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

Växthuseffekten och vattnets kretslopp

HUR PÅVERKAR VÄXTHUSEFFEKTEN
VATTNETS KRETSLOPP?

Hur påverkar en temperaturhöjning nederbörden

Det är naturligt att man främst uppehåller sig vid temperaturen när man diskuterar klimatet. Det är enkelt och begripligt för de flesta. Minst lika stor uppmärksamhet borde dock ägnas nederbörden. Ja, nederbördsförändringar är till och med en viktigare fråga, alltför lite nederbörd kan skapa allvarliga problem för livsmedelsförsörjningen.
Alltför mycket nederbörd kan å andra sidan skapa problem med översvämningar. Hur påverkar en temperaturhöjning nederbörden?
Den första tanke många har är kanske att det kommer att regna mer, eftersom varm luft innehåller mer vattenånga. Vi har alla erfarenhet av skyfallsliknande regn som på högre breddgrader normalt bara inträffar sommartid.

strand hav kust vatten ocean horisont

Det globala medelvärdet för avdunstning.

Processen med nederbörden är emellertid betydligt mer komplex. Strålningsbalansen vid jordytan bestämmer den globala nederbörden eftersom det inte kan regna mer än det avdunstar, och det är strålningsförhållandena vid jordytan som kontrollerar avdunstningen. Avdunstningen uppgår i globalt genomsnitt till drygt 1o00 mm/år, eller ungefär 3 mm/dygn med relativt små variationer, eftersom det alltid finns vatten tillgängligt i världshaven för avdunstning. Det globala medelvärdet för nederbörden är exakt detsamma, men här är variationerna i tid och rum enormt stora. Det finns platser på jorden, som norra Chile, där det inte har regnat på flera decennier, och det finns ställen där man uppmätt 4936 mm under fyra dygn, som ön Réunion i Indiska oceanen i samband med en tropisk orkan. Ingenting kan därför vara mer ojämnt fördelat än nederbörden. Det innebär,, en energiförlust för jordytan på 85 W/m2 och ett motsvarande tillskott till atmosfären. Den hydrologiska processen med avdunstning och kondensation flyttar enorma mängder värme från jordyta till atmosfär och mellan olika områden på jorden.

Den globala nederbörden.

När det blir varmare betyder det inte nödvändigtvis att avdunstningen ökar den kan till och med minska om antalet reflekterande aerosoler i luften samtidigt ökar. Avdunstningen påverkas också kraftigt av vindstyrkan. Dagens modellberäkningar visar att den globala nederbörden ökar med cirka 1,5 procent för en uppvärmning på I grad (1,5 procent/°C). Vattenångan i atmosfären däremot följer istället Clausius-Clapey- rons lag och ökar med cirka 6 procent/°C. Detsamma gäller för transporten av vattenånga såväl vertikalt som horisontellt.

Detta får en rad oväntade konsekvenser. En av dessa är att den vertikala energicirkulationen i tropikerna går långsammare när det blir varmare och leder till mer fuktighet i luften. Man kan säga att atmosfären inte behöver arbeta lika intensivt eftersom energitransporten i form av vattenångan konvergerar, kondenseras den och nederbörd bildas.
Motsatsen händer i områden där vattenångan divergerar. Luften torkas ut, molnen löses upp och skingras och ingen nederbörd kan uppstå. Detta är en mycket kraftig effekt, och så länge jordens temperatur ökar kan man förvänta sig att nederbörden kommer att bli mer extrem. Enkelt uttryckt kommer det att regna mer i nederbördsrika områden och mindre i nederbördsfattiga områden.

landskap berg äventyr dalgång regn solnedgång

Effekten i polartrakter och runt ekvatorn.

Samtidigt ökar också transporten av vattenånga i atmosfären med 6 procent/°C, vilket påverkar jordens energibalans genom att mer energi transporteras i form av vattenånga. Resultatet blir mer nederbörd i polartrakterna och i ekvatorialområdet samt i områden där nederbörden bestäms av den asiatiska monsunen eller andra monsunsystem. Man behöver inte ens räkna fram resultatet med en komplex klimatmodell, utan det följer faktiskt en direkt tillämpning av Clausius Clapeyrons lag.

Det är därför högst troligt att nederbörden blir mer extrem i utsatta områden, men det är ännu inte möjligt att strikt påvisa detta från observationer inom alla områden. Ett annat intressant möjligt utfall är att den ökande nederbörden i polarområdena, som faktiskt kan påvisas, samtidigt kan öka ackumulationen av snö på landisarna och på så vis bidra till en alternativ tillväxt eller långsammare avsmältning åtminstone på Grönland och Antarktis åtminstone temporärt och så länge huvuddelen av nederbörden kommer i form av snö.

Förväntade förändringar i nederbördsmönstret är kanske därför en av de mer genuint oroande konsekvenserna för ett varmare klimat. Inte heller behöver det bero på växthusgaserna utan är helt enkelt en följd av den högre temperaturen. En varmare sol skulle ha samma effekt.

Växthuseffekten och vattenånga

HUR PÅVERKAR VATTENÅNGAN VÄXTHUSEFFEKTEN?

Modellberäkningar ger vid handen att de antropogena växthusgaserna påverkar vattenånga och moln på ett sådant sätt att växthuseffekten förstärks. När det gäller vattenångan visar genomgående beräkningar att effekten är positiv, medan effekten av moln är högst osäker eftersom moln också reflekterar solstrålning. Om de långlivade växthusgaserna höjer temperaturen, så kan luften innehålla mer vattenånga. Detta har varit känt sedan mitten av 180o-talet och går under namnet Clausius-Clapeyrons lag efter de två fysikerna Rudolf Clausius och Benoît Paul Émile Clapeyron (ett fint exempel på tysk-franskt samarbete). Lagen bestämmer till exempel hur mycket vattenånga det kan finnas i luften vid en viss temperatur. Stiger vattenångan över den gränsen kondenserar vattenångan och överskottet fälls ut som nederbörd.

landskap natur gräs horisont moln plantor

Är luftens temperatur +30 °C kan luften innehålla drygt sju gånger mer vattenånga än vid o °C. Luftens förmåga att hålla fuktighet påverkar dessutom jordens nederbördssystem på ett avgörande sätt. Eftersom vattenånga är en kraftfull växthusgas finns det en principiell risk för en allvarlig positiv feedback.

Processen kan då löpa som följer:
Koldioxiden höjer temperaturen som kan innehålla mer vattenånga. Den extra vattenångan höjer luften därigenom tens temperatur ytterligare, och luftens temperatur ytterligare, och luften kan i sin tur hålla ännu mer vattenånga och så vidare.

Nu finns det återställande faktorer som innebär att havet till slut inte kan dunsta bort. Enligt beräkningar som gjorts är inte solstrålningen kraftig nog för att driva fram en sådan klimatkatastrof som man kallar ett runaway-climate. Hur varmt det kan bli om mängden växthusgaser bara fortsätter att öka vet emellertid ingen med säkerhet. Fortsätter växthusgaserna att öka obehindrat i hundratals år visar beräkningar att stora delar av jorden blir obeboeliga för människor.

Sådana beräkningar måste dock tas med stor skepsis. Klimatmodellerna har inte kunnat valideras för sådana extrema situationer. Inte heller finns det något belägg från tidigare perioder med höga koldioxidkoncentrationer i jordens historia att en högre temperatur hotade det biologiska livet.

sol hav moln ljus himmel dagtid

Planeten Venus kan möjligen ha genomgått en runaway katastrof, där tillgängligt vatten avdunstat varefter vattenångan splittrats i syre och väte. Vätet har sedan försvunnit ut i rymden och syret förenats med kol och bildat koldioxid. Venusatmosfären består nu nästan enbart av koldioxid, och växthuseffekten har en helvetisk temperatur som är hög nog att smälta metaller som bly och tenn. Detta öde drabbade till exempel den första sovjetiska Venuslandaren 1966.