– Trær vokser raskere i byene, sier Victoria Miles.

Miles, fra Nansen Senter for Miljø og Fjernmåling og Bjerknessenteret for klimaforskning, forsker på hvordan byer i Arktis skiller seg fra områdene utenfor.

Byene på tundraen har mer felles med storbyer som Los Angeles og Mumbai enn man skulle tro.

Storbyene i sør er øyer av varme, med asfaltgater der innbyggerne må slite med høyere temperatur enn i områdene rundt. Først de siste par tiårene er det blitt kjent at også Arktis har sine varmeøyer – at byer som Kiruna, Tromsø og Norilsk er tre-fire grader varmere enn områdene rundt.

– I motsetning til lengre sør, er effekten sterkest om vinteren, sier Victoria Miles.

I går presenterte hun forskningen sin på konferansen Arctic Frontiers i Tromsø.

Grønne veier

Temperaturen i Arktisk har steget mye de siste tiårene, og varmen har fått permafrosten til å tine. I ødelagte myrer har plantene fått dårligere kår. Men i byene viser satellittdata og årringer i trær det motsatte.

Arktiske byer er ikke bare blitt varmere, men også grønnere, enn terrenget utenfor.

At det vokser mer i og rundt byene, skyldes både den ekstra varmen og at bebyggelsen har endret jordsmonnet. Byggearbeid roter opp overflaten, og jorden tar til seg mer varme.

I permafrostområder tiner det øverste laget om sommeren. Grunnen blir bevegelig, og for å unngå at veier og hus ødelegges, legges de høyt, på store mengder grus og sand. Sanden gjør bakken mindre våt, og tørrere forhold gir mer vokseplass både til nye arter og til arter som finnes der fra før.

Satellittbilder viser grønne striper i terrenget – ikke uberørt natur, men veiskråninger.

Varme tak

Med detaljerte satellittbilder kan Victoria Miles og kollegene studere varmefordelingen helt ned på bygningsnivå.

Hun påpeker at varmeøyeffekten også kan være en fordel for innbyggerne i det kalde Arktis. Færre kuldegrader gjør det mer fristende å tilbringe tid utendørs, og om sommeren er det mer vegetasjon.

Kartene deres avslører detaljer som at temperaturen er mye høyere på et stort, flatt hustak enn i parken på den andre siden av gaten. Slik kan de også vurdere hvor langt menneskene som bor i huset må dra for å kjøle seg ned.

Fremover vil Victoria Miles og samarbeidspartnerne se mer på hvordan innbyggerne i arktiske byer forholder seg til grøntarealer, både urbefolkningen og de mange innflytterne.

Det nordlege Atlanterhavet er heim for det største varme- og karbonsluket i verda, og driver omveltningssirkulasjonen i det nordlige Atlanterhavet (AMOC), eit massivt system av straumar som flytter varme og næring rundt på kloden.

Men området er også under raske endringar, som ein regional nedkjøling som går på tvers av den globale varmetrenden, og ei mogleg svekking av AMOC som kan ha store konsekvensar for klimaet og økosystema.

For å betre forstå desse endringane og implikasjonane av desse har prosjektet DYNASOR (DYnamics of the North Atlantic Surface and Overturning ciRculation) blitt starta av eit lag av Bjerknes-forskarar ved Universitetet i Bergen, Havforskningsinstituttet, og NORCE Research Centre i Bergen.

Djup forståing av overfladiske endringar

– Den tiår gamle forestillinga av AMOC som "transportbandet" har kome under stadig nærare gransking etter kvart som viktigheita av overflatesirkulasjonen blir meir og meir tydeleg, seier Andreas Born, DYNASOR-prosjektleiar og professor ved UiB og Bjerknessenteret.

Prosjektet tek sikte på å utforske interaksjonen mellom den subpolare kvervel (subpolar gyre) og sørlege AMOC ved Grønland-Skottland-ryggen (GSR), i tillegg til utvekslinga av vannmasser over denne ryggen, både ved overflata og der vatnet renn over tersklane i djupet.

DYNASOR vil bruke en kombinasjon av dei fremste klimamodellane, paleoseanografiske rekonstruksjonar, og moderne hydrografiske observasjonar for å nå måla sine.

Berre slike tverrfaglege samarbeid gir data på tilstrekkeleg detaljnivå og tidsmessig dekning til å finne ut meir om variasjonane i havstrøymane på tidsskalaer over mange tiår.

Å forstå og forske på svakheitene i klimamodellar er ei viktig oppgåve, især for korleis variasjonane i djupet påverkar dei ulike laga av havet. Dette kan hjelpe til å forstå dei spesifikke grunnane for det observerte varmeholet i området.

Lener set på Bjerknes-styrke

Dette går hand i hand med det strategiske fokuset Bergen sitt forskingsmiljø har på området Nordishavet og dei nordiske hava, eit område som blir sterkt påverka av den nordatlantiske sirkulasjonen.

– DYNASOR trekker på tre kjerneverksemder i Bjerknessenteret: fysisk oseanografi, paleoklimarekonstruksjonar, og karbonsyklus-dynamikk, seier Born, som har ambisjonar om å setje dagsorden for forskingsområdet.

DYNASOR er eit av Bjerknessenterets fem strategiske prosjekt i perioden 2022-2025.

De siste tiårene har det foregått en jevn oppvarming av Arktis, og tilsvarende nedgang i sjøisens utstrekning. Samtidig har det vært ulike endringer i de store sirkulasjonsmønstrene i atmosfæren, som er med på å forme været i over Europa og Asia.

– Vi har studert et fenomen kalt blokkerende høytrykk over Uralfjellene. Slike situasjoner forbindes ofte med kalde vintre i Europa og Asia, siden et høytrykk sender kald luft innover kontinentet i flere dager eller uker av gangen, sier Camille Li, professor i meteorologi ved Geofysisk institutt ved Universitetet i Bergen, og Bjerknessenteret.

Sammen med en gruppe forskere koordinert av Stephen Outten, seniorforsker ved Nansensenteret og forskningsleder ved Bjerknessenteret, har hun nylig analysert den vitenskapelige debatten rundt dette fenomenet. Forskerne har analysert både observasjonsbaserte studier og modellstudier.

Årsak og virkning

­– Om vi ser på den siste hendelsen med avkjøling av Eurasia om vinteren: Var dette hovedsakelig drevet av tap av sjøis, eller var det en naturlig variasjon?, spør Camille Li.

– I det første tilfellet vil endring av sjøisen føre til en respons i atmosfæresirkulasjonen som igjen gir en effekt for vintertemperatur. I det andre tilfellet vil en naturlig variasjon i sirkulasjonen i atmosfæren føre til en respons i både i temperaturer over kontinentet og over Arktis i tillegg til en endring av sjøisen, sier Li.

Debatten handler om årsak-virkning. Mens noen studier ser en sterk kobling mellom tilbakegang av sjøis i Arktis og kalde vintre over Eurasia, mener andre studier at slike sammenfall er tilfeldige, naturlige variasjoner og at det ikke finnes noen årsak-virkning-sammenheng mellom disse fenomenene.

I disse artiklene kan du leser mer om hva diskusjonen handler om:

• Kobler et smeltende Arktis til iskalde vintre
• Surfer på supervinden
• Naturlig kulde i en varmere verden
• Klimaendringer alene forklarer ikke vårt ekstremvær
• Podkast om jetstrømmen

Polarisert debatt

Forfatterne mener debatten har blitt så forvirrende av to grunner. For det første fordi debatten har blitt satt opp som et ja-eller-nei-spørsmål, noe som har ført til svært polariserte synspunkter.

For det andre mener Outten og Li at noen av spørsmålene som er reist i de vitenskapelige publikasjonene har noen nyanser som ikke fullt ut er besvart. I noen av studiene samsvarer resultatene med hverandre, mens det kun er forskernes tolkning av dem som er motstridende.

Mens man i noen studier spør: «Var den siste avkjølingsepisoden mer sannsynlig sett opp mot tapet av sjøis?», spør andre «Er slike hendelser med avkjøling mer sannsynlige nå, altså i dagens tidsperiode med sjøistap, enn det det var «før», altså i den førindustrielle tiden da det var mer sjøis?

Camille Li påpeker at disse spørsmålene er ulike. Man kan fint svare ja på det første, og likevel svare nei på det neste.

Den gylne middelvei

I sin konklusjon lanserer Outten, Li og kollegaer et rammeverk som kan forene de to sidene av debatten.

I stedet for et enkelt ja eller nei, har forskerne utviklet et nytt perspektiv som tar hensyn til begge sider av argumentene.

– Etter vårt syn er det mer konstruktivt å vurdere om de kalde vintrene i Eurasia blir mer sannsynlige på grunn av mindre sjøis, sammen med andre faktorer som påvirker en slik variasjon i klima. På denne måten tar vi hensyn både til interne variasjoner i klima og nedgang i sjøis, sier Camille Li.

På spørsmål om sjøistap øker sannsynligheten for kalde vintre på det eurasiske kontinentet, svarer hun at det er mulig, men at effekten trolig er ganske liten sammenlignet med andre forhold.

Referanse

Outten, S., Li, C., King, M. P., Suo, L., Siew, P. Y. F., Cheung, H., Davy, R., Dunn-Sigouin, E., Furevik, T., He, S., Madonna, E., Sobolowski, S., Spengler, T., and Woollings, T.: Reconciling conflicting evidence for the cause of the observed early 21st century Eurasian cooling, Weather Clim. Dynam., 4, 95–114, https://doi.org/10.5194/wcd-4-95-2023, 2023.

Like sikkert som at solen kommer tilbake i Arktis etter vinteren, får man også oppblomstring av planteplankton i havet. Planteplankton er nederst i den marine næringskjeden, og har derfor stor betydning som mat for artene oppover i næringskjeden.

Torskestammen i Barentshavet er blant verdens største, og sammen med andre store fiskeforekomster i det grunne og næringsrike havområdet, kan det ha stor betydning for fiskeri og fiskeriforvaltning om man kan varsle mengden planteplankton noen år fram i tid.

Hvor stor blomstringen blir og når den skjer, er likevel avhengig av flere faktorer enn solen.

Filippa Fransner er forsker ved Geofysisk institutt og Bjerknessenteret. Hun har i lang tid jobbet med modellering av næringssalter i Barentshavet og utvikling av klimavarsling av planteplankton, spesielt i tilknytning til den store forskningskampanjen Arven etter Nansen. 

Nylig publiserte hun og kollegaer en artikkel med et oppsiktsvekkende resultat – det er mulig å varsle slike oppblomstringshendelser fem år fram i tid.

Sammenfall i observasjoner og modell

Resultatene viser at det er hovedsakelig to forskjellige mekanismer som gjør det mulig å varsle oppblomstring:

I det nordlige Barentshavet, handler det om varsling av utbredelsen av sommerisdekket. Om sommerisdekket er mer eller mindre utbredt, blir det tilsvarende åpning eller ei for sollys inn i vannmassene, og tilhørende oppblomstring. Varslingsmekanismen for utbredelse er allerede veletablert gjennom varslingsmodellen NorCPM (Norwegian Climate Prediction Model). De nye resultatene viser at dette også gir mulighet til å varsle planteplankton, ettersom det er sammenfall mellom resultatene og satellittmålinger av plankton.

– Jeg satt og lekte med målingene i åpningen til Barentshavet, der Havforskningsinstituttet har flere målinger per år. I observasjonene la jeg merke til en nivåtopp av planteplankton som sammenfaller med en nivåtopp i næringssalt, som også går igjen i modellen, forteller Fransner.

I de sørlige delene av Barentshavet, der det i dag ikke er sjøis, er det derimot tilførselen av næringssalter i de innstrømmende vannmassene, som har betydning for oppblomstringen.

I de sørlige delene av Barentshavet så hun så ingen sammenfall i satelittobservasjonene. Da begynte Fransner å dykke dypere i materien sammen med kollegaer på Bjerknessenteret.

Fordi vannet forflytter seg i en viss hastighet oppover langs norskekysten inn mot Barentshavet, kan man med noen års mellomrom varsle pulser av varmere og mindre næringsrike, eller kaldere og mer næringsrike vannmasser inn i Barentshavet.

Et blandebatteri nordvest for Skottland, sør for Island, sørøst for Grønland

Det viser seg som at hvor mye varmt vann som driver oppover langs Norskekysten og inn i Barentshavet, har en sammenheng med et fenomen i havområdet sørøst for Grønland. I havområdet sør for Island, nordvest for Skottland og sørøst for Grønland, finner vi Irmingerhavet og Islandsbassenget. Her finnes en havstrøm som går i en stor virvel – det oseanografene kaller den subpolare gyren.

Denne virvelen omfatter de øverste lagene i havet. Hvor stor denne virvelen er i utbredelse varierer, den trekker seg sammen og vider seg ut med flere års mellomrom, fra fem år til over ti år.

Når gyren er stor i utbredelse, kommer det kaldere og mer næringsrikt vann innover i havstrømmen nordover langs Norskekysten. Når gyren derimot trekker seg sammen, kommer det mer varmt vann inn fra havområdene lengre sør. Dette vannet er varmere og har mindre innhold av næringssalter.

– Man kan kalle dette for et stort blandebatteri. Hvor stor gyren er, avgjør hvor mye varmt eller kaldt vann som får slippe inn i havstrømmen nordover mot Barentshavet og Arktis, sier Marius Årthun, forsker ved UiB og Bjerknessenteret, og medforfatter i studien.

Årthun har lenge jobbet med varsling av sjøis i Barentshavet, basert på temperaturer i havstrømmen som går nordover. Fordi det finnes mange målepunkter med lange tidsserier, vet forskerne at vannmassene bruker omtrent fem år på å forflytte seg fra nordvestkysten av Skottland og inn i Barentshavet.
 

Teoretisk varsel

Kunnskapen om temperatur og havstrømmenes forflytning nordover har Filippa Fransner og kollegaene tatt i bruk. De har ved hjelp av observasjoner og modeller gått tilbake i tid, undersøkt spesielt to hendelser tilbake i tid, for å sjekke sammenhenger mellom utbredelse på gyren og innstrømmende verdier i havstrømmene inn i Barentshavet.

Varslene de nå kan slå fast stemmer, er for hendelser tilbake i tid.

Det er altså et stykke mellom den teoretiske kunnskapen om varsling til man kan ta dette ut i operativ skala. Før en eventuell varsling vil være mulig i framtiden, er det også behov for mer kunnskap om hvordan man kan overføre varslingsmekanismer fra vekst av planteplankton og videre oppover i næringskjeden.

Referanse

Fransner, F., Olsen, A., Årthun, M. et al. Phytoplankton abundance in the Barents Sea is predictable up to five years in advance. Communications Earth & Environment 4, 141 (2023). DOI: https://doi.org/10.1038/s43247-023-00791-9

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.

Om du hadde flydd over Polhavet akkurat nå, ville du sett mer åpent hav under deg enn normalt. September er måneden da isdekket er på sitt minste, fordi sommeren er over og høsten ennå ikke riktig har fått tak. I år er det i tillegg mindre is enn i en gjennomsnittlig septembermåned.

Om dette året skulle følge mønsteret fra de siste tiårene, ville lite sjøis gi oss grunn til å forberede oss på en kald vinter. Mange år med lite sommeris har vært fulgt av lange kuldeperioder i Europa, Sibir og Nord-Amerika. Men forskning antyder at erfaringene våre er av begrenset nytte.

– Lite sjøis forårsaker ikke kalde vintre, sier Peter Siew.

Siew har ledet en ny studie av sammenhengen mellom sjøis og lavtrykksbaner over Nord-Atlanteren. Arbeidet har vært en del av doktorgraden hans ved Bjerknessenteret og Universitetet i Bergen.

Resultatene viser at sjøisdekket i nord neppe har noe å si for vinterværet lengre sør. At det er lite is nå, vil ikke gjøre det kaldere i januar. I den grad isen og vinterværet henger sammen, er det ikke fordi isen påvirker været, men fordi de begge påvirkes av de samme forholdene i atmosfæren om høsten.

Mange kalde vintre etter lite is

Arktis varmes opp raskere enn noen annen del av kloden, og de siste årene har det vært forsket mye på om dette vil kunne få konsekvenser for været i Nord-Amerika, Europa og Sibir. Studier av langsiktige endringer har også belyst hvordan vær og is varierer fra år til år.

Observasjoner fra de siste førti årene kan gi inntrykk av at det er en sammenheng mellom isutbredelsen i Arktis og stormbanene over Nord-Atlanteren. Lite sjøis om høsten har vært fulgt av vintre der lavtrykkene har fulgt sørlige baner innover Sør- og Mellom-Europa. I nord har været vært kaldt og klart i uker av gangen. Motsatt har høstmåneder med mye is vært fulgt av milde vintre, der lavtrykk etter lavtrykk har duret inn i Norskehavet.

Hvis det alltid var slik, burde det være mulig å bruke isforholdene om høsten til å varsle vinterværet. Slike sammenhenger gir håp om sesongvarsler av været flere måneder i forveien, nyttige enten man skal planlegge energiproduksjon, vareinnkjøp eller brøyting av veier.

Men for å kunne bruke det man har observert til å forutsi fremtidsværet, må man vite hva som ligger bak. I første omgang må man også vite at man har sett rett.

Camille Li, professor ved Bjerknessenteret og Geofysisk institutt ved Universitetet i Bergen, forsker på stormbaner og har også deltatt i studien av sjøisen og været.

– Observasjonene kan ikke være gale, sier hun. – Men tolkningen av dem kan.

At kalde vintre har etterfulgt lite is, trenger ikke å bety at det er isforholdene som har gjort vintrene kalde.

Lite is også i år

Etter årets sommer er det lite, men ikke ekstremt lite, sjøis i Arktis. Regnskapet er ennå ikke oppgjort, men amerikanske National Snow & Ice Data Center anslår at isutbredelsen vil ende som den tolvte laveste som er registrert. Sammenlignet med det siste tiåret, ligger 2021 høyest. Sammenlignet med 1981–2010, er det likevel bare tre fjerdedeler så mye sjøis i år som det normalt har vært.

Barentshavet og Karahavet, som forskerne så på i denne studien, er normalt isfrie om sommeren. Men lite is ellers i Arktis kan gjøre at havet vanskeligere fryser til utover høsten, også der.

Når det er mindre is og mer åpent hav, overføres mer varme og fuktighet fra sjøen til atmosfæren. Ingen tviler på det. Spørsmålet er om effekten er stor nok til å endre været flere måneder senere og så langt sør som i Europa.

Klimamodellene frustrerer

For å utforske hva som foregår når ulike fenomener påvirker hverandre – som i tilfellet med isdekket og været – bruker forskerne klimamodeller. I modellene får forhold i havet og atmosfæren utvikle seg slik fysikkens lover bestemmer at de skal. Hvis resultatet stemmer med det man har observert, kan man normalt feste lit til at modellene representerer virkeligheten.

I dette tilfellet har én ting frustrert mange klimaforskere. Sammenhengen mellom sjøis og vintervær, observert i den virkelige verden de siste førti årene, har ikke vært mulig å finne igjen i klimamodellene. I modellene varierer sjøisen og vinterværet fritt og uavhengig av hverandre.

Isdekket og vinterværet har unektelig vært virkelig. Det har fått mange til å lure på om klimamodellene gjør noe galt akkurat på dette feltet.

Svaret ligger i tiden. Hvilke tiår man tar i betraktning, påvirker hva man ser.

Førti år er for lite

Siden slutten av 1970-tallet har satellitter jevnlig overvåket jordoverflaten. Det har revolusjonert oversikten over isforhold og vær. Derfor er det fristende å begrense seg til denne tiden når man skal analysere klimaet.

– Alle skjønner at ett år er for lite til å si noe om klimaet, sier Camille Li. – Men man trodde førti år var nok.

Det var det ikke.

Da forskerne gikk lengre bakover i tid, fra førti til hundre år, endret bildet seg. Sammenhengen de hadde observert mellom sjøisen i nord og stormbanene i Europa, forsvant. De førti siste årene viste seg å være et unntak.

– Jeg mener ikke å si at førti år er for kort til alt, utdyper Camille Li.

Hvis man vil beregne jordens gjennomsnittstemperatur, holder det med førti år. Men hvis man vil forstå kompliserte mekanismer, som sammenhengen mellom isdekket om høsten og vinterværet et annet sted i verden, trenger man data over lengre tid.

I et enkeltår eller noen tiår er det for vanskelig å skille betydningen av ulike fenomener for været. Små variasjoner kunne gitt helt andre utfall enn det vi har sett de siste førti årene.

En av Peter Siews tidligere studier demonstrerer noe av årsaken til dette. Når man skal lage værvarsler, kjører man de samme datamodellene mange ganger med små endringer i utgangspunktet. Det gjør det mulig å si noe om sannsynligheten for at utviklingen skal gå i ulike retninger.

Virkeligheten kan sammenlignes med én enkelt av disse modellsimuleringene. Utviklingen kunne ha gått i en annen retning enn den har gjort.

Hundre år ga andre resultater

Da Peter Siew og kollegene gikk fra førti år til hundre, forsvant problemet de trodde klimamodellene hadde. Sett over en hundreårsperiode, var det fullt samsvar. Verken observasjonene eller modellene viste noen sammenheng mellom sjøisen i Arktis om høsten og vinterværet i Nord-Amerika og Eurasia.

Også andre forhold i atmosfæren og havet var de samme. Dermed kunne de avvise at modellene gjorde noe galt. At koblingen fra sjøisen til vinterværet er upålitelig, har vært vist tidligere, så dette er det viktigste bidraget fra den nye studien.

Hvor kom da sammenhengen mellom is og vær de siste førti årene fra? Den som ikke finnes hvis man ser det siste hundreåret under ett, men som tilsynelatende har gitt oss så mange kalde vintre de siste tiårene?

– Tilfeldigheter, sier Peter Siew.

Han viser til at været varierer kaotisk og at luften er flyktig. I de fleste tiår varierer isen og været uavhengig av hverandre, i de siste førti fulgte de tilfeldigvis samme mønster.

Helt tilfeldig var det kanskje likevel ikke.

Høytrykk bak både lite sjøis og vinterkulde

Noen år bygger det seg opp sterke høytrykk over Uralfjellene. De kan bli liggende lenge og blåser varm luft sørfra mot isen i Barentshavet og Karahavet. Mildværet kan gjøre at sjøen i mindre grad fryser til utover høsten. Da vil det være lite sjøis i november, som er den måneden forskerne brukte observasjoner fra til denne studien.

Peter Siew og kollegene støtter en teori om at slike høytrykk over Ural også gir opphav til kalde vintre. Bølger i luften over høytrykket kan påvirke forholdene i stratosfæren, mer enn en mil over bakken.

Høyt der oppe blåser en sterk virvel av vestavind rundt Nordpolen. Når den forstyrres, kan det påvirke stormbanene lengre sør. Når virvelen i stratosfæren blir svakere, vil vinterværet ofte holde seg stabilt kaldt i lang tid.

Slike sammenhenger gjør det mulig å varsle været for de neste månedene, skjønt ikke like detaljert som i værvarsler for den kommende uken. Man kan anslå sannsynligheten for at det vil bli våtere eller tørrere og varmere eller kaldere enn normalt.

Selv da er det grunn til å være forsiktig. Stefan Sobolowski er forsker ved Bjerknessenteret og NORCE, og har deltatt i den nye studien. Gjennom senteret Climate Futures er han også med på å utarbeide sesongvarsler i praksis.

– Jeg ville verken bruke sjøisen eller høytrykket over Ural til å varsle vinterværet, sier han.

Et sett av vintre å velge mellom

Et blokkerende høytrykk over Ural kan være et forvarsel, men kan ikke forklare mer enn en liten del av variasjonene i vinterværet. Andre forhold kan overstyre signalene til og fra stratosfæren.

Fremfor statistikk og enkle sammenhenger brukes derfor datamodeller som beregner værutviklingen ved hjelp av fysiske lover.

Som i værvarsling, kjøres modellene mange ganger for å gjøre det mulig å vurdere sannsynligheten for at været skal utvikle seg i ulike retninger. Det gir et sett av mulige vintre, og hvis mange av dem er kalde, kan man anta at sannsynligheten er høy for at den kommende vinteren vil bli nettopp det.

September er uansett for tidlig. Stefan Sobolowski vil ikke engang gjette på om vinteren vil bli kald, mild, tørr, våt eller snørik.

– Ikke gå og kjøp en ekstra tykk dyne ennå, sier han.

Kanskje i november

Selv om sjøisen ikke påvirker vinterværet, kan andre slike sammenhenger gjøre været mer forutsigbart. Stefan Sobolowski mener det er god grunn til å tro at det finnes koblinger vi ennå ikke kjenner, og at de i fremtiden vil gjøre sesongvarslene bedre.

Først i januar vil vi med sikkerhet få vite hvordan januarværet blir. Men et forvarsel om årets vintervær håper han å kunne gi oss senere i høst.

– Spør meg igjen i slutten av november!

Se det nyeste sesongvarselet her.

Referanser

P. Y. F. Siew, C. Li, M. Ting, S. P. Sobolowski, Y. Wu, X. Chen, North Atlantic Oscillation in winter is largely insensitive to autumn Barents-Kara sea ice variability. Sci. Adv. 7, eabg4893 (2021)
https://advances.sciencemag.org/content/7/31/eabg4893

Siew, P. Y. F., Li, C., Sobolowski, S. P., and King, M. P.: Intermittency of Arctic–mid-latitude teleconnections: stratospheric pathway between autumn sea ice and the winter North Atlantic Oscillation, Weather Clim. Dynam., 1, 261–275, https://doi.org/10.5194/wcd-1-261-2020, 2020.

Kolstad, E. W., & Screen, J. A. (2019). Nonstationary relationship between autumn Arctic sea ice and the winter North Atlantic oscillation. Geophysical Research Letters, 46, 7583– 7591. https://doi.org/10.1029/2019GL083059