De siste 120 årene har overflatetemperaturen i Nord-Atlanteren svingt opp og ned i perioder på noen tiår. Havet var varmere i 1930–1965 og etter 1995, kaldere i 1900–1930 og 1965–1995. Tilsvarende skift kan spores i været i landene rundt Atlanterhavet.

At temperaturen har gått opp og ned flere ganger, antyder at det finnes naturlige mekanismer som får Atlanterhavet til å svinge. Men fort går det ikke.

Måledataene tilsier at det går seksti til åtti år fra en varmeperiode til den neste. Derfor er måleserien for kort til å avkrefte at det dreier seg om tilfeldige sammenfall eller til å finne årsaken til at temperaturen svinger.

– Skyldes det vulkaner, spør François Counillon. – Solen? Variasjoner i havsirkulasjonen eller bare tilfeldigheter? Vi trenger en lengre periode med data for å skjønne hva som foregår.

Som forsker ved Nansen senter for miljø og fjernmåling, leder Counillon Bjerknessenterets nye satsning på modellering av fortidens klima. Sammen med kolleger vil han bruke en klimamodell til å simulere klimaet på jorden, ikke fremover, men for det siste tusenåret. Tusen år er lenge nok til at man kan utforske svingninger som den i Nord-Atlanteren.

Lange simuleringer av fortidsklimaet finnes fra før. Også materialer fra havbunnen har gitt innsikt i hvordan klimaet har variert. Det nye er at begge typer data skal kobles. Bjerknes-forskerne vil la gamle skjell og koraller styre en klimamodell.

Modeller gir deg hele verden

En klimamodell er en forenklet fremstilling av virkeligheten, en digital klode der geografien og klimaet er mest mulig likt jordens. Man kan sette modellen i gang og se hvordan hav, luft, isbreer og regnskog utvikler seg under gitte forutsetninger.

Sammenlignet med observasjoner, har modeller den fordelen at de gir deg hele verden, også forhold det ikke finnes målinger av. Fysikken i vind og havstrømmer er som i virkeligheten. Derfor kan modellen gi informasjon om havstrømmer i Atlanterhavet for tusen år siden – uten at vikingene senket et eneste måleinstrument i sjøen.

Ulempen med modeller er at de kan komme skjevt ut. Modellen trenger ikke å gjøre noe galt, men små avvik kan vri utviklingen i en annen retning. Historiens gang – også i vær og havstrømmer – var bare ett av flere mulige utfall.

Får ikke trave av gårde

Oftest begynner en klimasimulering bra, med et modellklima som er som i virkeligheten. Men etter å ha kjørt en stund, kan modellen ta en annen retning, som en hest som får gå fritt over et jorde. Det er ingenting i veien med hesten, men innimellom må rytteren sørge for at de kommer frem til rett sted.

– Det er som i et kryss der man kan ta til høyre eller venstre, sier François Counillon. – Vi vil forsikre oss om at modellen alltid velger riktig retning. Historiske data skal fungere som et kompass.

Fordelen med simuleringer av fortiden er at vi vet hva som skjedde. Observasjoner fra gammel tid skal lede modellen inn på rett avkjørsel. Også det er gjort før, men i den nye tusenårssimuleringen skal François Counillon og kollegene stramme tømmene.

Klimamodellen skal aldri få galoppere vilt. Virkelighetens klima skal få den på riktig kurs før den kommer langt.

Metoden kalles dataassimilering og innebærer å samle all tilgjengelig informasjon om klimaet til enhver tid. Det fullstendige bildet brukes til å korrigere modellen før man kjører videre. Slik sikrer man et virkelighetsnært klima gjennom hele det tusenåret simuleringen skal dekke.

Skjell og koraller tøyler modellen

Måledata finnes kun for et hundreår eller to. Fortidens havtemperatur må rekonstrueres. Til dette kan fortidsklimaforskerne bruke stoffer i skjell, i koraller og i fossiler i sedimentene på havbunnen.

Dette er indirekte klimaindikatorer eller såkalte stedfortrederdata – ikke direkte målinger av klimaet, men av egenskaper som ble påvirket av klimaet da organismene levde. Ved å måle dem, kan man utlede om det har vært varmt eller kaldt, tørt eller vått.

Utvalget er begrenset sammenlignet med moderne måledata, men slår man sammen all tilgjengelig informasjon, er grunnlaget godt nok til å holde modellen i tømmene.

En fortid nærmere den virkelige historien

Selv om temperatursvingningen i Nord-Atlanteren bare er observert i et drøyt hundreår, kommer den tydelig frem i simuleringer som allerede er gjort. I klimamodellene knyttes den til variasjoner i den store omveltningssirkulasjonen som Golfstrømmen er en del av.

I den nye tusenårssimuleringen, der skjell og koraller binder modellen til virkeligheten, vil fremstillingen av Nord-Atlanterens klima være mer realistisk enn i tidligere simuleringer.

François Counillon og kollegene vil finne ut om temperaturen i Nord-Atlanteren på lang sikt påvirkes av vulkanutbrudd, av variasjoner i havstrømmer og av hvor mye solstråling jorden og havet mottar. I tillegg vil de utforske hvordan temperatur og havstrømmer i Atlanterhavet samvirker med fenomener som El niño i Stillehavet.

– Med en bedre forståelse av hva som driver variasjonene i havet, håper vi å kunne forbedre klimavarslene for fremtiden, sier François Counillon.

Les mer om fortidsklima.

– Hvis kysten er bratt og steinete, kan havet stige en meter uten at det gjør noe, sier Kristin Richter.

Forskeren fra NORCE og Bjerknessenteret deltar i Bjerknessenterets nye satsning på havnivåberegninger.

Hvis verdens kontinenter var avgrenset av høye klipper, ville centimeter vært en enhet uten betydning. I realiteten gjør hver millimeter havstigning en forskjell et eller annet sted i verden. 

Målet med den nye satsningen er mer detaljerte scenarioer for hvor høyt vannet vil stå langs kysten av Nord-Europa og i Arktis. Da må man ta hensyn både til vann og til land.

Havnivå er mer enn hav

Siden begynnelsen av 1990-tallet har det globale havnivået steget mer enn tre centimeter per tiår. Smeltevann fra breer har gitt verdenshavene påfyll, men en stor del av stigningen skyldes at havet er blitt varmere. Varmere vann tar større plass.

Når vannet i dyphavet varmes opp, stiger overflaten av det åpne havet, og vann renner mot verdens kontinenter. Men nøyaktig hvordan endringene i dypet vil forplante seg innover mot land, vet man ennå ikke.

– Havet kan komme til å stige mer når det kommer inn over sokkelen, sier Antonio Bonaduce, forsker ved Nansensenteret og Bjerknessenteret. – Effekten av havbunnen er foreløpig for lite utforsket.

Kyststrømmer og bunnforhold styrer vannet når det nærmer seg kysten. Til sammen kan slike effekter slå ut i ulik retning på ulike steder. Konsekvensene kan også variere over tid.

Kysten ligger ikke fast

Havet stiger ikke jevnt langs verdens kystlinjer. Når breis smelter på Grønland, havner mer smeltevann i tropiske hav enn i nord. Det skyldes at istapet gjør Grønland mindre og lettere, med svakere gravitasjonskraft. At vannet utvider seg mest der sjøen varmes mest opp, skaper også forskjeller. Slike effekter tar klimamodellene allerede hensyn til.

Men selve kysten har man så langt ikke tatt med i betraktningen. Med den nye satsningen vil forskerne inkludere både vann og land.

Klimamodeller med mer detaljerte bunnforhold og kystlandskap er blant verktøyene forskerne vil bruke for å beregne havstigning mer nøyaktig. I tillegg skal geologer vurdere grunnforholdene der vannet treffer land.

– Også kysten kan endre seg, sier Antonio Bonaduce.

Land stiger eller synker. Sedimenter vaskes ut. En vinterstorm kan rive med seg en sandstrand. Kystlinjen er i evig forandring, og hvor langt innover land vannet vil nå, avhenger både av hvor mye havet stiger og av endringer på land.

– På steder der det er flatt på land, bør fem centimeter fra eller til bry oss, sier Kristin Richter.

Store skip krysser havområder som før lå utilgjengelige under isen. Ikke bare er det blitt flere fiskebåter, men også tankskip og cruiseskip. Ifølge en rapport fra Arktisk råd økte den tilbakelagte distansen i Arktis 75 prosent fra 2013 til 2019.

Satellittbilder og iskart hjelper kapteinene med å finne farbare ruter. Kartene viser hvilke områder som er dekket med is og hvor sammenpakket isen er. Det de ikke sier noe om, er morgendagen.

Sjøis kan vokse opptil ti centimeter i døgnet, og is kan sprekke opp og drive langt på kort tid. I ung is glir lagene over hverandre, mens eldre is stuver seg opp når den presses sammen. Satellittbilder kan verken vise hvor tykk isen er, hvor den vil drive eller om det vil dannes ny is der vannet var åpent da bildene ble tatt.

Datamodeller som beregner isdekket i dagene fremover, finnes. Prinsippene er de samme som brukes for å varsle morgendagens vær. Men isens bevegelser er komplekse, og retningen kan endres på bare hundre meter. Foreløpig er isvarsling på forskningsstadiet.

– Modellene gir brukbar informasjon sju dager frem i tid, men er fremdeles ikke pålitelige nok til å navigere etter, sier Tarkan Bilge.

Han er overingeniør ved Bjerknessenteret og Universitetet i Bergen og har ledet en studie av isvarslingsmodeller. I studien sammenlignet forskerne isvarslene fra fire modeller med observasjoner av isen i Barentshavet.

Når Tarkan Bilge ikke vil anbefale noen å stake ut kursen etter dagens isvarsler, er det ikke fordi de normalt ikke treffer. I gjennomsnitt kan modellene forutsi sjøistykkelsen en uke fremover ganske godt. Men enkelte dager blir det helbom.

I islagte farvann er rutevalg et spørsmål om liv og helse. Da holder det ikke å vite at overfarten i gjennomsnitt vil gå bra.

Isvarsler kan være klare om noen få år

– Jeg tipper det vil gå tre-fire år, så er vi der, sier Laurent Bertino. – Det er lite sammenlignet med de tjue årene vi har jobbet med dette.

Bertino er seniorforsker ved Bjerknessenteret og Nansensenteret. Gruppen hans har drevet en isvarslingsmodell siden 2003, og siden 2008 har også Meteorologisk institutt vært involvert i arbeidet.

De siste sju årene har de norske isvarslingsforskerne hatt ansvar for å levere offisielle isvarsler for Arktis, som en del av EUs jordobservasjonsprogram, Copernicus.

Den nye studien var den første som sammenlignet slike varsler med målt istykkelse nær iskanten i Barentshavet. Dataene kom fra målebøyer satt ut i forbindelse med utredning av petroleumsvirksomhet og er ikke offentlig tilgjengelige.

Slike måledata direkte fra havet er ifølge Laurent Bertino uunnværlige hvis isvarslene skal kunne bli bedre. Satellittbilder viser hvor isen ligger, men selv om noen av dem også kan måle istykkelse, er slike data foreløpig usikre. Å sammenligne gamle varsler med observasjoner, er heller ikke nok.

Modellsimuleringene må starte fra det best mulige utgangspunktet, med best mulig oversikt over forholdene akkurat nå. Alt som finnes av observasjoner, må samles og inkluderes fra starten av. Metoder for å kombinere data på denne måten, kalt dataassimilering, er et viktig forskningsfelt både for ismodeller og andre vær- og klimamodeller.

I denne podkasten forteller isforsker Anton Korosov ved Bjerknessenteret og Nansensenteret mer om isvarsler og om hvordan nye måter å utnytte satellittdata på kan forbedre dem.

Må kunne varsle isfjell

– De som bruker isvarsler i dag, bruker dem for å unngå isen, sier Laurent Bertino.

Kapteiner som skal operere inne i områder med pakkis, trenger varsler som tar hensyn til drivende isfjell og is som slår milelange sprekker og driver mot andre områder. I dagens varsler plasseres iskanten med en usikkerhet på rundt 50 kilometer.

Med en kombinasjon av nye satellitter, en ny sjøismodell og nye måter å sammenstille alle dataene på, har Laurent Bertino tro på at ventetiden på mer nøyaktige varsler ikke vil bli for lang.

– Jeg er optimist, sier han.

Referanse

Bilge, Tarkan A., Nicolas Fournier, Davi Mignac, Laura Hume-Wright, Laurent Bertino, Timothy Williams, and Steffen Tietsche. 2022. An Evaluation of the Performance of Sea Ice Thickness Forecasts to Support Arctic Marine Transport Journal of Marine Science and Engineering 10, no. 2: 265. https://doi.org/10.3390/jmse10020265

I en hangar i Kiruna står tre fly klare til å ta av. Rundt 140 forskere, flygere og teknikere har kommet til byen for å håndtere dem. Fra Ny-Ålesund på Svalbard skal fjernstyrte ballonger drive sørover over Norskehavet, der forskningsskipet Helmer Hanssen er på vei mot Øst-Grønland.

På Jan Mayen, Bjørnøya, Andenes og helt sør til Ålesund står folk klare til å ta vannprøver hvis det skulle begynne å snø eller regne akkurat der. Slik skal de holde på i tre og en halv uke.

Alt dette for noen dråper vann. Og ja, det er helt vanlig vann.

Uvanlig innsamling

Det uvanlige ligger i rollen vannet er tiltenkt. Måledata fra vannets ferd skal vise hva som har mest å si for hvor mye det regner og snør. Da vil man også få vite hvordan værvarslingsmodeller bør programmeres for å gi de best mulige varslene av skyer og nedbør.

– Nå er nesten alt på plass, sier Harald Sodemann, professor ved Bjerknessenteret og Geofysisk institutt ved Universitetet i Bergen.

Han leder én av tre forskergrupper som skal være i Kiruna, med ansvar for det ene flyet. At alle tre skal dit samtidig, skyldes tilfeldigheter, men med et felles mål om å utforske atmosfæren kan de hjelpe hverandre.

Fire dager før avreise har han det fremdeles travelt med pakking og organisering, men han har fått tid til å begynne å tenke på været.

Ønsker seg passe dårlig vær

– Drømmeværet er et kaldluftsutbrudd, sier Harald Sodemann. – Og det får vi.

Han ser fornøyd på et værkart på dataskjermen sin. Kartet viser et lavtrykk ved iskanten sørvest for Svalbard den første uken.

Under slike forhold krysser kald luft fra det isdekte Polhavet iskanten og strømmer sørover over åpne områder av Grønlands- og Norskehavet – et utbrudd av kald luft fra isen og utover havet. Polarluften er tørr, og når den kommer ut over åpent hav, tar den opp mengder av fuktighet fra sjøvannet. Sterk vind skaper ekstra stor fordampning, og den fuktige luften driver videre mot norskekysten.

Når luften fra nord og nordvest treffer land og stiger mot fjellene, kan det oppstå kraftige snøbyger. Slikt vær forbindes med mengder av snø i kystområdene i Nord-Norge og med ising på skip. I ekstreme tilfeller kan det gjøre stor skade – i seg selv en god grunn til å forske på slikt vær.

I dette tilfellet er det en annen grunn til at akkurat dette været er valgt.

At luften som strømmer fra isen er kald, er ikke i seg selv så viktig. Det som betyr noe for Harald Sodemann og de andre forskerne, er at denne luften inneholder så lite vann.

– Fordi luften er tørr så lenge den strømmer over isen, vet vi at alt vannet som senere faller ned over Norge, kommer fra havet, sier han.

Ved et kaldluftsutbrudd kan forskerne følge de samme vannmolekylene hele veien – fra de fordamper fra havet, mens de kondenserer til vanndråper og fryser til is i skyene og til de lander i nedbørmålere eller legger seg som snø på bakken.

De må bare klare å fange dem.

Et fly med nese for skyer

– Vi skal reise dit vannet fordamper og følge dette vannet videre, sier Harald Sodemann. – Da må vi ha et flygende laboratorium.

Flyet som skal følge vannets reise, tilhører Frankrikes nasjonale forskningssenter, CNRS. Det er spesielt godt egnet til å fly inne i skyer og er utstyrt med instrumenter som registrerer ørsmå detaljer i skyene. Blant annet kan de telle skydråper, skille mellom is og vann og fryse ut vanndamp fra luften.

Tre personer skal til enhver tid følge med på værvarslene. Flyet skal sendes til havområder der det varsles høy fordampning. Med spesielle modeller skal forskerne beregne hvor luften og vanndampen så vil bevege seg.

– Hvis vann fordamper ved iskanten og 24 timer senere skal være ved Bjørnøya, sender vi flyet til Bjørnøya, sier Harald Sodemann. – Etter 48 timer er vannet et annet sted, og da sender vi flyet dit.

Slik skal de følge vannet.

Observatører i Longyearbyen, på Bjørnøya, på Jan Mayen, på Andenes, i Abisko, i Kiruna og så langt sør som i Ålesund står klare til å fange opp vannet når det lander. Hvis værvarslene tilsier at akkurat dette vannet vil regne eller snø ned et sted mellom Andøya og Kiruna, setter forskerne seg i bilen og kjører dit.

Mens fly tar av og lander i Kiruna, skal seks ballonger sendes opp fra forskningsstasjonen i Ny-Ålesund på Svalbard. Ballongene vil bevege seg opp og ned i de nederste tre kilometerne over havet, fjernstyrt fra USA. På vei sørover vil de samle inn data som viser hvordan fuktig luft fra havet blander seg med tørrere luft lengre oppe, også det viktig for å vite hva som har skjedd med skyvannet som når norskekysten.

Vil forbedre værvarslene

Ved å studere hvordan vann sirkulerer i naturen, håper Harald Sodemann å kunne forbedre måten dette fremstilles på i værvarslingsmodeller. Da skal modellene kunne beregne nedbør mer nøyaktig.

– Ofte oppstår værsituasjoner der vi ikke helt skjønner hvordan en modell kommer frem til et bestemt resultat, sier han.

En viss mengde regn kan skyldes at en viss mengde vann har fordampet fra havet. Men hvis overgangen fra vanndamp til vanndråper har vært mer effektiv, kan den samme nedbørmengden ha krevd mindre vanndamp. Med bare vanlige værobservasjoner er det umulig å vite hva som er den egentlige årsaken.

For å finne ut det, trenger de prøver av selve vannet og av vanndampen i luften. Vanlig vann inneholder flere isotoper – ulike varianter av vannmolekyler – som tungtvann og flere former for halvtungt vann, i tillegg til det vi må kunne kalle helt vanlig vann.

Alle disse isotopene forekommer naturlig i en vanndråpe. Men hvor mye vann av hver variant en vanndråpe inneholder, avhenger av hva vannet har gått gjennom.

Derfor kan Harald Sodemann og forskerne hans bruke vannprøver til å si noe om forholdene i havet der vannet fordampet, og om hva som har skjedd med vannet i luften og i skyene. Slik kan de skille virkningen av ulike forhold på regnet eller snøen som faller.

Viktig også for annet regnvær

Forbedringene de håper å kunne gjøre i modellene, vil ikke være begrenset til kaldluftsutbrudd. Hovedgrunnen til å velge slikt vær for målekampanjen, er at hele reisen fra vannet fordamper til det igjen når bakken, er unnagjort på to-tre dager.

Om de skulle gjort noe tilsvarende for lavtrykkene som kommer sørfra mot Norge over Atlanterhavet, ville de måtte overvåke luften over et mye større område i minst en uke.

– Da ville vi trengt mange flere fly, sier Harald Sodemann.

Ber påsketurister om assistanse

Når fly og forskere forlater Kiruna like før påske, gjenstår fremdeles noe målearbeid. Det skal påsketurister i Nord-Norge få ta seg av. Forskerne vil be skifolk om å hjelpe dem med å samle inn snø de kan ta prøver av.

Skal du på påsketur? Les mer om hvordan du kan bli med på denne folkeforskningen her.