Gå til hovedinnhold

The Bjerknes Centre is a collaboration on climate research, between the University of Bergen, Uni Research, the Institute of Marine Research, Nansen Environmental and Remote Sensing Centre.

Hvilke prosesser styrer klimavariasjonene?

Sjøisen i Arktis og vindstrukturer i stratosfæren kan hjelpe oss til å forstå klimavariasjoner i vår region.

Av: Justin Wettstein, Uni Bjerknessenteret og Nils Gunnar Kvamstø, UiB

Den nordatlantiske oscillasjonen (NAO) er et av de mest framtredende klimavariasjonsmønstre utenfor tropene. NAO har en sterk innflytelse på klimaforholdene i Europa og Skandinavia. En bedre forståelse av dette værmønsteret vil kunne bidra til sikrere klimavarsler.

Rolige vindforhold

Klimavariasjoner har stor innflytelse på nedbør, vind og temperaturer i luft og hav. Den uvanlig kalde og tørre vinteren vi hadde i 2009/2010 over Nord-Europa og Skandinavia er et eksempel på naturlige klimavariasjoner knyttet til NAO. Denne vinteren var NAO inne i en langvarig negativ fase som medførte rolige vindforhold hos oss og lite transport av varme og fuktighet som er framtredende i den positive fasen av NAO (se Figur 1). NAO er det mest robuste variasjonsmønsteret vi har utenfor tropene, og det har en sterk innflytelse på klimaforholdene i Europa og Skandinavia, særlig på vinteren.

 
Figur 1. Skisse av NAO-mønsteret i positiv (øverst) og negativ (nederst) fase. Over tid vil NAO gjennomgå positive og negative faser av varierende lengde og styrke. I motsetning til hva navnet indikerer opptrer mønsteret ikke periodisk. Figuren er hentet fra NCDC.NOAA.gov


De mest framtredende variasjonsmønstrene betegnes som naturlige moder i klimasystemet, og kan gjerne sammenlignes med grunntonene i et musikkinstrument. Disse modene representerer mest sannsynlig de komponentene i klimaet som er mest sensitive til endringer i jordas energibalanse i form av endret drivhusgassinnhold og andre naturlige og menneskeskapte klimapådrag. Derfor kan endrede klimapådrag føre til en forskyvning i styrkeforhold og frekvens mellom klimamodene og dermed forårsake framtidige klimaendringer. Vår forståelse av de grunnleggende trekk ved klimamodene er mangelfull. Økt forståelse av de fysiske prosessene som forårsaker de dominerende klimamodene er derfor helt essensielt for å forstå dagens klima og de endringene som står framfor oss. Dette er et stort internasjonalt forskningstema. I prosjektet COMPAS under NORKLIMA-programmet har vi arbeidet med spørsmål innen denne tematikken og gjort flere funn som er dokumentert i internasjonale artikler.

Variasjoner i stratosfæren påvirker klimaet

Tidligere forskning har vist at sjeldne forstyrrelser av sirkulasjonsmønsteret høyt oppe i den polare stratosfæren – 40 til 50 kilometer over bakken, kan forplante seg helt ned til bakkenivå og påvirke klimaet her. Over det siste tiåret har vi fått en bedre forståelse av denne prosessen, og I COMPAS-prosjektet har vi sett på hvordan lavtrykkenes plassering og intensitet blir påvirket av disse stratosfærehendelsene. Når det nedoverrettede signalet fra stratosfæren inntreffer med den ene fasen av NAO-mønsteret, får vi en markert påvirkning av plassering og intensitet av lavtrykkene i både Stillehavet og Atlanterhavet. Inntreffer signalet med den andre fasen av NAO, får vi kun en moderat påvirkning på lavtrykkene nedstrøms i Atlanterhavet. Et annet interessant funn er at vi ser klare tegn til omlegginger i lavtrykksaktiviteten i Atlanterhavet i forkant av et skifte i NAO-mønsteret – fra negativ til positiv fase og omvendt (Breiteig 2008). Dette indikerer at lavtrykksaktiviteten spiller en vesentlig rolle for utviklingen av den nordatlantiske oscillasjonen.

Sjøisen i Arktis påvirker lavtrykksbanene

I COMPAS har vi også studert sjøisens betydning for utviklingen av NAO. Forskerne Seierstad og Bader simulerte i 2009 atmosfæresirkulasjonen med en global klimamodell der sjøisens utbredelse i nord ble kraftig redusert – omtrent som IPCC modellene forventer i 2100. Øvrige egenskaper ved underlaget og strålingspådrag i deres simulering er som i dagens klima. De fant at den isolerte effekten av et redusert sjøisdekke ga flere vintre – spesielt mars måned – enn normalt med negativ NAO. Altså slik som vår foregående vinter. Vi kan likevel ikke dra den slutning at vi lokalt får tørrere og kaldere vintre under global oppvarming. I realiteten vil en endring i atmosfæresirkulasjonen være en respons på for eksempel endret strålingspådrag, vedvarende endringer i snø- og isforhold og sjøtemperaturer. Det innbyrdes styrkeforholdet mellom pådragene som påvirker NAO, kjenner vi dårlig. Derfor kan vi kun uttale oss om hvilket bidrag en endring i sjøisen isolert sett vil gi.

Klimavariabilitet, jetstrømmer og lavtrykk

Tradisjonelt har analyser av NAO basert seg på bakkeobservasjoner, fordi disse har best kvalitet og størst utbredelse i tid og rom. Inntil for få tiår siden har denne tradisjonen hindret innsikt i sammenhenger mellom NAO og forhold i øvre troposfære. I COMPAS-prosjektet har forskerne Wettstein og Wallace vist at det opprinnelige bakkemønsteret som ble definert som NAO, i stor grad kan ses på som en manifestasjon av konsistente forbindelser mellom jetstrømmens styrke og posisjon og den geografiske fordeling av lavtrykksaktivitet i den øvre troposfære. Denne typen sammenhenger finnes også for flere av de andre klimamodene i Stillehavet og på den sørlige halvkule. For klima-prediksjoner betyr dette at modellene må ha realistiske simuleringer i øvre troposfære for å kunne forutsi regionale klimaendringer ved bakken.

De studiene vi har gjort på klimavariabilitet i COMPAS illustrerer godt kompleksiteten i klimasystemet og at det er langt igjen før vi har en tilfredsstillende forståelse. Vi synes det er viktig å understreke hvor viktig det er å øke forståelsen av de fundamentale trekkene ved klimavariabilitet som vi observerer. Det er helt essensielt for å tolke, forstå og håndtere de resultatene klimamodellene gir om framtidige klimaendringer.

Referanser

Breiteig, T., 2008. Extra-tropical synoptic cyclones and downward propagating anomalies in the Northern Annular Mode. Geophysical Research Letters 35: L07809.
Seierstad, I. A. and Bader, J., 2009. Impact of a projected future Arctic Sea Ice reduction on extratropical storminess and the NAO. Climate Dynamics 33: 937–943.
Wettstein, J.J. and Wallace, J.M., 2010. Observed patterns of month-to-month storm track variability and their relationship to the background flow. Journal of the Atmospheric Sciences 67: 1420–1437.

Artikkelen er en sampublikasjon med Klima 5-2010.