Vurdering av is- og rimdannelse i forbindelse med ny hovedtilførselsvei i Alna-området

Størrelse: px
Begynne med side:

Download "Vurdering av is- og rimdannelse i forbindelse med ny hovedtilførselsvei i Alna-området"

Transkript

1 Vurdering av is- og rimdannelse i forbindelse med ny hovedtilførselsvei i Alna-området Jostein Mamen og Øyvind Nordli Sammendrag Rapporten beskriver klimaet i området, og ser på faktorer som påvirker isdannelse. Den konkluderer med at en åpen Alna-elv i det aktuelle området om vinteren ikke bidrar til økt fare for is- og rimdannelse. No. 13/2008 Oslo, november 2008

2 Innholdsfortegnelse 1 Innledning Faktorer som fører til isdannelse Datagrunnlag Temperaturmålinger Normaler Svingninger omkring 0 grader Fordampning ved forskjellige temperaturer Hvilke temperaturer gir størst fare for økning i fuktinnholdet Alna-elva Vannføring Flomtopper Islegging i kalde perioder Vurdering av elva som fuktighetskilde og nærheten til veien Problemer knyttet til økning i rim- og isdannelsen fordi elva går åpen. Frostrøykproblematikk Hvordan varierer problemer med fuktig luft gjennom vinteren? Referanser

3 1 Innledning Statens vegvesen skal anlegge ny hovedtilførselsvei fra Nedre Kalbakkvei til godsterminalen på Alnabru i Alfasetveien. I henhold til planene, skal Alna få et nytt løp og renne i dagen deler av strekningen. Met.no er bedt om å utarbeide en rapport om det nye elveløpet vil ha betydning for is- og rimdannelse på veien. Den nøyaktige traseen for elv og vei er ikke vedtatt ennå. Figur 1a og 1b viser foreløpige plantegninger for ett av alternativene som utredes. Figur 1a. Foreløpig plantegning over området, alternativ A. 3

4 Figur 2b. Foreløpig plantegning over området, alternativ A. 2 Faktorer som fører til isdannelse Isdannelse på vei kan vanligvis skje på to måter: 1) når nedbør som regn faller ned i et kaldere luftlag ved bakken. Er temperaturen i luftlaget under 0 grader, vil regnet fryse momentant til is når det treffer bakken. Dette skjer typisk om vinteren når et lavtrykk bringer med seg mildere luft og nedbør, men der det har blir liggende igjen kaldluft i dalsenkninger og fordypninger. 2) Ved strålingstap (typisk nattestid om høsten og våren) vil temperaturen lokalt kunne gå under 0 grader på steder som raskt taper varme. Dette vil f eks gjelde en bro. Hvis det nylig har vært nedbør, og i tillegg er en fuktighetskilde i nærheten, f eks et vann eller en elv, kan det lett dannes is på veien. I forbindelse med anleggingen av den nye hovedtilførselsveien på Alna, er inngrepet slik at det spesielt er grunn til å undersøke om det blir økt hyppighet av den sistnevnte måten for isdannelse. 3 Datagrunnlag Met.no driver sammen med Jernbaneverket en værstasjon i det aktuelle området, Alna. Stasjonen ble satt i drift i desember 2007, og har følgelig bare en kort observasjonsrekke. Data fra Blindern er derfor 4

5 også benyttet. Ved denne stasjonen finnes det målinger tilbake til Sammenlikning av observasjonene fra de to stasjonene, viser som regel små forskjeller. 4 Temperaturmålinger Temperaturmålingene ved meteorologiske stasjoner blir tatt i 2 meters høyde. I denne høyden er temperatursvingningene mindre enn ved bakken. Bakketemperaturen er typisk høyere om dagen, og lavere om natta enn temperaturen i 2 m. Se figur 2 og 3. Figur 3. Skjematisk tegning av dag-temperaturen i forskjellige nivåer nær bakken Figur 4. Skjematisk tegning av natt-temperaturen i forskjellige nivåer nær bakken Enkelte stasjoner måler også gresstemperaturen, i noen tilfeller bare gressminimumstemperaturen. En asfaltert veg vil imidlertid ha enda større temperatursvingninger enn en gressdekket bakke. I figur 4 er det skjematisk vist hvordan lufttemperaturen (T luft ) og vegbanetemperaturen (T vei ) endres gjennom døgnet. I tillegg er det vist en kurve for duggpunktstemperaturen (Tdug). Stor avstand mellom lufttemperatur og duggpunktstemperatur viser at lufta er tørr, mens liten avstand viser at lufta er fuktig. Avsetning av fuktighet på vegbanen inntreffer når vegbanetemperaturen er lavere enn duggpunktstemperaturen. Er i tillegg vegbanetemperaturen under 0 grader, vil det dannes et islag på vegen. Figur 5. Skjematisk tegning av variasjonen i lufttemperatur, vegbanetemperatur og duggpunktstemperatur gjennom døgnet 5

6 4.1 Normaler Normal månedlig middeltemperatur for vinterhalvåret for Oslo Blindern er vist i tabell 1. Dataene er fra normalperioden Døgnmiddeltemperaturen er under 0 grader fra 20. november til 16. mars. Tabell 1. Månedsmiddeltemperaturer for Oslo Blindern. Normalperioden Okt Nov Des Januar Feb Mar Apr 6,3 0,7-3,1-4,3-4,0-0,2 4,5 4.2 Svingninger omkring 0 grader Data fra Oslo - Blindern viser at første frostnatt om høsten (2 meters høyde) har inntruffet så tidlig som 15. september (1938), og så sent som 17. desember (2000). Gjennomsnittet for perioden er 15. oktober. Siste frostnatt om våren har forekommet så tidlig som 2. april (1937), og så sent som 19. mai (1967). Gjennomsnittet for perioden er 25. april. Se tabell 2. Data for gressminimumstemperaturen foreligger for perioden fra Blindern. Gjennomsnittsdato for første frostnatt om høsten er 26. september, altså snaut tre uker tidligere enn gjennomsnittet for temperaturen i 2 meter. Ytterpunktene er 5. september (1982) og 30. oktober (1961). Gjennomsnittsdato for siste frostnatt om våren er 12. mai, mens første og siste dato har vært 16. april (1983) og 24. juni (1994). Se tabell 3 Tabell 2. Datoer for nattefrost i 2 m høyde Oslo - Blindern Nattefrost (minimumstemperatur i 2 m) Første frostnatt om høsten Siste frostnatt om våren Gjennomsnitt oktober 25. april Tidligste 15. september 2. april Seineste 17. desember 19. mai Tabell 3. Datoer for nattefrost ved bakken Oslo - Blindern Nattefrost (gressminimum) Første frostnatt om høsten Siste frostnatt om våren Gjennomsnitt september 12. mai Tidligste 5. september 16. april Seineste 30. oktober 24. juni Ved å telle opp hvor mange ganger døgnets minimumstemperatur er negativ og maksimumstemperaturen er positiv, får vi et mål på hvor ofte temperaturen svinger omkring 0 grader. Dette kaller vi antall nullkrysninger. Merk at både i en stabil, kald vinter, og i en svært mild vinter vil antall nullkrysninger være få. Tabell 4 gir antall nullkrysninger på Oslo - Blindern for vintersesongene 1998/99 til 2007/08. Vi ser at antall nullkrysninger varier mye fra sesong til sesong, fra 44 i 2000/01 til 92 i 1999/2000. Gjennomsnittet var 75,4. Ser vi på den månedsvise fordelingen, forekommer flest nullkrysninger i mars og februar, med et gjennomsnitt på hhv 17 og 14,3. 6

7 Tabell 4. Antall dager med maksimumstemperatur over 0 grader og minimumstemperatur under 0 grader. 1998/ /08. Oslo Blindern. Sesong oktober november desember januar februar mars april SUM 1998/ / / / / / / / / / SUM GJENNOMSNITT 4,2 10,5 10,9 12,3 14,3 17,0 6,2 75,4 Nå vil også antall nullkrysninger ved bakken være av interesse. Dessverre har verken Blindern eller Alna noen lang serie med observasjoner av gresstemperaturen (Blindern har en lang serie av gressminimumstemperaturen, som jo ikke kan brukes til å finne antall nullkrysninger fordi gresstemperaturen kan ha vært over 0 grader, selv om to dager på rad har gressminimumstemperatur under 0 grader.). En gjennomgang av observasjonene fra to stasjoner med lange serier med måling av gresstemperaturen, Østre Toten, med kaldt innlandsklima, og Kvithamar (Stjørdal), med et klima i vinterhalvåret som ikke er så veldig forskjellig fra Oslo, viste at antall nullkrysninger ved bakken var høyere enn i 2 m både om våren og høsten. Gjennomsnittet var 2-4 flere tilfeller per måned. Dette er ikke uventet, for nettopp i overgangsperiodene der vinteren er i ferd med å slippe taket, eller er i ferd med å sette seg, vil man kunne ha kalde netter og milde dager, og følgelig mange svingninger omkring 0 grader ved bakken. Derimot var antall nullkrysninger ved bakken om vinteren svært forskjellig: i det kalde innlandsklimaet på Toten var antallet lite, mens det i Stjørdal var temmelig likt antallet i 2 m. For å få godt estimat på antall nullkrysninger ved bakken i Alna-området, må vi også ta med i betraktningen at en gressflate og en asfaltert vei har forskjellige strålingsegenskaper, og at veien taper varme enda raskere enn gressflaten. Antall nullkrysninger på en asfaltert vei, vil følgelig være enda høyere. Et estimat på antall svingninger omkring 0 grader ved bakken i Alna-området er gitt i tabell 5. Tabell 5. Estimat på gjennomsnittlig antall nullkrysninger ved bakken i Alna-området. oktober november desember januar februar mars april SUM Antall tilfeller Fordampning ved forskjellige temperaturer Dersom det skal fordampe fra elva, må vanndamptrykket i lufta være mindre enn metningstrykket over elva, som er en direkte funksjon av vanntemperaturen. Om det er kaldere enn 0 C, vil det alltid kunne fordampe fra elva selv når lufta er metta av vanndamp. Om vinteren vil det i regelen fordampe mer av elva desto kaldere det er i lufta fordi vanndamptrykket i lufta minker sterkt med fallende temperatur. 7

8 4.4 Hvilke temperaturer gir størst fare for økning i fuktinnholdet Temperaturer i intervallet -0,1 til -1 grad gir mulighet for relativt stor fordampning samtidig som temperaturen er under frysepunktet. Temperaturene er heller ikke lave nok til å islegge elva. Slike forhold inntreffer ca 500 timer i året på Oslo Blindern i 2 meters høyde, og anslagsvis timer ved bakken ved Alna. 5 Alna-elva Figur 5 viser nedbørfeltet til Alna i gul farge Feltet har et areal på snaut 70 km 2. Oslo kommune forslår en maksimal vannføring på 1-1,5 m 3 /s øverst i det nye elveløpet. Figur 6. Nedbørfeltet til Alna. Fra NVEs karttjeneste. 5.1 Vannføring Det foreligger lite vannføringsdata for vassdraget. Væringstad (2007) har utført flomberegninger som i hovedsak er basert på frekvensanalyser av observerte flommer i nærliggende vassdrag og sammenlignet med regionale formler og frekvenskurver. Middelflommen (5 års returperiode) er beregnet til drøyt 20 m 3 /s. Flommer kan forekomme hele året, men inntreffer som oftest om høsten og våren, enten som følge av store nedbørmengder som regn, eller smelting av snø (eventuelt en kombinasjon av disse). I situasjoner med høy vannføring vil følgelig temperaturen være høy, og derfor vil det heller ikke være fare for is- eller rimdannelse. 5.2 Flomtopper Oslo kommune har som intensjon at flomtoppene fortsatt skal renne gjennom eksisterende elvekulvert. Hvis en vesentlig mindre andel av flomtoppene skal renne gjennom kulverten, vil vannføringen i elvestrekningen langs veien øke. Dette vil ikke ha betydning for is- og rimdannelsen, nettopp fordi temperaturen er høy i situasjoner med høy vannføring. 8

9 5.3 Islegging i kalde perioder En elv vil starte med isproduksjon når lufttemperaturen holder seg lavere en -5 til -10 C over noen dager. Generelt vil den første isen dannes ved elvebreddene, og derfra vokse seg utover. Den videre isleggingen avhenger av faktorer som strømhastigheten og temperaturen. Ved hastighet lavere en ca 0,6 m/s vil man kunne få et sammenhengende isdekke slik som på innsjøer (dette vil vanligvis ta noen få dager). Ved vannhastigheter høyere en 0,6 m/s vil isleggingen først skje når vannhastigheten avtar som følge av oppbygging av isdammer og/eller kantis. Det sistnevnte vil selvfølgelig ta noe mer tid ved ellers like forhold. (Melvold, 2008) Enkelte av plantegningene legger opp til mindre stryk, hvor hastigheten nok normalt vil være over 0,6 m/s, mens elva ellers stort sett vil være sakteflytende, med vannhastighet under 0,6 m/s. Man må derfor anta at isdannelsen hovedsakelig vil skje som i en innsjø, med anlegging av et sammenhengende isdekke i løpet av noen dagers tid med tilstrekkelig kulde. 6 Vurdering av elva som fuktighetskilde og nærheten til veien Utredningen er initiert av at man naturligvis ikke ønsker å la elva gå åpen, hvis den ventes å skape store problemer med is- og rimdannelse vinterstid. En åpen elv eller et åpent vann vil, som nevnt innledningsvis, være en potensiell kilde for fuktighet, og sannsynligheten for ising på en vei avtar naturlig nok både med økende avstand og økende høydeforskjell mellom veien og fuktighetskilden. I denne saken ventes imidlertid elva bare å være en liten fuktighetskilde sammenliknet med andre kilder, som biler og industri, og avstanden og høydeforskjellen mellom vei og elv blir da av underordnet betydning. Det bør likevel nevnes at en vei bør legges på losiden av en fuktighetskilde (i den grad det er mulig), i forhold til dominerende vindretning for kaldluftsdrenasje om vinteren, fordi dette gir mindre sjanse for å føre fuktig luft over veien, og dermed mindre sjanse for og is- og rimdannelse. I Groruddalen vil denne kaldluftsdrenasjen foregå nedover dalføret vinterstid (typisk i rolige værsituasjoner), og vinden vil i slike situasjoner være nordøstlig. I det aktuelle området går både elv og vei i nordøstlig - sørvestlig retning, og det er sannsynligvis likegyldig hvilken side av veien elva renner på. 6.1 Problemer knyttet til økning i rim- og isdannelsen fordi elva går åpen. Frostrøykproblematikk Frostrøyk dannes når kald luft føres over varmt vann. Forskjellen mellom luft- og vanntemperatur må gjerne være grader. Det betyr at lufttemperaturen bør være mer enn 10 kuldegrader, noe som har inntruffet fra 5 til 30 dager per år på Blindern de siste 10 årene. Alna er såpass smal at det ikke kan dannes frostrøyk av noe særlig mektighet, slik at dette derfor heller ikke burde være noe problem. 6.2 Hvordan varierer problemer med fuktig luft gjennom vinteren? Figur 6 viser gjennomsnittlig luftfuktighet per time for månedene oktober (10) til april (4) for Oslo - Blindern. Alle tider er i UTC. Norsk normaltid er 1 time mer, norsk sommertid 2 timer mer. 9

10 Generelt er den relative luftfuktigheten høyest rett før soloppgang, og lavest midt på dagen, og har dermed motsatt forløp av lufttemperaturen. Vi ser at oktober har høyest fuktighet om morgenen av alle månedene, og at tidspunktet for maksimum (kl 6 UTC = kl 7 norsk normaltid og kl 8 norsk sommertid) faller sammen med en tid på døgnet med stor trafikktetthet. Hvis vi dessuten sammenholder dette med hvordan temperaturen endres gjennom døgnet (avsnitt 4.2, side 3), finner vi altså at høstmorgener er et potensielt utsatt tidspunkt for is- og rimdannelse. Gjennomsnittlig luftfuktighet Oslo Blindern Prosent Klokkeslett (UTC) Figur 7. Gjennomsnittlig relativ luftfuktighet per time for vinterhalvåret. Oslo-Blindern 10

11 7 Referanser Melvold, Kjetil (2008) Islegging av Alna, personlig meddelelse Utaaker, Kåre (1991) Mikro- og lokalmeteorologi, Alma Mater, Bergen Væringstad, Thomas (2007) Flomberegning for Alna. Notat fra NVE 11