Klimamodeller

isfjell.jpg
Fotograf: Lars-Johan Naustvoll

Klimamodellene beregner klimaet på basis av naturlovene og kjennskap til solstråling, jordens bevegelser, egenskapene til atmosfæren, havet og landjorden.

Klima er gjennomsnittsvær over en lang periode, gjerne over en normalperiode på 30 år. Tilsvarende som en værvarslingsmodell, så simulerer klimamodellene dette gjennomsnittsværet over en gitt periode. Når man snakker om klimaet i år 2100, er det ikke været en enkelt dag man varsler, men gjennomsnittstilstanden basert på naturlige og menneskeskapte pådriv i modellen. En klimamodell er sammensatt av ulike typer sirkulasjonsmodeller for atmosfære, hav, og is. I tillegg kan man ha modeller som beskriver fordampning over land, isbreer, karbonkretsløpet osv.

Når det globale klimaet endres vil også klimaet i våre regioner endres. Dette kan medføre mer ekstremvær og endringer i det marine økosystem. Variabilitet i klimasystemet har derfor konsekvenser for klimatiltak og tilpasning. Fremtidige klimaprojeksjoner viser at områder på høye breddegrader med stor sannsynlighet vil oppleve de største klimaendringene. Klimaendringene i vår region er også sterkt relatert til fjerne områder og må sees i et globalt perspektiv. Både globale og regionale modeller trengs derfor for å forstå mekanismene bak variabiliteten i klimasystemet. Denne forståelsen er igjen viktig for å kunne predikere klimavariabilitet.

Som partner i Bjerknessenteret har Havforskningsinstituttet et nært samarbeid med dette miljøet når det gjelder forskning på dette området. Bjerknessenteret har vært sentral i utviklingen av en global klimamodell (NorESM) som Havforskningsinstituttet nedskalerer til våre områder. Bjerknessenteret driver også med utvikling av en prediksjonsmodel (NorCPM) for varsling av klimaet på mellomårlig til en tiårlig tidskala.

Mange av prosessene i modellene er parameterisert siden man ikke har tilstrekkelig oppløsning i modellene til å kunne simulere alle prosesser. Disse parameteriseringene er igjen basert på teoretiske beregninger, observasjoner og/eller resultater fra småskalamodeller. De fleste modeller opprettholder et stabilt klima uten bruk av flukskorreksjoner, selv om noen modeller fremdeles har langtidstrender i kontrollintegrasjonene. For å få med tilfeldige klimavariasjoner i beregningene, kjører man et ensemble. Det er en samling med klimascenarier som er startet fra ulike klimatilstander, men beregnet med en klimamodell og ett ytre pådriv. Modellene kan kjøres med menneskeskapte og naturlige pådriv hver for seg. På denne måten kan man studere responsen i for eksempel temperatur fra de ulike pådriverne.

Regionale endringer i havklima

Det er nå godt dokumentert av vi i tillegg til de naturlige klimavariasjonene har en global oppvarming som følge av menneskelige utslipp av drivhusgasser, dette er godt dokumentert av FNs klimapanel. Et naturlig spørsmål er hva dette betyr for våre havområder.

Vi vet at det fysiske havklima er viktig for økosystemene i havet og dermed for fiskeressursene. De naturlige variasjonene er store i våre områder og på kort sikt (mindre enn 15 år) betyr disse mer enn den mer langsomme globale oppvarmingen.  Det arbeides med klimaprediksjon på denne tidsskalaen. På lang sikt (mer enn 30 år) vil imidlertid den globale oppvarmingen dominere.

De globale klimamodellene er store og kompliserte modeller som inkluderer atmosfære, hav og is, og bruker derfor lang tid på å regne ut resultatene. Selv med økende regnekraft har disse modellene dårlig horisontal oppløsning i våre havområder. Disse modellene er gode i de store åpne havområdene, men er dårligere i sokkelhav som Nordsjøen og Barentshavet. Videre har de globale modellene ofte problemer med sjøis, noe som slår ut i Barentshavet som er det området i Arktis med størst variabilitet i utbredelse av sjøis.

Et virkemiddel her er nedskalering, hvor vi kjører vår regionale havmodell med drivkrefter fra en global klimamodell. Vi har gjort slike nedskaleringer for Nordsjøen og på større område som dekker alle våre havområder. Figuren viser sesongvis endringen i overflatetemperatur i et slikt scenario fra perioden 1986-2000 fram til 2051-65. Dette scenarie gir en oppvarming på omtrent en grad langs kysten og betydelig mer i det østlige Barentshavet. I Norskehavet er oppvarmingen svakere og med en med en avkjøling sør for ryggen mellom Island og Skotland. Det må her minnes om at usikkerheten er stor, resultatene spriker med ulike modeller som grunnlag.

 

Nedskalerte klimamodeller ved Havforskningsinstituttet

Vår regionale havmodell (ROMS) blir brukt til å nedskalere globale klimamodeller for å gjøre resultatene bedre for våre havområder. Den regionale havmodellen strekker seg fra det sørlige Atlanterhavet og helt nord til Arktis, og har høyest horisontal oppløsning (10km) i de nordiske hav. Forskere ved Havforskningsinstituttet har i samarbeid med andre forskere gjort simuleringer med modellen som dekker ulike tidsperioder, både historiske kjøringer fram til dagens klima og kjøringer framover i tid basert på mulige utslippscenarier fra IPCC. Listen under viser en oversikt over kjøringene og hvilken informasjon som kan hentes ut fra disse. Kontaktpersonene kan være behjelpelige med å hente ut data for spesielt interesserte.

Figur 1. Modellområde Atlanterhavet-Arktis AA10km. Fargene angir høy oppløsning (blå) og lav oppløsning (rød).

Basert på disse simuleringene kan man hente ut tidsserier og romlig felt av temperatur, saltholdighet, strømhastigheter i alle dyp, samt sjøis konsentrasjon og tykkelse. Disse variablene gir igjen mulighet til å beregne volum- og varmetransport gjennom ulike snitt, utbredelse av Atlantisk vann, vertikalstruktur/lagdeling m.m.

Figur 2. Overflatetemperatur fra NorESM (venstre) og ROMS (høyre) (1958-2007). Resultatene er hentet fra den globale jordsystemmodellen NorESM og den regionale modellen ROMS.

 

Figur 3. Overflatetemperatur i Barentshavet i mars (venstre), september (høyre) i 2010-2019 (øverst) og 2060-69 (nederst). Resultatene er hentet fra nedskaleringen av NorESM RCP4.5 med ROMS.