a) Klimascenarier NorACIA Hovedutredning temaområde

Transkript

1 Dato: Til: NorACIA Styringsgruppe Fra: Eirik J. Førland, met.no Fagutredning for NorACIA Hovedutredning temaområde a) Klimascenarier 1. Innledning I RegClim-prosjektet har den regionale klimamodellen HIRHAM blitt brukt for dynamisk nedskalering i Nord-Europa med 50km gitteravstand. De seneste integrasjonene har fokusert på endringer mellom tidsvinduene og (Haugen and Iversen, 2005). En videreutviklet versjon av HIRHAM ble i 2005 implementert under forprosjektet til NorACIA. Området til denne Regionale Klima Modellen (RCM) dekker nordisk Arktis (se figur 1) med en gitteravstand på 25 km og med 31 vertikalnivåer. Den første integrasjonen ble gjort med pådrivsdata fra ECMWF ERA-40 reanalyser for perioden , og en foreløpig analyse er presentert i met.no s 2005-statusrapport til NorACIA. Resultatene viser bl.a. en god fordeling av nedbør og temperatur for Svalbard lufthavn sammenlignet med observerte døgnverdier og tilsvarende resultater fra ERA40s atmosfæremodell med 125 km gitteravstand. 2. Klimasimuleringer med NorACIA RCM Den etablerte NorACIA Regionale klimamodell med 25km gitteravstand er i 2006 benyttet til simuleringer med fokus på klimaendringer for nordisk Arktis. Som inngangsdata er det benyttet de nye kjøringene med en global klimamodell utviklet ved Bjerknes senteret; Bergen Climate model. Disse simuleringene er utført for den nye IPCC-rapporten (IPCC FAR, 2007), og er basert på utslippsscenario A1b. Som foreslått i prosjektforslaget er NorACIAs regionale klimamodell benyttet til dynamisk nedskalering i tre tidsvinduer som dekker (1) dagens normalperiode , (2) de nærmeste dekadene og (3) et 100 års perspektiv Disse tidsvinduene er i tråd med de integrasjoner som er blitt gjort i RegClim-prosjektet, og med foreslåtte tidsvinduer i søknad for kommende NORKLIMAprosjekt. Analysene er basert på endringer i klimaelement fra normalperioden til de to scenarieperiodene.

2 3. Evaluering av resultat Den omfattende valideringen (se også statusrapport for 2005) viser at simuleringene med NorACIA s modell når observasjonsbaserte verdier brukes på rendene viser rimelig godt samsvar med observerte verdier. Figur 2 viser eksempel på temperaturfordeling for Svalbard Lufthavn og Hopen, både basert på observasjoner, direkte interpolasjon fra ECMWF s reanalyse (ERA), og bruk av ERA-data som inngangsdata til NorACIA s regionale klimamodell med 25 km oppløsning. Dette innebærer at selve nedskaleringsmodellen fungerer godt når randverdiene er realistiske. Dessverre viste det seg at simuleringene med randverdier fra Bergen Climate Model (BCM) ga altfor lave temperaturer i nordområdene. I figur 3 og 4 er det vist temperaturfordeling fra BCM og fra såkalte re-analyse data for perioden (ERA40) fra det europeiske værvarslingssenteret, ECMWF. Øverste figur for sommermånedene juni-august viser for eksempel at 5 C isolinjen (grønn skravur) basert på BCM-resultat ligger inn over kysten av Troms og Finnmark, mens den i ERA-dataene ligger midtveis mellom Nord-Norge og Svalbard. Tilsvarende viser Figur 4 at nedskaleringene fra BCM gir temperatur på under -5C langs store deler av kysten av Troms Og Finnmark, mens ERA dataene viser temperatur på ca 0 C. Dvs. ut fra BCM-kjøringene ville det trolig lagt is helt inn mot kysten av Nord-Norge! Resultatene fra nedskaleringen av BCM for kontrollperioden ( dagens klima ) er ytterligere validert i figur 5 og 6, ved sammenligning med tilsvarende nedskaleringer av kontrollklima fra de globale klimamodellene til Hadley senteret og Max-Planck instituttet, samt med et observasjonsbasert griddet datasett (kun landområder) fra University of East Anglia. Også figur 5 og 6 viser at resultatene fra Bergen Climate Modell gir urealsistisk lave temperaturer både sommer og vinter i våre områder. Ettersom dagens klima i våre områder er reprodusert så urealistisk i våre områder, blir også projeksjonene for fremtidig klimautvikling meget tvilsommer! Figur 7-10 viser projiserte endringer av temperatur og nedbør fra dagens klima og frem til hhv og Figur viser frekvensfordelinger av døgnlige temperatur og nedbørverdier fra scenarie-kjøringene med NorACIAs regionale klimamodell, og viser f.eks. for temperatur en klar tendens mot høyere verdier. På grunn av den alvorlige bias i resultatene fra Bergen Climate Model må vi dessverre sterkt fraråde ukritisk bruk av de foreliggende resultat! Videre tolkning og bruk av disse dataene kan lede til meget misvisende konklusjoner. Dette ble også sterkt understreket i møtet med NorACIAs styringskomite Figur viser eksempler på empirisk nedskalering av temperaturscenarier for Svalbard lufthavn og Hopen. Medianverdiene fra Svalbard Lufthavn (figur 15) er i tabell 1 sammenlignet med middelverdiene fra simuleringene med regional klimamodell basert på Bergen Climate Model. Tabellen viser at spesielt for høst, vinter og år er betydelig større temperaturøkning fra BCM-kjøringene enn det medianverdien fra d globale klimamodeller som inngikk i IPCC FAR-rapporten (2007).

3 Tabell 1. Temperaturendring (degc) fra til hhv og fra hhv. dynamisk nedskalering (RCM) fra Bergen Climate Model (figur 12) og medianverdi fra empirisk nedskalering av 16 globale klimamodeller (figur 15). Alle simuleringer er basert på utslippsscenario A1b. RCM Empirisk Vår 1,1 3,9 3,2 Sommer 0,6 2,2 1,5 Høst 1,8 10,5 3,8 Vinter 2,2 8,2 6,2 År 1,2 5,7 3,8 4. Konklusjoner Det fremgår av evalueringen i punkt 3 at klimascenariekjøringene med resultat fra Bergen Climate Model gir meget misvisende resultat for norsk Arktis. Videre evaluering kan muligens finne årstider og regioner der resultatene kan brukes med stor forsiktighet, men den beste løsning vil være å utføre en ny klimascenarie-simulering med NorACIAs regionale klimamodell, basert på mer realistiske inngangsdata enn fra de foreliggende kjøringer med Bergen Climate Model. På møtet med Styringskomiteen ble det skissert alternative løsninger. På fagmøtet i Tromsø om Klimascenarier for Norsk Arktis ble det gitt en oppsummering av de mest robuste klimafremskrivninger for de norske nordområdene. Faktaarket som ble utarbeidet til dette møtet er lagt inn som pkt 5 i denne rapporten.

4 5. NorACIA klimascenarier v/ Inger Hanssen-Bauer & Eirik J. Førland, met.no (Fra faktaark distribuert på Seminar om Klimascenarier for norsk Arktis, Tromsø, ) I 2006 har det vært ekstreme værforhold både i fastlands-norge og i norsk Arktis. For eksempel var middeltemperaturen for Longyearbyen i april 2006 hele12 o C høyere enn middelverdien for ( normalverdien ), og høyere enn noen middelverdi som til da var registrert for mai måned siden målingene startet i Dette varte imidlertid kun til verdien for mai 2006 forelå, - da ble det satt ny mai-rekord for middeltemperatur. Årsmiddeltemperaturen for 2006 (se figur 1) kommer til å bli den høyeste som er registrert, og ligger an til å bli nesten 1 o C høyere enn den nest høyeste verdien, som er fra Gjennom perioden har årsmiddeltemperaturen for Longyearbyen øket med 0.18 o C per tiår, og temperaturen om våren med 0.44 o C per tiår. Det er lite sannsynlig at disse trendene skyldes tilfeldige variasjoner. Det er store naturlige variasjoner i klimaforholdene i Arktis, både fra år til år og fra tiår til tiår. Dette gjelder både temperatur, nedbør, vind og isforhold. Det er også store forskjeller i hvordan ulike klimamodeller beskriver både dagens og fremtiden isforhold i norsk Arktis, og usikkerheten i klimascenariene for nordområdene våre er derfor stor. De fleste europeiske regionale klimamodeller dekker ikke Svalbard, og Nord-Norge ligger nær yttergrensen for modell-områdene. I NorACIA-prosjektet er det er utviklet en egen regional klimamodell der Nord-Norge og norsk Arktis ligger mer sentralt. Denne modellen ser ut til å gi en god beskrivelse av dagens klimaforhold i norsk Arktis. Foreløpig er NorACIA s regionale klimamodell kun benyttet til å nedskalere resultat fra én global klimamodell (Bergen Climate Model) under ett utslippsscenarium (A1b). For å gi en mer robust beskrivelse av sannsynlig fremtidsklima i våre nordområder er de følgende scenariene basert på en syntese av foreliggende RegClim- og NorACIA-simuleringer. Temperaturscenarier for nordområdene til : I Nord-Norge beregnes typisk en økning i årstemperaturen på fra 3 o C (vestlige kyststrøk) til 5 o C (indre Finnmark, se figur 2a). På Jan Mayen: Rundt 3 o C. Svalbard: 4-5 o C i sydvest, mer enn 6 o C i nordøst. Beregnet oppvarming er større vinter enn sommer, særlig i indre strøk. Om vinteren beregnes over 8 o C oppvarming på deler av Svalbard og på enkelte lokaliteter i indre Finnmark (se figur 2b). Om sommeren beregnes typisk en oppvarming på 2-4 o C over land. Over havet beregnes typisk relativt liten oppvarming (2-4 o C) bortsett fra i områder der sjøis erstattes av åpent hav. Der kan oppvarmingen komme opp i over 8 o C om høsten og vinteren. Nedbørscenarier for nordområdene til : I gjennomsnitt gir modellene både økt årsnedbør og økt nedbør alle sesongene i Nord-Norge og på Svalbard. Typisk beregnet økning i årsnedbøren Nord-Norge er 5-20%. På Svalbard gir modellene kun 5-10% økning i sydvest, men opp til mer enn 25% økning i nordøst. Beregnede lokale nedbørendringer varierer mye fra modell til modell og fra årstid til årstid. Lokalt kan nedbøren avta enkelte årstider. Det beregnes øket frekvens av store nedbørmengder over hele det aktuelle området (se figur 3). Vindscenarier for nordområdene til : Beregnede endringer i gjennomsnittlig vindhastighet er små. Det synes likevel å være en tendens til noen flere tilfeller med høy vindhastighet. Vindscenariene er svært usikre! Snøscenarier for nordområdene til : Kun beregnet for Nord-Norge så langt. Gjennomsnittlig snødybde beregnes å avta hele året i alle nivå. Enkeltår med større snødybde midtvinters enn det som har forekommet i perioden kan likevel forekomme i indre strøk. Det er derfor mulighet for større variabilitet i snødybde fra år til år i noen områder. I kyststrøk beregnes systematisk mindre snø, både i gjennomsnitt og i ekstrem-år. I hele Nord-Norge beregnes kortere snø-sesong.

5 6. Figurer Figur 1. Kart over område som dekkes av NorACIA s regionale klimamodell Figur 2. Frekvensfordeling av døgnlig lufttemperatur ved Svalbard Lufthavn / Longyearbyen og Hopen. Figuren viser fordeling basert på (1) observasjoner, (2) bruk av ERA-data som inngangsdata til NorACIA s regionale klimamodell med 25 km oppløsning og (3) direkte interpolasjon fra ECMWF s re-analyse (ERA) Figur 3. Midlere sommertemperatur ( C) (Juni-august) for dagens klima ( ) fra simuleringer med NorACIA regionale klimamodell med inngangsdata fra a). Bergen Climate Modell (BCM) og b). Reaanalyse data (ERA40) Figur 4. Midlere vintertemperatur ( C) (Juni-august) for dagens klima ( ) fra simuleringer med NorACIA regionale klimamodell med inngangsdata fra a). Bergen Climate Modell (BCM) og b). Rea-analyse data (ERA40) Figur 5. Midlere sommertemperatur ( C) (Juni-august) for dagens klima ( ) fra a). Griddede observasjoner fra CRU (Climate Research Unit, University of Ast Anglia), b), c) og d). Regionale kontrollsimuleringer med inngangsdata fra hhv. Hadley-modellen (HAD), Bergen Climate Modell (BCM) og Max- Planck Institut modellen (MPI) Figur 6 Midlere vintertemperatur ( C) (desember-februar) for dagens klima ( ) fra a). Griddede observasjoner fra CRU (Climate Research Unit, University of Ast Anglia), b), c) og d). Regionale kontroll-simuleringer med inngangsdata fra hhv. Hadley-modellen (HAD), Bergen Climate Modell (BCM) og Max-Planck Institut modellen (MPI) Figur 7. Projisert temperaturendring fra kontrollperioden til scenarieperioden til Kartene er basert på nedskalering med NorACIA s regionale klimamodell med inngangsdata fra Bergen Climate Model, utslippsscenario A1B. Figur 8. Projisert temperaturendring ( C) fra kontroll-periode til scenarieperioden til Kartene er basert på nedskalering med NorACIA s regionale klimamodell med inngangsdata fra Bergen Climate Model, utslippsscenario A1B. Figur 9. Projisert nedbørendring (%) fra kontrollperioden til scenarieperioden til Kartene er basert på nedskalering med NorACIA s regionale klimamodell med inngangsdata fra Bergen Climate Model, utslippsscenario A1B. Figur 10. Projisert nedbørendring (%) fra kontroll-periode til scenarieperioden til Kartene er basert på nedskalering med NorACIA s regionale klimamodell med inngangsdata fra Bergen Climate Model, utslippsscenario A1B. Figur 11. Årlig frekvensfordeling av døgnmiddeltemperatur (øverst) og døgnlig nedbørmengde (nederst) ved Svalbard Lufthavn. Verdiene er basert på resultat fra NorACIA RCM med inngangsdata fra hhv periodene (kontroll, svart), (rødt) og (grønt) Figur 12. Frekvensfordeling av døgnmiddeltemperatur for ulike årstider ved Svalbard Lufthavn for periodene , og Verdiene er basert på resultat fra NorACIA RCM med inngangsdata fra Bergen Climate Model for hhv. periodene (kontroll, svart), projeksjoner (utslippsscenario A1b) for (rødt) og (grønt) Figur 13. Frekvensfordeling av 1-døgnsnedbør i ulike årstider ved Svalbard Lufthavn for periodene , og Verdiene er basert på resultat fra NorACIA RCM med inngangsdata fra Bergen Climate Model for hhv. periodene (kontroll, svart), projeksjoner (utslippsscenario A1b) for (rødt) og (grønt) Figur 14. Empirisk nedskalering av årsmiddeltemperatur ved Svalbard Lufthavn basert på 16 globale modeller under A1B. Figur 15. Spredning i estimat av års- og årstidstemperatur ved Svalbard Lufthavn basert på empirisk nedskalering fra 16 globale modeller under utslippsscenario A1B. De skraverte boksene viser intervall for 25 og 75 persentiler; median og ekstremverdier er markert med horisontale streker. Middelverdier fra NorACIA RCM er gitt til høyre i figuren Figur 16. Empirisk nedskalering av årsmiddeltemperatur ved Bjørnøya basert på 16 globale modeller under A1B. Figur 17. Spredning i estimat av års- og årstidstemperatur for Bjørnøya basert på empirisk nedskalering fra 16 globale modeller under utslippsscenario A1B. De skraverte boksene viser intervall for 25 og 75 persentiler; median og ekstremverdier er markert med horisontale streker. Middelverdier fra NorACIA RCM er gitt til høyre i figuren Figur 18. Hyppighet av ekstrem 1-døgns nedbør i perioden sammenlignet med perioden Verdier større enn 1 (oransje og rødt) indikerer at verdier som i dagens klima forkommer i gjennomsnitt 1 gang per år, i scenarieperioden vil forekomme 2-3 ganger per år. Figuren er basert på en kombinasjon av data nedskalert fra ulike modeller og utslippsscenarier: Hadley (A2+B2), MaxPlanck (B2) og Bergen Climate Model (A1B).

6 Figur 1. Kart over område som dekkes av NorACIA s regionale klimamodell

7 Figur 2. Frekvensfordeling av døgnlig lufttemperatur ved Svalbard Lufthavn / Longyearbyen og Hopen. Figuren viser fordeling basert på (1) observasjoner, (2) bruk av ERA-data som inngangsdata til NorACIA s regionale klimamodell med 25 km oppløsning og (3) direkte interpolasjon fra ECMWF s re-analyse (ERA)

8 Figur 3. Midlere sommertemperatur ( C) (Juni-august) for dagens klima ( ) fra simuleringer med NorACIA regionale klimamodell med inngangsdata fra a). Bergen Climate Modell (BCM) og b). Rea-analyse data (ERA40) Figur 4. Midlere vintertemperatur ( C) (Juni-august) for dagens klima ( ) fra simuleringer med NorACIA regionale klimamodell med inngangsdata fra a). Bergen Climate Modell (BCM) og b). Rea-analyse data (ERA40)

9 Figur 5. Midlere sommertemperatur ( C) (Juni-august) for dagens klima ( ) fra a). Griddede observasjoner fra CRU (Climate Research Unit, University of Ast Anglia), b), c) og d). Regionale kontroll-simuleringer med inngangsdata fra hhv. Hadley-modellen (HAD), Bergen Climate Modell (BCM) og Max-Planck Institut modellen (MPI)

10 Figur 6 Midlere vintertemperatur ( C) (desember-februar) for dagens klima ( ) fra a). Griddede observasjoner fra CRU (Climate Research Unit, University of Ast Anglia), b), c) og d). Regionale kontroll-simuleringer med inngangsdata fra hhv. Hadley-modellen (HAD), Bergen Climate Modell (BCM) og Max-Planck Institut modellen (MPI)

11 Figur 7. Projisert temperaturendring fra kontrollperioden til scenarieperioden til Kartene er basert på nedskalering med NorACIA s regionale klimamodell med inngangsdata fra Bergen Climate Model, utslippsscenario A1B.

12 Figur 8. Projisert temperaturendring ( C) fra kontroll-periode til scenarieperioden til Kartene er basert på nedskalering med NorACIA s regionale klimamodell med inngangsdata fra Bergen Climate Model, utslippsscenario A1B.

13 Figur 9. Projisert nedbørendring (%) fra kontrollperioden til scenarieperioden til Kartene er basert på nedskalering med NorACIA s regionale klimamodell med inngangsdata fra Bergen Climate Model, utslippsscenario A1B.

14 Figur 10. Projisert nedbørendring (%) fra kontroll-periode til scenarieperioden til Kartene er basert på nedskalering med NorACIA s regionale klimamodell med inngangsdata fra Bergen Climate Model, utslippsscenario A1B.

15 Figur 11. Årlig frekvensfordeling av døgnmiddeltemperatur (øverst) og døgnlig nedbørmengde (nederst) ved Svalbard Lufthavn. Verdiene er basert på resultat fra NorACIA RCM med inngangsdata fra hhv periodene (kontroll, svart), (rødt) og (grønt)

16 Figur 12. Frekvensfordeling av døgnmiddeltemperatur for ulike årstider ved Svalbard Lufthavn for periodene , og Verdiene er basert på resultat fra NorACIA RCM med inngangsdata fra Bergen Climate Model for hhv. periodene (kontroll, svart), projeksjoner (utslippsscenario A1b) for (rødt) og (grønt)

17 Figur 13. Frekvensfordeling av 1-døgnsnedbør i ulike årstider ved Svalbard Lufthavn for periodene , og Verdiene er basert på resultat fra NorACIA RCM med inngangsdata fra Bergen Climate Model for hhv. periodene (kontroll, svart), projeksjoner (utslippsscenario A1b) for (rødt) og (grønt)

18 Svalbard Temperature (degrees C) Time IPCC AR4 SRES a1b: N=16, (20C: N=25) Figur 14. Empirisk nedskalering av årsmiddeltemperatur ved Svalbard Lufthavn basert på 16 globale modeller under A1B. Svalbard Temperature change (degrees C) winter.ctl spring.ctl summer.ctl autumn.ctl annual.ctl scenario w.r.t N sce=16 N 20c=25 Figur 15. Spredning i estimat av års- og årstidstemperatur ved Svalbard Lufthavn basert på empirisk nedskalering fra 16 globale modeller under utslippsscenario A1B. De skraverte boksene viser intervall for 25 og 75 persentiler; median og ekstremverdier er markert med horisontale streker. Middelverdier fra NorACIA RCM er gitt til høyre i figuren.

19 Bjoernoeya Temperature (degrees C) Time IPCC AR4 SRES a1b: N=16, (20C: N=25) Figur 16. Empirisk nedskalering av årsmiddeltemperatur ved Bjørnøya basert på 16 globale modeller under A1B. Bjoernoeya Temperature change (degrees C) winter.ctl spring.ctl summer.ctl autumn.ctl annual.ctl scenario w.r.t N sce=16 N 20c=25 Figur 17. Spredning i estimat av års- og årstidstemperatur for Bjørnøya basert på empirisk nedskalering fra 16 globale modeller under utslippsscenario A1B. De skraverte boksene viser intervall for 25 og 75 persentiler; median og ekstremverdier er markert med horisontale streker. Middelverdier fra NorACIA RCM er gitt til høyre i figuren

20 Temperaturscenarier fra NorACIA/RegClim Figur 18. Hyppighet av ekstrem 1-døgns nedbør i perioden sammenlignet med perioden Verdier større enn 1 (oransje og rødt) indikerer at verdier som i dagens klima forkommer i gjennomsnitt 1 gang per år, i scenarieperioden vil forekomme 2-3 ganger per år. Figuren er basert på en kombinasjon av data nedskalert fra ulike modeller og utslippsscenarier: Hadley (A2+B2), MaxPlanck (B2) og Bergen Climate Modell (A1B).