, det vil si hvor lagdelt vannsøylen er.

En sterk stratifisering kan føre til en raskere oppvarming av havoverflaten. For at en sterk stratifisering skal skje må havet være såpass rolig at det forhindrer sammenblanding av de ulike vannlagene. Sterk vind, storm, bølger, tidevann, havstrømmer og havvirvler kan alle påvirke og bryte opp stratifiseringen av havet. 

I nordlige havområder er det stor forskjell på lagdelingen om sommeren og vinteren. Om vinteren avkjøler den kalde atmosfæren havet, som gir mye blanding av vannmassene og fører til en svak stratifisering. Om sommeren varmer solen opp det øvre vannlaget, og gir en sterk stratifisering.

Havet kan generelt deles inn i tre soner, den øverste heter den epipelagiske sonen. Jo mer havet varmes på toppen, desto større vil forskjellen være mellom de forskjellige lagene.

Et bilde som inneholder tekst, skjermbilde, Font, Plottdiagram

Automatisk generert beskrivelse
Figur 3: Den røde linjen viser en typisk sjøvannstemperaturprofil. I termoklinen (mellomsonen i havet) synker temperaturen raskt fra det blandede øvre laget av havet (kalt epipelagisk sone) til mye kaldere dypvann i termoklinen (mesopelagisk sone). Kilde: NOAA

En marin hetebølge betyr altså ikke at hele vannsøylen, fra overflate til havbunn, opplever samme nivå av oppvarming. Ved bruk av satellittbilder kan vi se når det utvikler seg en marin hetebølge på havoverflaten. Det er derimot forsket mindre på hvordan havet varmes opp lengre nede i havsøylen, men noen vitenskapelige undersøkelser viser likevel at marine hetebølger også forekommer på havbunnen.

Årsak, hyppighet, omfang og intensitet

Havet er et svært komplekst system, og det mange faktorer som er med på å påvirke hvordan marine hetebølger oppstår og utvikler seg. Det er ikke nødvendigvis en spesifikk hendelse som forårsaker en marin hetebølge, ofte er det snakk om flere hendelser samtidig som gjør at en marin hetebølge oppstår, og som påvirker hetebølgens intensitet og omfang.

Et bilde som inneholder tekst, kart, diagram, skjermbilde

Automatisk generert beskrivelse
Figur 4: En illustrasjonen som viser småskala blandingsprosesser i havet. Kilde: NOAA

Issmelting

Hvor mye av solvarmen som blir tatt opp av havet varierer av flere forskjellige faktorer. For eksempel kan issmelting gjøre at havet tar opp mer varme fra solen som ellers ville blitt blokkert av sjøisen fra å nå fram til havoverflaten. Det er en av grunnene til at Arktis nå opplever hyppigere og mer intense marine hetebølger enn tidligere.

Et bilde som inneholder tekst, skjermbilde, diagram, sirkel

Automatisk generert beskrivelse
Figur 5 viser hyppigheten av marine hetebølger fra 60 breddegrader og nordover. Gjennomsnittet for 2020 i dette området er 1.6 marine hetebølger i året. Rundt Svalbard er gjennomsnittet nærmere 3 marine hetebølger i året. Kilde: Huang et al. (2021)

Havstrømmer

Store havstrømmer, også kalt gyrer, sirkulerer havets vanmasser og danner en stor sirkulasjonscelle som dekker hele havets bredde fra vest til øst. Det er fem store havomfattende gyrer: Nord-Atlanteren, Sør-Atlanteren, Nord-Stillehavet, Sør-Stillehavet og Det indiske hav. 

Havstrømmene er ikke i seg selv en årsak til marine hetebølger, men variasjonene i havstrømmene kan være med å legge til rette for større eller mindre sannsynlighet for at marine hetebølger oppstår. 

Her i Nord-Europa kan vi takke Golfstrømmen for vårt milde tempererte klima. Den sender varmt vann opp fra Mexicogulfen, via Atlanterhavsstrømmen og videre til Norskehavsstrømmen utenfor Norge. Hvis vannet som kommer til Norskehavsstrømmen er uvanlig varmt, så kan det legge til rette for økt sannsynligheten for at vi også får en marin hetebølge utenfor norskekysten.

El Niño 

El Niño–Southern Oscillasjon (ENSO) er et naturlig fenomen som oppstår i det tropiske Stillehavet cirka hvert andre til syvende år. Det er en periode med uvanlig høye temperaturer i vannoverflaten som har en global påvirkning på klimaet. Når havtemperaturen øker, øker også sannsynligheten for en marin hetebølge. Til motsetning har motparten La Nina en kjølende effekt og kan redusere sannsynligheten for marine hetebølger.

Havvirvler

Video av havvirvler utenfor sørkysten av Afrika
Figur 5 viser havvirvler rundt sørkysten av Afrika.

Havet er fult av virvler også kalt eddies som enten trekker kaldt vann opp eller presser kaldt vann ned avhengig av hvilken retning virvlene snurrer i. Disse virvlene kalles også for havets «vær». Havvirvler vil ikke ha en stor påvirkning på marine hetebølger globalt sett, men de kan være med på å skape mindre regionale marine hetebølger.

Atmosfære

Når det er varmt i luften vil det også etter hvert bli varmt i havet. Havet bruker lengre tid på å varme seg opp enn atmosfæren, men hvis atmosfæren holder seg stabilt varmt lenge nok vil det også øke temperaturen i havoverflaten.

Sand og skydekke

Et tett skydekke blokkerer mye av solens varmeenergi fra å nå havoverflaten, mens et lite skydekke gjør at mer solenergi kan bli absorbert av havet. Det samme gjelder også for eksempel sand som blåser over Atlanterhavet fra Sahara. En av grunnene til at den marine hetebølgen i Atlanterhavet 2023 ble såpass stor og intens er at det blåste mindre sand fra Sahara enn normalt, noe som gjorde at mer solenergi ble tatt opp av havet.

Global oppvarming

Siden den industrielle revolusjonen har det blitt gradvis varmere på jorden, noe som også påvirker hyppigheten og intensiteten til marine hetebølger. Når atmosfæren og havet generelt blir varmere øker det sannsynligheten for at marine hetebølger oppstår, samtidig som det endrer langtidsgjennomsnittet. 

Vi måler langtidsgjennomsnittet mot de siste 30 årene, hvis det gjennomsnittet øker vil også 90 persentilen bli høyere. Det som er en marin hetebølge i dag, vil ikke nødvendigvis også være en marin hetebølge om 30 år.

 

Et bilde som inneholder tekst, håndskrift, Font, origami

Automatisk generert beskrivelse
Figur 6: Gjennomsnittlig karakteristikker for marine hetebølger nord for 60°N. marine hetebølger ved bruk av kriteriene 97.5 persentilen (heltrukken svart), 95 persentilen (heltrukkede røde linjer), og 90 persentilen (heltrukkede grønne linjer): (a) Maksimal SST-anomali (SSTA), (b) Gjennomsnittlig SSTA, (c) Maksimal varighet, (d) Total varighet, (e) Frekvens (antall), (f) Areal forhold, (g) Middeltid, og (h) Tidligste (stiplede linjer) og siste (heltrukne linjer) tider. Enhetene er °C i (a) og (b), dag i (c) og (d), ingen i (e), prosent (%) i (f), og måned i (g) og (h). Stiplede linjer representerer de lineære trendene. Kilde: Huang et al. (2021)

 

Figur 6.b viser gjennomsnittsanomalien for marine hetebølger nord for 60°N (den grønne linjen for 90 persentilen) fra år 1980 til 2020. Selv om det er naturlige svingninger, har det likevel vært en jevn økning fra midten av 2000-tallet og frem til 2020. 

Det er spesielt på intensiteten og varigheten av marine hetebølger at vi ser de største endringene, figur 6.d viser gjennomsnittsvarigheten av marine hetebølger i antall dager målt etter 90-persentilen (den grønne linjen). Figuren viser en økning fra et gjennomsnitt på 10 dager med marine hetebølger i 1980 til over 40 dager i gjennomsnitt i 2020.

Økologiske konsekvenser

I de siste 10 000 årene har vi hatt et svært stabilt klima på kloden. Det har gjort at dyre- og planteliv er tilpasset et stabilt klima med forutsigbare sykluser. Marine hetebølger er ekstrem tilstander som dyre- og plantelivet må tilpasse seg i perioder. Når hyppigheten, omfanget og intensiteten til marine hetebølgen øker, vil det også legge et større press på livet i havet som må tilpasse seg enda høyere temperaturer i lengre perioder enn før.

Marine økosystemer er svært komplekse og sammensatte, og marine hetebølger kan ha både direkte og indirekte konsekvenser. Mobile arter som torsk og tunfisk kan flytte på seg hvis de opplever ubehagelige temperaturer, men de økologiske systemene som de er avhengige av som tareskog og korallrev har ikke den samme muligheten og må holde ut til den marine hetebølgen er over. 

Hvis dette økosystemet blir skadet eller ødelagt vil det ha langsiktige konsekvenser på resten av det marine livet i havet. Dersom store mengder fisk beveger seg lenger ned i havsøylen eller flytter til et kjøligere område, kan det også ha en større samfunnsøkonomisk innvirkning på akvakultur og andre marine næringsvirksomheter.

Noen arter trives godt når temperaturen i havet øker, for eksempel kan varmere temperaturer føre til algeoppblomstring. Enkelte bakterier og parasitter kan også øke som følge av marine hetebølger. Mange vibrio-bakterier trenger temperaturer på over 20 grader for å florere. Selv om de fleste er ufarlige for mennesker har det fortsatt vært hendelser med skadelige vibrio-bakterier i Norge. Under den marine hetebølgen i 2018 var det flere som ble syke av oppblomstring av vibrio-bakterier rundt Oslofjorden.

Prediksjon – kan vi forutse marine hetebølger?

Marine hetebølger kan ha store konsekvenser på marine økosystemer – men er det mulig å forutse når marine hetebølger inntreffer?

Svaret er både ja og nei – avhengig av hvilket år man ser på. I Bjerknes Climate Prediction Unit og Climate Futures i Bergen har vi forsket på hvor godt vi kan forutse marine hetebølger i Barentshavet. Mens modellen var god på å forutse en marine hetebølge i 2016 klarte den ikke like godt å forutse en annen marine hetebølge i 2013.

Forskningen viser at det er muligheter for å varsle marine hetebølger, men det er enda ikke sikkert når varselet slår til eller ikke. Når vi jobber med klimavarsling, ser vi ofte på sannsynligheter for at noe skal inntreffe, for eksempel høy eller lav sannsynlighet for marine hetebølger.

A graph of a graph showing the start of a year

Description automatically generated with medium confidence
Figur 7 [HRL2] viser NorCPM (Norwegian climate prediction model) sin sesongvarsling for 2016 i Barentshavet (grå linjer) sammen med NorCPM sin reanalyse (rød linje). kilde: Helene R. Langehaug/Bjerknes Climate Prediction unit og Climate Futures 

Referanser

  1. https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2021GL095590
  2. https://www.miljodirektoratet.no/ansvarsomrader/klima/fns-klimapanel-ipcc/dette-sier-fns-klimapanel/klimabegreper-pa-norsk/
  3. https://coralreefwatch.noaa.gov/product/marine_heatwave/ 
  4. https://www.miljodirektoratet.no/publikasjoner/2022/mars/marine-heatwaves-in-northern-sea-areas-occurrence-effects-and-expected-frequencies/ 
  5. https://www.pml.ac.uk/news/What-we-know-about-marine-heatwaves
  6. https://www.met.no/nyhetsarkiv/na-er-det-kaldt.men-hvorfor-var-kloden-var-sa-varm-i-fjor
  7. https://sml.snl.no/Vibrio
  8. https://www.nature.com/articles/s41467-023-36567-0
  9. https://www.nature.com/articles/s41467-023-38811-z
  10. https://www.nature.com/articles/s41467-023-42219-0
  11. https://www.nature.com/articles/s43247-024-01413-8
  12. https://www.nature.com/articles/s41586-022-04573-9