Nedbør i Norge siden 1900

Nedbør i Norge siden 1900 Norge er et land med store kontraster i mengden nedbør, fra det våte Vestlandet til tørre innlandstrøk. Artikkelen gir en kortfattet gjennomgang av nedbørsklimaet og nedbørsekstremer i Norge. Det gis også en analyse av tilgjengelige observasjoner tilbake til 1900 for å se om det kan påvises systematiske forandringer gjennom det siste 114 årene. Konklusjonen er at vi ser en endring mot et generelt våtere hydrometeorologisk klima med flere nedbørsdager og flere ekstreme hendelser. Norge varmt og vått I Norge er vi velsignet med et klima som er betydelig varmere enn andre steder på tilsvarende breddegrader. Dette skyldes i hovedsak to forhold: For det første transporterer Atlanterhavs trøm men varme nordover langs norskekysten, for det andre vil lavtrykk som går over Atlanteren bringe med seg varm luft nordover. Norge ligger i forlengelsen av en av de to hovedrutene for lavtrykkspassasjer på nordlige halvkule. Dette er en relativt smal sone i Atlanterhavet som begynner ved nordlige deler av USAs østkyst der kald luft fra nord i høyden og store temperaturkontraster mellom hav og land er med å gi gode vekstvilkår for lavtrykksdannelse. Lavtrykkene vil bevege seg østover og når ofte sin maksimale intensitet nær Island for så og gradvis svekkes når de nærmer seg Norge eller sentral- Europa. Disse lavtrykkene transporterer ikke bare varme de er også ansvarlige for transport av fuktige luftmasser mot Norge. Noe som gir Norge ikke bare et varmt, men også et fuktig klima med omtrent dobbelt så mye nedbør som det som i gjennomsnitt regner ned over Jordas landområder. Hvordan oppstår nedbør? I Norge kommer det meste av nedbøren i forbindelse med lavtrykkspassasjer som har og har tatt opp fuktighet på veien over Nord-Atlanteren. Selve nedbøren kommer ofte i forbindelse med oppstigende fuktig luft langs en varm eller kaldfront (skille mellom to luftmasser med forskjellig temperatur). Hvis den storstilte vindretningen er rettet mot en topografisk barriere vil i tillegg lufta tvinges over fjellet og får et ekstra løft som fører til en orografisk forsterkning av nedbøren på losiden av fjellet. Denne effekten er ofte størst på den første større fjellrekken innenfor kysten. Ettersom lufta vil miste mye av sin fuktighet i møte med den første fjellrekken, vil effekten av topografien avta innover i landet. Når luftmassene når lesiden av fjellet vil mye av fuktigheten være tatt ut, i tillegg vil lufta synke ned og oppvarmes. Det vil da oppstå en regnskygge. I tillegg til storskala frontnedbør og orografisk forsterkning får vi ofte (f. 1970) er utdannet Dr. Scient i meteorologi, og er professor i meteorologi ved Geofysisk Institutt, Universitetet i Bergen og ved Bjerknessenteret for klimaforskning. Hans forskningsinteresser er lavtrykksdannelse og den hydrologiske syklusen. I Norge er vi velsignet med et klima som er betydelig varmere enn andre steder på tilsvarende breddegrader 221

Luftens evne til å holde på vanndamp reduseres med temperaturen Det er et klart skille i nedbør mellom de regionene som ligger vest og øst for de vestligste fjellområdene på Vestlandet bygenedbør. Dette er nedbør som skyldes lokal ustabil oppstigende luft og tilhørende nedbør. Ustabilitetene dannes ofte i forbindelse med oppvarming ved bakken eller den kan opptre sammen med fronter. Byger gir nedbør over forholdsvis kort tid, men den kan være svært intens. Denne type nedbør opptrer ofte i indre strøk om sommeren. Som beskrevet ovenfor må vi i tillegg til fuktig luft ha en prosess som avkjøler luftmassene, dette skjer ofte ved at luftmassene stiger. Grunnen til at vi trenger denne avkjølingen er at luftens evne til å holde på vanndamp reduseres med temperaturen. En avkjøling vil derfor kunne føre til at luften blir mettet med vanndamp og vi får kondensasjon (overgang fra gass til væske) som gir oss skydannelse og påfølgende nedbør. Mengden vanndamp lufta kan holde før vi får skyer er gitt ved Clausius-Clapyrons likning som for temperaturer typiske for luftmasser over Norge, forteller oss at en avkjøling på 1 C reduserer mengden vanndamp som luft kan holde med 6 7 %. Hvor kommer vannet fra? Så hvor kommer vannet fra som faller ned over Norge? Det er gjort forholdsvis få studier av dette i Norge, så det enkle svaret på det er at det vet vi ikke sikkert. Sodeman og Stohl (2013) viste at for desember 2006 kom i Sør-Norge (sør for Trondheim), nesten 75 % av vannet fra Atlanteren, omtrent 20 % fra landområdene i Europa, og de resterende 5 % fra områder lenger vest (Nord-Amerika og Atlanteren sør for 10 N). Over 50 % var fra havområdet 50 70 N, mens mindre enn 10 % av vannet var fra havområdene sør for 40 N; noe som indikerer at en relativt stor andel av vannet var fordampning fra våre nære havområder (nordlige Atlanterhavet og de nordiske hav). Gitt at analysen bare dekker en enkelt vintermåned er det vanskelig å anslå i hvor stor grad verdiene er representative. Klimatologisk fordeling av årsnedbør Et svært sparsommelig målenett på høyfjellet gjør at man vet lite om nedbørsmengdene i de store fjellområdene, men gjennomsnittlig årsnedbør for Norge er beregnet til mellom 1400 og 1500 mm, noe som er 200 300 mm over det vi finner ved hjelp av observasjonene. Det er betydelige variasjoner både i tid og geografi, og over 60 % av årsnedbøren i Norge faller om høst og vinter. De største årsverdiene finner vi i området mellom Hardangerfjorden og Møre med verdier godt over 3000 mm enkelte steder. Det er et klart skille i nedbør mellom de regionene som ligger vest og øst for de vestligste fjellområdene på Vestlandet (Jostedalsbreen, Stølsheimen, Vossefjellene og Folgefonna). Det er interessant å merke seg hvor effektivt disse fjellområdene helt i vest forsterker nedbøren. I den andre enden av skalaen ligger nedbørfattige øvre Gudbrandsdalen og indre Troms med verdier som bare er 10 15 % av hva man finner på Vestlandet (Figur 1). De største år-til-år-variasjonene relativt til årsnormalen finner vi i indre strøk på Vestlandet, gjerne rett innenfor de vestligste fjellområdene, samt i nordøstlige deler av Nordland nær Narvikfjellene. I disse to regionene kan det i et svært vått år komme opp mot dobbelt så mye nedbør som i et 222

svært tørt år. Den tilsvarende differansen på Østlandet er sjelden mer enn 50 60 % av årsnedbøren. Ikke overaskende følger antall nedbørsdager i hovedsak samme geografiske fordeling som nedbørsummen. Hvis vi bruker en terskelverdi på 1 mm for å indikere om vi har en nedbørsdag eller ikke, vil det på Vestlandet regne cirka 50 60 % av dagene, mens vi i øvre Gudbrandsdalen og indre Troms er ned i under 25 % av dagene. Variasjoner i årsnedbør siden 1900 På grunn av den store interessen for vannkraft opprettet Meteorologisk institutt en egen nedbøravdeling i 1895, og vi har i dag et sekstitalls stasjoner med et datatilfang som er av en slik kvalitet at vi kan analysere nedbørsvariasjoner over mer enn 100 år. Basert på disse meteorologiske stasjonene har det i Norge vært en nedbørstrend på 17 % per 100 år, med 2011 som det våteste året som er observert (Figur 3). Forandringen har vært spesielt kraftige de siste 40 årene og økningen kan ses over hele landet. Prosentvis er økningen relativt lik over hele landet, noe som betyr at i antall millimeter er det Vestlandet som har fått den største økningen. Her har en del av stasjonene hatt en økning på over 300 500 millimeter siden begynnelsen av forrige århundre. Forandringene ses i alle årstider, men er noe mindre om sommeren. Forandringen skyldes både flere dager med nedbør og mer intens nedbør. Det regner i snitt cirka 2 uker mer nå enn for 100 år siden (Figur 3). I antall våte dager står Figur 1 Normal årsnedbør (1961 1990) i mm for norske stasjoner (til venstre) og prosentvis differanse mellom det våteste og tørreste året i normalperioden relativt til årsnormalen (til høyre). En verdi på 50 % betyr da at differansen mellom det tørreste og våteste året i perioden var 50 % av årsnormalen. Det regner i snitt ca 2 uker mer nå en for 100 år siden 223

Figur 2 Prosentvis antall dager med nedbør over 1 mm for normalperioden 1961 1990. 2011 ut som spesielt fuktig og i gjennomsnitt over tilgjengelige stasjoner regnet det dette året nesten en måned mer enn normalt. Hvordan kan vi forklare denne kraftige økningen? En liten del av forklaringen kan vi finne i den direkte effekten av økte temperaturer. I Norge har man observert en temperaturøkning i størrelsesorden 0.8 C over de siste 100 år. Clausius Clapeyrons likning som relaterer mengden vanndamp som atmosfæren kan holde før det dannes skyer til atmosfærens temperatur tilsier da at i et svært forenklet scenario der vi ikke har forandring i noen andre meteorologiske parametere skulle man få en nedbørsøkning på rundt 5 %. Når globale klimamodel ler som brukes i FNs 5. klimarapport som kom i 2013, simulerer klimaforandringene siste 150 år basert på historiske forandringer i drivhusgasser, forurens nings partik ler, vulkanutbrudd og variasjoner i solinnstråling greier de å simulere den observerte temperaturforandringen, men de simulerte forandringene i nedbør er bare en femtedel av de observerte forandringene (i snitt +3,2 % per 100 år), og ingen av de analyserte simuleringene (i alt 36 simuleringer fra 18 forskjellige klimamodeller) beregner nedbørstrender tilsvarende høyt som den observerte. Det er flere mulige forklaringer på dette: En forklaring kan være at de globale klimamodellene er for konservative i sin beregning av hvor følsom nedbør er til forandringer i naturlige og menneskeskapte klimapådrag. Dette kan for eksempel skyldes at modellene ikke greier å simulere de relevante fysiske prosessene som styrer nedbørsproduksjonen på en tilfredsstillende måte eller at simulerte lavtrykksbaner og atmosfæriske fronter ikke er riktig plassert geografisk. En annen mulighet er at en stor del av de observerte forandringene ikke er knyttet til menneskeskapte utslipp eller naturlige pådrag slik som solinnstråling, men skyldes tilfeldige multidekadiske variasjoner i klimasystemet som modellene ikke klarer å reprodusere. Den manglende fysiske forståelsen av hvorfor økningen i observert nedbør er så mye større enn i modellene er med å gi store usikkerheter knyttet til framskrivninger av nedbørsforandringer i et varmere klima. 224

Figur 3 Gjennomsnittlig forandring i årsnedbør gitt i % (øverst) og forandring antall dager med over 1 mm nedbør gitt i antall dager (nederst) for perioden 1900 til og med 2013. Avvikene er relative til 1961 1990-normalen, og gjennomsnittet er tatt over de stasjonene som har observasjoner i mer enn 90 % av dagene i denne perioden. Røde og blå stolper indikerer henholdsvis positive og negative avvik fra normalen for hvert år. I den røde kurven er de årlige til dekadiske (tiårlige) variasjonene glattet ut for klarere å kunne se langtidsforandringen. 225

Målt i døgnnedbør er det Vestlandet som har de kraftigste nedbørsekstremene Oppskriften på en storskala ekstrem nedbørshendelse om høst og vinter er fuktige luftmasser og kraftig vind rettet mot en større topografisk barriere Klimatologisk fordeling av ekstremnedbør Om vi ser på de 0,5 % av dagene med kraftigst nedbør, ser vi et klart skille mellom kystnære områder som i hovedsak får ekstremnedbør på høst og vinter, og indre strøk på Østlandet og Finnmark samt Varangerhalvøya der ekstreme nedbørshendelser som oftest skjer på sommeren (Figur 3). Dette skille kan vi forklare med at de kystnære strøkene i hovedsak får ekstreme hendelser i forbindelse med lavtrykkspassasjer, mens i indre strøk er det mer kortvarige byger som gir de mest ekstreme hendelsene. Målt i døgnnedbør (nedbørdøgnet strekker seg fra klokken 06 til 06 universell tid UTC) er det Vestlandet som har den kraftigste nedbøren med verdier over 100 mm enkelte steder, mens store deler av resten av landet har verdier under 50 mm (Figur 4). Det er verdt å merke seg at et tilsvarende kart for timesnedbør ville vist at på timesskala er det Østlandet som får de mest ekstreme hendelsene. Den norske døgnnedbør-rekorden ble satt i Indre Matre i Kvinnherad i Sunnhordland for 74 år siden. Det ble målt 229.6 mm den 25 26. november 1940. Observatøren skriver at nedbørmåleren hadde rent over, så den eksakte mengden som kom dette døgnet er vanskelig å anslå. Dessverre ble denne stasjonen lagt ned i 1971 og det nærmeste vi har kommet er 223 mm som ble observert på Opstveit (også i Kvinnherad) under ekstremværet Loke 14. 15. november 2005. Det kan nevnes at i de årene både Opstveit og Indre Matre observerte nedbør målte Indre Matre systematisk noe høyere verdier så det er ikke utenkelig at vi hadde fått en ny rekord i 2005 hvis det fortsatt hadde stått en stasjon i Indre Matre. Oppskriften på et storskala ekstremvær Man kunne tro at siden det er mest intense lavtrykk om vinteren, så er det også da man har de mest ekstreme nedbørshendelsene, men det er det ikke. Grunnen er at styrken på de lavtrykksrelaterte ekstremhendelsene ofte er knyttet til hvor store mengder vanndamp som blåses inn mot land. Dette er avhengig av to ting, mengden vanndamp i luftmassene og vindhastigheten. Om vinteren kan det ofte oppstå kraftig vind, men samtidig er luftmassene ofte betydelig kaldere enn om høsten og inneholder derfor mindre fuktighet siden mengden fuktighet som atmosfæren kan holde er avhengig av temperaturen. Om høsten er lavtrykkene ofte svakere, men til gjengjeld er luftmassene varmere og det er derfor mer vann tilgjengelig for nedbørsdannelse. Kommer vi til sommeren er ofte lavtrykkene for svake selv om mengden vanndamp i lufta kan være betydelig større enn om vinteren. Oppskriften på en storskala ekstrem nedbørshendelse om høst og vinter er altså fuktige luftmasser og kraftig vind helst rettet mot en større topografisk barriere. Analyse av kraftige nedbørshendelsene i forskjellige regioner i Norge viser at værsituasjoner som medfører rekordmye døgnnedbør i høst og vinterhalvåret på Vestlandet svært ofte er knyttet til et lavtrykk sentrert i de nordiske hav og et samtidig høytrykk over Europa eller i havområdene utenfor (Figur 5). Ofte er det i tillegg sekundære lavtrykksentre i sørlige deler av Nord Atlanteren og i Barentshavet. Dette setter opp en kraftig sør- 226

vestlig vind som bringer med seg store mengder fuktig luft fra sør vest. Går vi til deler av Sør- og Østlandet er de typiske vinter-og høstekstremene ofte knyttet til et lavtrykk nord for Skottland eller i Skagerak som tar med seg vann fra Biscayabukten og Østersjøen. Et høytrykk over vestlige deler av Russland er ofte med og styrker den kraftige vinden som skal til for å få nok vanndamptransport til at episoden blir ekstrem (Figur 5). Det er verdt å merke seg at det ikke nødvendigvis er styrken av lavtrykket som er avgjørende for hvor ekstrem situasjonen blir, men kombinasjonen av et lavtrykk og et høytrykk som setter opp kraftige nok trykkdifferanse og dermed vinder til å gi optimale forhold for transport av fuktig luft fra sør. Forandring i ekstremnedbør siste 100 år Basert på de meteorologiske stasjonene som har målt nedbør daglig siden 1900 ser vi at det i gjennomsnitt har vært en trend i antall ekstreme nedbørshendelser på mellom 25 35 % per 100 år avhengig av hva vi definerer som en ekstrem hendelse (Figur 6). De største forandringene ses i de mest ekstreme hendelsene. Vi ser en opphopning av år med mange ekstreme hendelser de siste 30 årene og økningen ses over hele landet (over 80 % av stasjonene som har målinger tilbake til 1900 viser en økning) med de største utslagene på Vestlandet. På grunn av lokal topografi og stasjonenes beliggenhet ser vi store lokale forskjeller i styrken på økningen. Det er tre år som utpeker seg Figur 4 Årstiden med flest ekstreme nedbørshendelser (til venstre) og gjennomsnittlig intensitet til de ekstreme hendelsene i mm (til høyre). Begge plot er for normalperioden 1961 1990. En ekstrem nedbørshendelse er her definert som 99.5 prosentilen i nedbørsintensitet. Dvs. de 0,5 % av dagene med mest nedbør. Årstidsoppdelingen er: JJA: Juni August; MAM: Mars Mai; DJF: Desember Februar; SON: September November. 227

Figur 5 Typisk værsituasjon som gir ekstremnedbør høst og vinter over Vestlandet (venstre) og Østlandet (høyre). Konturlinjene gir trykket ved havnivå og pilene indikerer transport av fuktig luft. L og H indikerer henholdsvis lavtrykk og høytrykk sentrene. som spesielt ekstreme år, 1934, 1990 og 2011 der antall hendelser var over 60 % flere enn normalen. Konsekvenser av økt ekstremnedbør Observasjoner over de siste 50 år viser en økning i årlig maksimal avrenning i uregulerte elver der flomtoppen er relatert til regn, mens elver der flomtoppen er knyttet til snøsmelting viser en reduksjon (Stahl mfl. 2012). Det 228 er grunn til å tro at det økte antallet ekstreme nedbørshendelser er en viktig faktor i forklaringen av den observerte økningen i maksimal avrenning i nedbørsstyrte elver. Flommen i Nord-Trøndelag i 2006 er et godt eksempel på typiske vinterflomsituasjoner i Midt-Norge. I slutten av januar var det flere kraftige lavtrykk i de nordiske hav. Lavtrykkene førte med seg store mengder

Figur 6 Gjennomsnittlig forandring i antall ekstreme nedbørshendelser gitt i prosent relativt til 1961 1990 normalen for perioden 1900 til og med 2013. Gjennomsnittet er tatt over de stasjonene som har observasjoner i mer enn 90 % av dagene i denne perioden. Røde og blå stolper indikerer henholdsvis positive og negative avvik fra normalen for hvert år. I den røde kurven er de årlige til dekadiske variasjonene glattet ut for klarere å se langtidsforandringen. fuktig og varm luft som ga ekstremt mye nedbør. Dette sammen med snøsmelting ga den største flommen som var målt i Fosen, siden observasjonene startet i 1917 (NVE 2006). Figur 7 viser hvordan lavtrykket på sørspissen av Grønland og et høytrykk over den engelske kanal satt opp en kraftig sørvestlig vind som transporterte store mengder av vanndamp fra sør inn i de nordiske hav. Et lavtrykk i Barents havet gjorde at vanndampen svingte inn mot Trøndelagskysten og ga kraftig nedbør. I Norge har vi omkring 1500 2000 steinsprang, skred og ras over veier hvert år (NVDB ), men manglende kartlegging av rasutsatte områder og begrenset vitenskapelige forståelsen av hva som utløser forskjellige typer skred og ras gjør at det ikke finnes gode nasjonale beregninger på i hvilken grad økningen av store nedbørsmengder har påvirket ras og skredfrekvensen. Meyer mfl. (2012) har vist at løsmasseskred i Norge har blitt trigget av nedbørshendelser som varierte fra 15 til over 100 mm/dag. Studien viser at det er det ikke er nødvendigvis den absolutte intensiteten som er viktig, men intensiteten relativ til hva som er normal nedbørintensitet på stedet. Et godt eksempel på innvirkningen av ekstrem nedbør på ras er ekstremværet Loke i november 2005. En kaldfront sør for uværet sammen med en sterk orografisk forsterkning av nedbøren forårsaket en rekke oversvøm melser og ras på Vestlandet. Figur 8 viser hvordan lavtrykket vest for Nordlandskysten og et høytrykk Et godt eksempel på innvirkningen av ekstrem nedbør på ras er ekstremværet Loke i november 2005 229

Figur 7 Transport av vanndamp i gram per m/s gitt i farger, og trykket ved havnivå gitt ved konturlinjene for morgenen 30. januar 2006. L og H indikerer henholdsvis lavtrykk- og høytrykk sentrene. Figur 8 Transport av vanndamp i gram per m/s gitt i farger og trykket ved havnivå gitt ved konturlinjene for morgenen 14. november 2005. L og H indikerer henholdsvis lavtrykk og høytrykk sentrene. vest for Biscaya sammen styrte en kraftig strøm av vanndamp direkte inn mot Langfjella. I tillegg til at en person omkom i Bergen, ble det registrert 139 ras (Bondevik og Aa ) og Bergensbanen var stengt i omkring to døgn i forbindelse med hendelsen. 230 Infrastruktur i et våtere klima I dimensjonering og bygging av infrastruktur brukes returverdier (for eksempel styrken av hundreårsflommen) basert på historiske observasjoner. I denne framgangsmåten ligger en antagelse om at fremtidige ekstreme hendelser vil komme omtrent med samme hyppighet som det

man allerede har observert. Ekstremverdi analyse av nedbørsobservasjonene viser at ventetiden for en svær ekstrem hendelse (100 års returverdi) er redusert med 15 20 % siste 30 år sammenliknet med returverdier basert på data fra siste 100 år, noe som gjør at man bør være svært forsiktig med å dimensjonere infrastruktur ut fra historiske observasjoner som kan vise seg i liten grad å være representative for et fremtidig klima. Det blir derfor en viktig oppgave for de som jobber med hydrometeorologi å revidere metodene for estimering av returverdiene som skal ligge til grunn for framtidig infrastruktur. Gitt de raske forandringene man har sett de siste 30 år er det klart at å basere seg utelukkende på historiske observasjoner vil kunne gi alvorlig feilestimater. Referanser Bondevik, S. og Aa, A.R.. Skred utløyst under uvêret Loke 14. november 2005. Notat nr. 4/14. Sogndal, Høgskulen i Sogn og Fjordane, Avdeling for ingeniør- og naturfag. Meyer, N.K., Dyrrdal, A.V., Frauenfelder, R., Etzelmüller, B. og Nadim, F. 2012. Hydrometeorological threshold conditions for debris flow initiation in Norway, Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 12: 3059 3073, doi:10.5194/ nhess-12 3059 2012. NVDB : Nasjonal vegdatabank. http://www.vegdata.no/ NVE 2006: Vannet Vårt, Hydrologi i Norge. Rapport fra Norges vassdrags- og energidirektorat, Hydrologisk avdeling, Oslo Sodemann, H. og Stohl, A. 2013. Moisture Origin and Meridional Transport in Atmospheric Rivers and Their Association with Multiple Cyclones. Mon. Wea. Rev. 141, 2850 2868. doi: http://dx.doi. org/10.1175/mwr-d-12 00256.1 Stahl, K., Tallaksen, L.M., Hannaford, J. og van Lanen, H.A.J. 2012. Filling the white space on maps of European runoff trends: estimates from a multi-model ensemble. Hydrol. Earth Syst. Sci. 16, 2035 2047, doi:10.5194/ hess-16 2035 2012. Ventetiden for en svær ekstrem hendelse er redusert med 15 20 % siste 30 år 231