Den globala vattencykeln i ett varmare klimat Vad kan detta innebära för Sverige? Lennart Bengtsson Medlem av KVA International Space Science Institute, Bern University of Reading
Det globala klimatproblemet Hur stort är det? Varför har det blivit en sådan enorm politisk och medial fråga? Hänger vetenskapen med i den politiska svängen? Vad har hänt hittills: En ökande temperatur ( de senaste 30 åren ca 0.017 C/år)* Ett stigande havsvattenstånd ( de senaste 20 åren ca 3 mm/år) Ändringar i extremväder och i den hydrologiska cykeln (hittills knappast möjligt att fastställa) *Nedre troposfären: 0.012-0.014 C/år
Den globala temperaturen 1950-2011
Vad händer med den hydrologiska cykeln? Den globala nederbörden under 100 år
Den globala vattencykeln
CO 2 är huvudorsaken medan H 2 O är en del av klimatsystemets reaktion Uppehållstiden för CO 2 i atmosfären är från år till flera årtusenden Uppehållstiden för H 2 O är 7-8 dagar CO 2 H 2 O H 2 O, ehuru en kraftfull växthusgas, drivs av temperaturen som i sin tur drivs av de långsamma komponenterna i klimatsystemet.
Clausius-Clapeyron relation Relation between temperature,t and saturated water vapor, e s Atmospheric temperature determines water vapour following the C-C relation
Water vapour and temperature For a temperature change, dt, the humidity change, dq, follows the C-C relation seen as a conservation of relative humidity Observations and model calculations from observed SST 1979-2005 dt + 0.4 C dq + 3% Held and Soden, 2006 dt+ 4 C dq + 35% Model 1860-2100 Semenov and Bengtsson, 2002
Ökning av temperatur, T, vattenånga, q, och nederbörd, P. Notera att det är ingen ökning av växthusgaserna efter 100 år.
Varför ökar vattenångan snabbare än nederbörd totalt på jorden och vad är orsaken? Vattenångehalten styr av den 3-dimensionella atmofärcirkulationen. Nederbörd = Avdunstning bestäms av energibalansen vid jordytan Vattenångan ökar alltid i ett varmare klimat men nederbörden kan under vissa betingelser ( hög aerosolhalt t ex.) tom minska!
The atmospheric water cycle The atmospheric water cycle follows closely Clausius- Clapeyrons (C-C) relation. (6-7%/1 C) That means that also transport of water vapour scales with the C-C relation. That means more precipitation in areas of convergence The global precipitation increases much slower than global water vapor. (1-2%/1 C)
Horizontal transport of moisture, F After Held and Soden (2006) Horizontal transport of moisture from the IPCC scenario A1B (solid) Transport by the simple formula (2) scaled by CC (dashed)
Effect on P-E
IPCC 4th Ändring av den hydrologiska cykeln assessment, 2007
Kryosfären ( picture by Frederic Edwin Church)
Vad händer med den regionala vattencykeln? Transport av vattenånga styrs av Clausius-Clapeyron relation Detta betyder att konvergens och divergens av vattenånga kommer att ändras. Detta betyder mindre nederbörd i områden med utflöde och mer i områden med inflöde. Ökad transport av vattenånga (latent värme) leder till reducerad transport av intern energi (försvagning av atmosfärcirkulationen)
Climate change experiment using ECHAM5 We have investigated two periods: 20 C: 1959-1990 using observed/estimated greenhouse gases and aerosols 21 C: 2069-2100 using scenario A1B A1B is a middle-of-the-line scenario Carbon emission peaking in the 2050s (16 Gt/year) CO 2 reaching 450 ppm. in 2030 CO 2 reaching 700 ppm. in 2100 SO 2 peaking in 2020 then coming done to 20% thereof in 2100
Transport av vattenånga över 60 N Annual mean calculated for every 6 hrs. T213 resolution ( ca 50 km) ERA-Interim re-analysis 1989-2009 (Observation) ECHAM5 (T213) for the period 1959-1990 (Modellberäkning av nuvärdet) ECHAM5 (IPCC scenario A1B) 2069-2100 (Modellberäkning av den framtida värdet) Bengtsson et al., 2011
Massbalansändring över 100 år GRÖNLAND - 519 km 3 /year
Massbalansändring över 100 år ANTARKTIS +289 km 3 /year
Förändring i havsvattenståndet som en följd av enbart massbalansändringar. Bidrag från Grönland (röd), from Antarktis (blå).totalt bidrag (svart). ECHAM5 model, IPCC Scenario A1B, MPI, Hamburg cm. Greenland Total Antarctica
P Huybrechts
Vad kan vi vänta oss de kommande 50 åren? Klimatprognoser är till sin natur osäkra och bör endast användas som en riskbedömning. Det är omöjligt att uttala sig om klimatändringar för enskilda år eller decennier. Det allvarligaste är sannolikt ändringar i nederbörd som för Nordeuropa och Arktis innebär ökad nederbörd medan exempelvis Medelhavsområdet riskerar ökad torka eller förlängda torrperioder. Liknande ändringar med ökad torka kan förväntas i latitudbältena 20-40 N och 20-40 S. Fortsatt långsam temperaturökning men knappast risk för någon extrem ökning. Fortsatt avsmältning av glaciärer och fortsatt höjning av havsnivån med en förväntat långsam ökning mot ca 4-5 mm/ år Knappt mätbara ändringar i vädervariationerna, stormar mm. Kallvintrar kommer att finnas kvar men gradvis alltmer försvagade. För Sveriges del knappast några dramatiska ändringar eller allvarliga risker jämfört med andra problem; politiska, ekonomiska och sociala. Snarare kommer de positiva fördelarna med högre temperatur och nederbörd vara gynnsamt.
Klimatutvecklingen på ännu längre sikt Detta kan inte meningsfullt bestämmas på grund av ett otal osäkerhetsfaktorer (vetenskapliga såväl som ekonomiskt/sociala) men indikationer från modellberäkningar och studier av tidigare värmeperioder i jordens historia är att risken för stigande havsnivåer på mer än 1 m inte kan uteslutas. Andra risker är ändringar i jordens kolcykel vilken kan ändras från en numera negativ feedback till en positiv och därvid förstärka klimatuppvärmningen ytterligare. Ändringar i den hydrologiska cykeln kommer vidare att förvärra torkproblemen i subtroperna ytterligare.
END Tack för uppmärksamheten!!