Kategorier
klimatförändringar växthuseffekt

Väderprognoser i framtiden

HUR BRA ÄR DAGENS VÄDERPROGNOSER OCH HUR MYCKET BÄTTRE KAN DE BLI?

Till en början var det många som trodde att väderprognoser i princip kunde göras för hur långa perioder framåt i tiden som helst, exempelvis för att beräkna vädret för nästkommande sommar. Den amerikanske meteorologen och matematikern Edward Lorenz visade emellertid 1962 att sådana helt enkelt inte kunde göras, eftersom obetydliga fel i utgångsläget växte så snabbt att tillförlitliga prognoser längre än några veckor var en omöjlighet. Detta hänger samma med det problem som Henri Poincaré och Aleksandr Lyapunov hade uppmärksammat i slutet på 180o-talet, nämligen att komplexa ickelinjära, dynamiska problem saknar entydiga lösningar, vilket i sin tur hänger samman med att initialtillståndet inte exakt kan bestämmas. Obetydliga fel i initialtillståndet, som kan vara väsentligt mindre än mätnoggrannheten, fördubblas i stort sett prognoser varannan dag. Lorenz visade när han var gästforskare vid ECMWF att centrets prognoser upp till två veckor framåt kunde förbättras, men inte de som sträckte sig längre framåt i tiden.

restaurang i storm som flyter på grumligt vatten med vågor kraftig vind

De successivt förbättrade observationerna främst från satelliter och de alltmer avancerade datormodellerna har inneburit att väderprognoserna under det senaste halvseklet förbättrats radikalt. Idag har en prognos på 8 dygn samma tillförlitlighet en prognos på 2 dygn för 50 år sedan. Studier visar dock att man kommer allt närmare gränsen för vad som går att förutsäga. Detaljerna i väderprognoserna har förbättrats avsevärt och idag kan tropiska orkaner ofta förutsägas en dryg vecka i förväg. Det stora värdet med väderprognoser jämfört med klimat beräkningar är att de förra systematiskt kan verifieras. Eftersom en väderprognos har en längd på högst några veckor, företas ständiga utvärderingar, inte minst av misslyckade prognoser men också i fall med tillförlitliga prognosberäkningar.

Detta systematiska förfarande är en förutsättning för att förbättra modellerna. Innan en ny, förbättrad modell tas i bruk utförs också ett antal prognosexperiment där tidigare misslyckade prognoser testas på nytt. Det är särskilt svårt att beräkna bidragen från moln och från det vertikala energiutbyte som sker på liten skala i atmosfären (konvektiva processer). Detta leder till fel i prognoserna som inte minst i tropikerna kan vara stora. De flesta klimatmodellerare idag använder ofta samma atmosfärmodeller som används för globala väderprognoser, och de olika forskningsgrupperna har ett nära samarbete. Under en längre tid använde Max Planck institutet för meteorologi i Hamburg en atmosfärmodell som utvecklats av det europeiska väder prognosinstitutet ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) i Reading i Storbritannien. Nu beror prognosernas kvalitet på vädersituationen, och varierar också kraftigt mellan olika geografiska områden.

röd vit vindflöjel mot vit och blå himmel med moln

Prognosberäkningars tillförlitlighet

För att kunna studera detta bättre utvecklade ECMWF ett system för så kallade ensembleprognoser, eller Monte Carlo-metoder, vilket innebär att man istället för I global prognosberäkning genomför 50. Beräkningarna är alla identiska förutom att initialtillståndet eller startläget för varje beräkning skiljer sig åt en aning. Allt eftersom beräkningen fortskrider skiljer sig resultaten åt alltmer från varandra. Efter en tid på några veckor kan de vara lika olika som slumpvist utvalda vädersituationer som kunde ha inträffat vid den aktuella tiden på året. Graden av samstämmighet ger information om tillförlitlighet, och graden av skillnad indikerar prognosens otillförlitlighet.

Speciellt viktigt är vädersituationer när man önskar bedöma hur ett intensivt oväder som en tropisk orkan kommer att utveckla sig. Detta är av stor praktisk betydelse, eftersom det erbjuder möjligheter för en kvantitativ riskbedömning. När orkanen Sandy träffade New York i november 2011 visade prognoserna från ECMWF redan åtta dagar i förväg att det fanns en risk att orkanen skulle röra sig västerut, istället för österut som var det normala förloppet. Detta kunde man se genom att några av de 50 prognoserna i hela ensemblen rörde sig västerut mot New York. Allt eftersom man kom närmare händelsen och prognoserna blev kortare och mer noggranna, visade allt fler prognoser att orkanen skulle ta sig västerut och till slut gav alla 50 prognoser samma resultat.

Utan ensembleprognosen hade en bedömning av tillförlitligheten inte varit möjligt, eftersom man då inte skulle ha vetat vilken tilltro man kunde fästa till en enskild prognos. Ensembleprognoser har inneburit att prognoserna kan kombineras med en riskbedömning som har betytt oerhört mycket för att varna allmänheten i tid så att nödvändiga förberedelser kan vidtas. De är numera ett rutinmässigt förfarande vid de flesta vädertjänster.

Kategorier
klimatförändringar

Växthuseffekten och Varmare klimat

VAD FÖR SLAGS EXTREM VÄDER KAN VI FÖRVÄNTA OSS I ETT VARMARE KLIMAT?

Studerar vi dagsmedeltemperaturer för en given månad, säg under en 30-årsperiod, så får vi 900 värden. För vi in dessa värden i ett diagram med temperaturen längs den horisontella axeln och antalet tillfällen med en given temperatur längs den vertikala axeln, får vi ett diagram som ser ut som en klockkurva som vi kallar en normalfördelning. Den vanligaste temperaturen motsvarar medelvärdet för månaden, medan temperaturen längst ut till vänster eller höger motsvarar extremtemperaturer. Nu vet vi vidare från olika undersökningar och modellberäkningar att normalfördelningen inte ändras om klimatet blir varmare eller kallare. Anta nu att det nu blir varmare. I detta fall förflyttas normalfördelningskurvan åt höger, vilket betyder att de extremt varma temperaturerna blir vanligare medan de extremt kalla temperaturerna blir ovanligare.

växthuseffekten moln landskap himmel sol orkan

De flesta observationer för de senaste 50 åren visar att extremt låga temperaturer har blivit färre och extremt höga temperaturer fler.

EXTREM NEDERBÖRD

För nederbörd är situationen extra besvärlig, därför att såväl teori som modellstudier visar att i vissa områden förutspås nederbörden öka och i andra områden minska. Orsaken är, att vattenångan i luften ökar med temperaturen. Samma sak gäller transporten av vattenånga som också ökar när det blir varmare. Vädersystem som kan utlösa nederbörd får mer vattenånga till sitt förfogande vilket innebär kraftigare nederbörd.

I ett varmare klimat är det troligt att nederbörden blir mer extrem, rent allmänt men även i områden där medelnederbörden minskar. Detta fenomen är också något som klimatmodellerna visar. Ett villkor är emellertid att vädersystemen inte samtidigt försvagas eftersom dessa krävs för att utlösa nederbörden. När det gäller tropiska orkaner bekräftar modellstudier att antalet tropiska orkaner tenderar att minska i antal i ett varmare klimat men orsakerna härtill är ännu inte helt klarlagda.

växthuseffekten träd hus blommor hem trottoar förort

En möjlig orsak kan vara att den långsammare tropiska vertikalcirkula- tionen, som är en följd av den högre mängden vattenånga i luften, tenderar att dämpa tendensen till orkancyklogenes, att tropiska orkaner utvecklas, eller upphovet till de ursprungliga orkanvirvlarna. Samtidigt visar modellsimuleringar att de allra mest extrema cyklonerna förstärks. Mycket forskning återstår innan man helt förstår varför atmosfärcirkulationen påverkar orkanerna på ett sådant oväntat sätt.

Kategorier
klimatförändringar växthuseffekt

Väderhändelser och växthuseffekten

Det är vanligt med extrema väderhändelser.

Extrema väderhändelser är så vanliga att de faktiskt kan betraktas som en del av klimatet inom de flesta geografiska områden. Inte minst gäller detta, som vi sett, för nederbörd, som i de flesta klimatzoner är högst ojämnt fördelad. Regn kommer ofta i korta intensiva etapper. För att skapa nederbörd krävs dynamiska system som sommarens värmeåskväder är ett exempel på med vertikalrörelser som lyfter, kyler av och kondenserar vattenångan i luften. I vissa fall kan det till och med behövas extrem nederbörd i normalt mycket torra områden som delar av Texas och Kalifornien. Eller rättare sagt: naturen har anpassat sig till ett sådant väder.

Den fråga som jag skall belysa är om extremt väder har blivit vanligare och i vilken utsträckning som ett varmare klimat kan ha bidragit härtill. Hur ser vidare situationen ut på lång sikt?

hav ocean moln himmel cyklon

DAGENS EXTREMVÄDER

Häftiga stormar, skyfall, extrema temperaturer, såväl varma som kalla, är den vädertyp som mest oroar allmänheten och som också är mest kostsamt för samhället.

Försäkringsbolagen har noterat att skadeersättningarna för extremt väder systematiskt ökat under en längre tid, och en allmän uppfattning är att detta beror på att vädret har blivit mer våldsamt. Som jag skall visa så är detta knappast fallet, utan de växande skadorna idag beror helt enkelt på att det finns mer av värde att förstöra. Det är vidare viktigt att framhäva att antalet förolyckade samt antalet personskador har minskat genom väsentligt bättre väderprognoser och mer effektiva varningssystem via massmedia och internet. De största skadorna orsakas av tropiska orkaner, som i USA i flera fall lett till kostnader i storleksordningen 10-50 miljarder dollar för enskilda stormar.

Orkanen Katrina 2005

Exempel är orkanen Katrina 2005 som ledde till att centrala New Orleans översvämmades, orkanen Sandy 2012 som skapade omfattande förödelse i New York och orkanen Harvey som 2017 formligen dränkte delar av östra Texas och inte minst Houston i våldsamma regn. Det är sannerligen ingen brist på förödande väderhändelser, och det går knappast en dag utan att sådana rapporteras i media. I Sverige är de största problemen kraftiga höst- eller vinterstormar. Stormen Gudrun i januari 2005 gav upphov till kostsamma skogsskador och tillhörande problem för infrastrukturen i främst västra och centrala Götaland. Skogsskadorna förvärrades av att marken ännu inte hade fryst till ordentligt. Extrema stormar har dokumenterats i Sverige sedan 1800- talets början, men det finns inga handfasta tecken på att de har ökat i antal.

Mätmetoderna har förbättrats

Däremot har mätmetoderna gradvis förbättrats, vilket innebär en viss positiv bias, det vill säga de förbättrade mätmetoderna har inneburit att vi idag observerar fler oväder. Intressant är också de systematiska undersökningar som gjorts för södra Nordsjön. De täcker hela 1900-talet och visar ingen tydlig tendens till ökning.

hav vatten ocean regn vatten dimma

VARFOR ÄR VÄDRET EXTREMT?

Det första som kan konstateras är att vädret i många trakter på jorden i flera avseenden kan avvika avsevärt från vad som uppfattas som normalt. Det hänger ytterst samman med att atmosfärströmningen är hydrodynamiskt instabil. Detta skapar virvlar som snabbt förstärks ända tills de kollapsar på grund av att energitillförseln till virvlarna upphör eller friktionskrafterna blir för starka. Förloppet kan jämföras med en strid ström i en bäck eller å. Plötsligt kan en extra intensiv virvel skapas, varefter den bryts ned och snabbt löses upp. Det är en allmän egenskap i en instabil strömmande vätska. Och det är precis vad atmosfären är.

De flesta känner till virvelstormar som vandrande cykloner på våra breddgrader. De får främst sin energi från temperaturskillnaden mellan varma och kalla luftmassor. Av denna anledning är stormarna på våra breddgrader som allra värst under senhöst och vinter då skillnaden i temperatur mellan tropiska och arktiska luftmassor är som störst. Är temperaturskillnaden tillräckligt instabil, och detta leder till utveckling av stormcykloner. Ju större temperaturskillnader, desto mer finns det som kan omvandlas till rörelseenergi, det vill säga vind.  Det är den stora tillgången på exergi under vinterhalvåret som skapar de kraftiga stormarna, och där spelar inte minst avkylningen av luften över Arktis och Antarktis en viktig roll.

Temperaturskillnaderna är anledningen till stormar

Ett proportionellt varmare klimat i polarområdena bör därför leda till försvagade vinterstormar och inte till motsatsen, såvida Inte den tropiska uppvärmningen blir ännu större. Inget tyder dock på att det senare är fallet. Det finns därför ingen vetenskaplig grund för uppfattningen att vinterstormar blir mer förödande  i ett varmare klimat, snarare kan de förväntas bli mindre förödande.

Studerar vi de allvarliga våldsamma vindar så har dessa huvudsakligen inträffat vintertid. Samma sak gäller allmänt för hela området norr om 30°N.

På södra halvklotet är temperaturskillnaderna stora hela året om på grund av Antarktis, och där råder, kan man säga, meteorologiska vinterförhållanden praktiskt taget hela året. Många har fått för sig att det är den högre temperaturen som är orsaken till stormarna, men så är emellertid inte fallet utan orsaken är främst stora temperaturskillnader.

hav ocean is glasiär scen blå