Erik Kolstad

Varsling av polarstormer

Oppgaven min i det forskningsprosjektet jeg jobber på er å finne koblinger mellom polarstormer (inkludert polare lavtrykk) og store værmønstre. I juni fikk jeg publisert en artikkel som dreier seg om dette. Her er et sammendrag jeg skrev for Bjerknessenterets hjemmesider:

I en ny studie blir det tatt et skritt mot bedre varsling av uvær i polare strøk. Kaldluftsutbrudd over havet kan knyttes til store værmønstre, og dermed åpnes det for å bruke nye virkemidler for å varsle slike hendelser.

Marine kaldluftsutbrudd er det viktigste arnestedet for uvær til havs i polare strøk. Et MK er en storskala forflytning av kald luft, typisk fra områder dekket av sjøis, inn i regioner med åpent hav. Temperaturkontrasten mellom det relativt varme havet og luften kan være mer enn 20 grader, og dette fører til stigende luft og lavtrykksdannelse. Det mest kjente værfenomenet som er knyttet til MK’er er polare lavtrykk (polarstormer). Disse har, til tross for at de er mindre i utstrekning, blitt sammenlignet med tropiske orkaner, og kan produsere vinder med orkan styrke og store snømengder. MK’er utgjør dermed en betydelig del av risikobildet både til havs og langs kysten i Norge, Russland, Island, Japan og til og med De britiske øyer. MK’er er også viktige faktorer i å bestemme hvor mye varme som overføres fra havet til luften om vinteren. Slikt varmetap er knyttet til dypvannsdannelse og styrken på den termohaline sirkulasjonen, det store «samlebåndet» av varmeenergi i havet. I en ny studie, som ble publisert i Climate Dynamics og som ble ledet av Bjerknesforskeren Erik Kolstad, undersøkes sammenhengen mellom de store værmønstrene og MK’er. Over De nordiske hav er det sterke høytrykksrygger over Grønland, enten alene eller sammen med sterke lavtrykksanomalier over Nordøst-Europa, som er mest fordelaktig for dannelse av MK’er. Dette kan være viktig fordi slike forhold er knyttet til den negative fasen av Den nordatlantiske oscillasjonen, det mest dominerende værmønsteret i Nord-Atlanteren. Dette betyr at en potensiell fremdrift i varsling av NAO – et stort forskningsfelt – vil kunne komme varslingen av MK’er til gode.

Fullstendig referanse: Kolstad, E. W., Bracegirdle, T. J. & Seierstad, I. A. (2009), Marine cold-air outbreaks in the North Atlantic: temporal distribution and associations with large-scale atmospheric circulation, Climate Dynamics, 33(2), 187-197.

Artikkelen kan lastes ned her.

Ny bok: «Hva er KLIMA»

Fra og med denne uken er boken «Hva er KLIMA» tilgjengelig. Jeg har skrevet den sammen med Øyvind Paasche, en god kollega og (fremdeles) venn på Bjerknessenteret.

Kort og godt handler boken om hvordan klimasystemet funker. Hvorfor har det kommet istider med 100 000 års mellomrom, og hvorfor begynte dette for noen få millioner år siden. Og hvorfor blir ikke hvert år varmere enn det forrige når CO2-innholdet i atmosfæren øker for hvert år? Håpet vårt er at boken skal lære folk hvilke drivkrefter som ligger bak vær og klima, så kanskje vi slipper noen av de håpløse utspillene i media (fra journalister, politikere og selvlærte eksperter).

Boken er tilgjengelig for salg hos bokhandlerne, samt på nett:

Og så var det slutt på min kjennskap til bokhandlere på nett… Boken koster 159 kr og er på litt under 150 sider. Fin liten pocket!

Koblinger med stratosfæren

Her er en oversettelse av sammendraget til en artikkel jeg nettopp har sendt avgårde til Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society:

Tidligere studier har påvist en sammenheng mellom unormalt kalde forhold ved bakken og unormalt svake vestavinder i stratosfæren. Store deler av det nordlige Asia, Europa og Nord-Amerika har vist seg å kjøles ned i den modne og sene fasen av hendelser med svake virvler i stratosfæren. En stor del av disse temperaturendringene er knyttet til endringer i de troposfæriske trykkmønstrene Northern Annular Mode og North Atlantic Oscillation (NAO – Den nordatlantiske oscillasjonen). Den tilstynelatende koblingen mellom stratosfæren og troposfæren kan ha relevans for værvarsling, men bare dersom koblingens tidmessige og romlige natur er kjent. Her viser vi, ved hjelp av 51 år med reanalyse-data, at den troposfæriske temperaturutviklingen relativt til svake virvler i stratosfæren går gjennom en rekke veldefinerte stadier, inkludert geografisk distinkte kaldluftsutbrudd. Helt i starten av svake virvelhendelser finnes det et forløpersignal i form av en sterk høytrykksanomali over Nordvest-Europa. Samtidig opptrer langlivete og robuste kaldanomalier over Asia og Vest-Europa. Noen uker senere, i den modne fasen av svake virvelhendelser, oppstår en mer kortlivet kaldanomali utenfor kysten av Nord-Amerika. Sannsynligheten for kaldluftsutbrudd i de forskjellige fasene og de svake virvlenes livssyklus øker med 50–80 % i fire nøkkelregioner. Dette viser at den stratosfæriske polarvirvelen inneholder informasjon som kan brukes til å forbedre varslingen av kaldluftsutbrudd. 300-årlige preindustrielle kontrollkjøringer av 11 klimamodeller stemmer overens med resultatene våre.

Artikkelen kan lastes ned her.

En kald vinter i anmarsj?

Her er en kronikk som ble publisert i Aftenposten 7. februar 2009:

Tarjei Breiteig, stipendiat ved Bjerknessenteret for klimaforskning i Bergen
Erik Kolstad, forsker ved Bjerknessenteret

I midten av januar gikk stratosfæren gjennom en kraftig, plutselig oppvarming. Dette kan gi bud om en kald senvinter i Nord-Europa.

Når Leonard Cohen sang «Things are gonna slide, slide in all directions», tenkte han på alvorligere ting enn været. Teksten kan likevel brukes som et bilde på værets natur.

Været er den kanskje fremste eksponenten for kaos i naturen. Det er som oftest umulig å gi et godt værvarsel som gjelder mer enn noen få dager. Små, uforutsette utviklinger i atmosfæren kan vokse ut av proporsjoner og virkelig få ting til å skli i alle retninger. I ytterste konsekvens kan en sommerfugls vingeslag forandre hele utviklingen.

Likevel søker meteorologer stadig etter systematikk i værsystemene. Mye av inspirasjonen har kommet fra El Niño. Dette er et tropisk fenomen som er knyttet til storstilte avvik i havtemperaturen i Stillehavet, men det har vist seg å ha konsekvenser for hele kloden. For eksempel fører kraftige El Niño-episoder til tørke i Sørøst-Asia og i Australia og flom i det sørvestlige USA.

El Niño er en mekanisme som er så dominerende at den medfører en viss grad av værmessig forutsigbarhet. Har vi noe tilsvarende i Europa?

Utgangspunktet er ikke det beste. Det er utenfor tropene at været virkelig lever ut sin kaotiske natur. Vår egen vestkyst blir bombardert med lavtrykk gjennom hele vinterhalvåret. Vi får sjelden oppleve lange perioder med stabilt vær. Det viser seg imidlertid at det også her i Nord-Atlanteren finnes et dominerende værmønster.

På slutten av 1700-tallet gjorde pastoren Hans Egede Saabye en interessant iakttakelse. Han oppholdt seg på Grønland, og gjennom sin korrespondanse med dansker la han merke til at de barskeste vintrene på Grønland gjerne var mildere enn normalt i Danmark. I senere tid har denne observasjonen blitt bekreftet ved hjelp av statistiske metoder.

Nord-Europa i øst og Grønland og Canada i vest danner to temperaturmessige motpoler i et system som svinger frem og tilbake. Denne pendelaktige svingningen er et resultat av «Den nordatlantiske oscillasjon», best kjent ved forkortelsen «NAO». På 1960- og 1970-tallet var NAO inne i en langvarig fase som gav mange kalde, snørike vintre i Norge. Dette snudde brått på 1980-tallet og innledet en lang periode med mildere vintre som var mer preget av regn enn snøfall.

Ettersom NAO kan holde seg i en gitt fase gjennom lengre perioder, har man et visst håp om at det finnes et element av forutsigbarhet også utenfor tropene. Britene har i flere år drevet med sesongvarsling av NAO, og dermed indirekte av temperaturforholdene i Europa og Nord-Amerika.

Havet er en nøkkelbrikke i puslespillet. Temperaturen i havoverflaten varierer mye saktere enn temperaturen i atmosfæren. Fordelingen av varmt og kaldt vann i Nord-Atlanteren kan derfor påvirke lufttemperaturen i kystnære områder i lange perioder.

Også sjøisens utbredelse og snø- og fuktighetsforholdene på land kan være gull verdt for sesongvarsling. For eksempel har snødekket over Sibir og Himalaya vist seg å ha innflytelse på vinterværet i Europa. Hvis disse områdene har mye snø, vil mye solstråling reflekteres fra den lyse overflaten. Luften blir kald og tung, et høyttrykk oppstår, og dette lager en bølge i luftstrømmene over, som en stor stein i en liten bekk. Et kraftig sibirsk høytrykk medfører gjerne kalde, fine vinterdager i Nord-Europa og mørke skyer i Sør-Europa.

Men vi må løfte blikket for å se den prosessen som kanskje gir det største potensialet for langtidsvarsling av vær i Europa. Stratosfæren, det stabile luftlaget som begynner på 10–12 kilometers høyde og som strekker seg flere tiltalls kilometer opp, er preget av voldsomme vinder gjennom hele vinteren. I snitt én gang hver vinter gjennomgår imidlertid disse vindene enten en kraftig forsterkning eller en kraftig svekkelse. Særlig svekkelsene har bemerkelsesverdige konsekvenser. De fører til en kraftig oppvarming av stratosfæren over Arktis, i ekstreme tilfeller opp mot 50 grader i avvik.

Etter starten på en stratosfærisk oppvarming ser man ofte en respons på bakken. Det er vanlig at vestavindene ved bakken svekkes i en lang periode. Temperaturen faller i den nordlige delen av Asia, og etter noen dager blir det kaldt også i Nord-Europa. Dette bildet kan vare ved i mange uker, og gir seg til kjenne ved et langvarig utslag i NAO-systemet. I Norge og i Nord-Europa for øvrig kommer vinden i større grad enn normalt fra øst. Det er dette som gjør at det kan holde seg kaldt i lang tid.

En plutselig stratosfærisk oppvarming tok til i midten av januar i år, og ble umiddelbart ledsaget av en voldsom frost i Russland. I slutten av januar begynte temperaturene i Norge også å falle, og det har holdt seg relativt kaldt siden. Meteorologene varsler lavere temperaturer enn normalt i hele Vest-Europa i den første halvdelen av februar.

Om denne hendelsen virkelig kommer til å feste sitt kalde grep rundt Nord-Europa er usikkert. Forholdene ligger imidlertid til rette for en slik utvikling, og sannsynligheten for en kald senvinter har økt. Utviklingen følges nøye av meteorologene.

Men selv om mulighetene for sesongvarsling i Europa virker å være til stede, er værets fremtidige vei alltid uransakelig. Vi har blitt lurt før, men inntil videre legger vi hodene på blokken og spår en kald avslutning på vinteren.

Reuters-artikkel

En artikkel som jeg publiserte i fjor med Tom Bracegirdle fra British Antarctic Survey ble plukket opp av Reuters i dag. Først ble pressemeldingen lagt ut på hjemmesiden til Det internasjonalet polaråret (IPY), så ble jeg ringt opp av Reuters sin korrespondent i Oslo. Artikkelen ligger her.

Her er en liste over steder som kjørte artikkelen:

«Jakta på polarstormen»

Nå er dokumentarfilmen om polare lavtrykk tilgjengelig på NRK nett-TV. Den handler om det forskningsprosjektet jeg jobber på. Målsetningen er å gjøre det mulig å forbedre varsling av polare lavtrykk. Dette er en hissig værtype som dannes når det blåser kald vind fra ismassene i Arktis ned i våre havområder. Senest på onsdag (7. januar 2009) traff et slikt lavtrykk land på et annet sted enn det som var varslet dagen før. Satellittbildet under viser hele kaldluftsutbruddet denne morgenen (klikk for full størrelse).

Den kalde luften strømmer rett nedover og svakt mot venstre på bildet, fra nordvest. De høye fjellene på nordvestkysten av Spitsbergen gjør at det dannes en stripe med turbulente skyer som strekker seg helt ned til kysten. Til venstre for denne ser vi en klassisk skytype i forbindelse med slike kaldluftsutbrudd. De kalles roll clouds og er av typen Stratocumulus.

Til høyre for stripen ned fra Svalbard finner vi det polare lavtrykket. På dette tidspunktet består det av to kraftig fronter. Den buete, avlange massen av helt hvite skyer til venstre er en kaldfront. Her trenger det seg kald luft inn i relativt varme luftmasser. Den varme luften blir presset opp med voldsom kraft, og dette fører til at det dannes flere kilometer høye skyer. Denne sonen av lavtrykket er mest utsatt for det virkelige drittværet: lyn, torden, hagl og tett snøvær. Det er også her vi finner den sterkeste vinden (som altså blåste av hustak i Vest-Finnmark onsdag)

Fronten til høyre, den med en litt komma-aktig form, er varmfronten. Luften roterer jo rundt lavtrykkssenteret, så her blir varm luft fra sør i Barentshavet ført nordover. Da blir den tvunget til å legge seg oppå den kalde luften, og dette fører også til dyp skydannelse. Her er værtypen litt annerledes. Tett snøvær kan godt forekomme, men det er sjelden med lyn og torden.

Alt i alt er dette en helt vanlig situasjon i Norskehavet og Barentshavet. Når vinden snur på nord, dannes det nesten alltid polare lavtrykk i mer eller mindre moden form i de kalde luftmassene.

Mediaklipp

I forbindelse med visningen av filmen om det prosjektet jeg jobber på, har det vært litt mediedekning de siste dagene:

> Aftenposten: «Is og uvær truer i nord», 27. des. 2008

> BT: «Frykter polarstormer», 29. des. 2008

> Kronikk i BT: «Ulidelig Frysen og stormende Slud», 29. des. 2008

> NRK P1, Kveldsåpent, 29. des. 2008

Bilder fra tokt i Arktis

20080301-img_9549

Jeg har nettopp lastet opp et fotoalbum fra et tokt ved Svalbard våren 2008. Vi dro med kystvaktens KV Svalbard fra Longyearbyen i slutten av februar og oppholdt oss i sjøisen i omtrent en uke. For det meste var vi inne i Storfjorden. Her er flere bilder

Utdrag fra «Hva er KLIMA?»

Min kollega Øyvind Paasche og jeg holder på med en liten bok om klima. Han tar seg av det som har med fortiden å gjøre, mens jeg konser mest på været.

Vi synes vi har kommet på en finurlig måte å legge opp boken. Vi har delt opp stoffet etter hvilken tidsskala de enkelte fenomenene opererer på. Været kan som kjent snu på en time, mens istidene de siste million årene har hatt en periode på omtrent 100 000 år. Etter Øyvinds etter min mening veldig gode idé har vi gjort det sånn:

Først kommer et kapittel om atmosfæren og strålingsbalansen med solen. Dette er som et bakgrunnskapittel å regne. Tidsskalaen er null år. Så kommer været med en tidsskala på null til ett år. Deretter kommer de store værsystemene, som El Niño og Den nord-atlantiske svingning (NAO). Tidsskala 1–10 år. På 10–100-årsskalaen følger Den lille istid og nåtidens globale oppvarming, etterfulgt av istidsfenomener på rad og rekke.

Her er noe som kanskje blir begynnelsen på kapittel 2 – «Været»:

På 1960-tallet ble meteorologien revolusjonert av en mann på et kontor. Edward Lorenz (1917–2008) satt ved MIT og fiklet med en enkel datamodell for værvarsling. Dette var før de moderne datamaskinene, så vi kan se for oss Lorenz der han sitter og puncher hullkort til å mate inn i maskinen. Alt måtte fores inn i systemet med håndkraft.

Idéen – for på den tiden var det ennå bare en idé – om at det var mulig å drive med værvarsling var dristig. Riktignok er været styrt av en rekke kompliserte fysiske ligninger. Det dreier seg imidlertid dessverre om en vanvittig mengde ligninger. Man er fremdeles nødt til å stryke mange ledd og ignorere en bråte kjente sammenhenger for at oppgaven skal bli overkommelig for datamaskinene, og dagens prosessorer er i størrelsesorden 100 000 ganger raskere enn datidens.

Man bygget på antagelsen om at været er deterministisk. Så lenge man visste hvordan været var på et gitt tidspunkt, så kunne man i alle fall i teorien bare plugge det inn i datamaskinene, og så ville de regne ut hvordan været utviklet seg. Det samme prinsippet gjelder for planetenes bevegelser. Man vet for eksempel allerede nå at Halleys komet vil være i perihelium (nærmest sola) 28. juli 2061. Problemet er bare at én enkel komet er ganske greit å forholde seg til, men i atmosfæren er det så mange luftmolekyler at vi blir svimle av å tenke på det.

Fortsett å lese «Utdrag fra «Hva er KLIMA?»»

Polare lavtrykk

Det har vært litt snakk om polare lavtrykk i media i det siste. 20. og 21. november 2008 fikk store deler av kysten på Vestlandet og lenger nord føling med et av disse i form av store snømengder. Det er et bilde av dette lavtrykket i forrige innlegg. På bildet til venstre ser vi en serie med polare lavtrykk i januar 2002.

Det kommer iskald vind fra Arktis og sjøisen fra nord. Disse luftmassene er også ganske tørre i det de kommer ut over havet. Selv om vi ikke kan si at havet er varmt, er det i hvert fall mye varmere enn luften. Dette gjør at man suger energi opp fra havet, litt på samme måte som man gjør når man blåser på en kopp kaffe eller en varm suppe. Luften tar også til seg energi i form av vanndamp, og det er denne som skaper de karakteristiske skyformasjonene. Der skyene er på sitt hviteste, er energiutvekslingen på sitt største. Det er også her det meste av nedbøren faller.

Fortsett å lese «Polare lavtrykk»