BACK TO EDU.RESOURCES

Global climate change and variability

---

Påverkan av snö, is och albedo på klimatet

Kryosfären har en viktig roll när det gäller jordens klimat, särskilt på högre breddgrader. Detta beror till stor del på isen och snöns speciella egenskaper. Om det framtida klimatet kommer att gå mot en temperaturökning, så kommer det att påverka kryosfären.

Kryosfärens utbredning

Kryosfären består av istäcket på Grönland och Antarktis, sjö is, och permafrost-regionerna i norra Amerika och Sibirien. Snön som är en annan viktig del förekommer under vintern från norr ner till ungefär 50oN. Till kryosfären räknas också bergsglaciärer som återfinns i Canada, Alaska, Alperna, och Spetsbergen. Ungefär 2% av jordens vatten befinner sig i fast tillstånd och utgör samtidigt jordens största reservoar av färskvatten (~80%).

Egenskaper hos snö och is

Både snö och is tillåter transmission av kortvågig strålning d.v.s. den kortvågiga strålningens utbredning kan bli transmitterad, reflekterad eller reflekterad på ett djup. Strålningens absorption sker i en volym istället för i ett plan. Ett avtagande av den kortvågiga strålningen sker med djupet, z, enligt Beers lag:

Kz = Ko e-az  Kz = kortvågig strålning på djupet z  a = utsläckningskoefficient

Utsläckningskoefficienten beror på det transporterande mediet samt strålningens våg-längd. Den är högre för snö än för is, vilket ger att den kortvågiga strålningen kan tränga ner djupare i is (för snö ca 1m och för is ca 10m).

Albedo och emissivitet

Snö och is har högt albedo d.v.s. en stor del av den inkommande kortvågiga strålningen reflekteras. Även ett tunt snötäcke kan påverka landskaps reflektion dramatiskt. På några timmar kan områdets albedo ändras från 0.2 (albedo för en gräsyta: 0.16-0.26 eller 16-26%) upp till kanske 0.8 (albedo för snö: 0.40-0.95). Före snöfallet absorberades 80% av den inkommande kortvågiga strålningen men snöfallet medför en absorptionsförmåga på förslagsvis 20% istället, resterande reflekteras tillbaka till atmosfären.

Med avseende på långvågig strålning är snö en nästan perfekt svart kropp. Snö har en emissionsförmåga på 0.82-0.99 d.v.s. den långvågiga utstrålningen är mycket hög.

Isolerande effekt

Snö och is har en låg konduktivitet vilket medför att de är bra isolatorer. Detta reducerar värmeutbytet mellan land, hav och atmosfären. En sjö/havsis fungerar som ett isolerande lager mellan kalla polarmassor och den relativt varma oceanen som befinner sig under isen.

Kryosfären och klimatpåverkan

Kryosfären sänker effektivt temperaturen för atmosfären och oceanerna, vilket framför allt beror på det höga albedot samt att det behövs en stor mängd latent energi för dess smältningsprocesser.

Positiv feedback - kallare klimat

Förändringen av strålningsbalansen som sker vid ett snöfall medför att det blir kallare så fort det första snötäcket lagt sig eftersom absorptionen minskar p.g.a. snöns höga albedo. Detta skapar förutsättningar för mer snö som ger mer kyla. Växelverkan mellan is, snö och atmosfärens temperatur kan medföra en positiv is-snö-albedo-temperatur återkoppling (fig.1).

Figur 1. Positiv is-snö-albedo-temperatur feedback, vid ett kallare klimat.

En lägre temperatur gör också att atmosfärens innehåll av vattenånga minskar (kall luft kan hålla mindre vatten). Molnigheten minskar med minskad vattenhalt i atmosfären och det finns mindre energi till avdunstning, detta ökar utstrålningen vilket ger en ännu kraftigare temperatursänkning.

Ett kallare klimat medför att mer vatten fryser, vilket ger en ökning av salthalten i de översta delarna av oceanen eftersom färskvatten bortförs från ytlagren. Förändringen av den vertikala temperaturen och salthalten påverkar i sin tur havets stabilitet. Om polarområdena skulle bli kallare innebär det en starkare meridional temperaturgradient vilket då skulle öka intensiteten av den globala cirkulationen i atmosfären.

Positiv feedback - varmare klimat

Om vi istället skulle få en temperaturökning skulle förhållandena bli det omvända. Ett avtagande av snö och is formationer medför att albedot minskar igen och mer av den kortvågiga instrålningen absorberas istället vilket i sin tur ger en ökad temperatur och mer is kan smälta (fig.2).

Figur 2. Positiv is-snö-albedo-temperatur feedback vid ett varmare klimat.

Negativ feedback

Figur 3. Negativ feedback vid ett varmare klimat.

En temperaturökning kan också ge en negativ feedback, vilket ger en omvänd påverkan på det ursprungliga fenomenet. Ett sådant förhållande kan inträffa om det vid en temperaturökning sker en ökad avdunstning (varm luft kan hålla mer vatten). Detta medför en ökad bildning av låga moln, som har en hög reflektionsförmåga av solinstrålningen, vilket i sin tur reducerar temperaturen och därigenom minskar evaporationen (fig.3). En del tror även att en negativa feedback kan ge en ökad utbredning av kryosfären. En ökad avdunstning kan medföra en större mängd nederbörd vilket i sin tur kan leda till att mer snö kan ackumuleras.

Temperaturförändring och isutbredning

Registrering av yttemperatur visar en trend på uppvärmning globalt sett med början vid 1889-1890 (fig.4). Temperaturförändringarna skiljer sig en del över klotet. På Norra Hemisfären börjar uppvärmningen runt 1890 med ett maximum runt 1940. Därefter sker en avkylning till mitten av 1960 följt av en ny ökning till högre nivåer än tidigare. Den Södra Hemisfären visar på ett stadigt ökande under hela denna tidsperioden.

Undersökningar som gjorts på snötäckets utbredning under åren 1967-1988 på den Norra Hemisfären visar inte på någon nedgående trend. En ökning har skett mellan åren 1970-1980 följt av en minskning i utbredning (fig.5).

Det är svårt att se något direkt samband mellan temperaturökningen och snötäckets utbredning på Norra Hemisfären. I avsnittet "Positiv feedback - varmare klimat" visar den positiva is-snö-albedo-temperatur feedback att det borde vara bli en reducering i snötäcket vid en temperaturökning. Det kan dock vara så att det ändå skett en reducering jämfört med tidigare, men källor för snön och isens utbredning fanns endast som punktobservationer innan satelliter började användas på mitten av 1960-talet. Det är därför svårt att säga något om tiden innan. Troligen har det dock förekommit en minskning eftersom man har sett att havsnivån har stigit.

Framtiden

Det har gjorts många modelleringar kring hur växthuseffekten skulle påverka det framtida klimaten. I figur 6 visas temperaturförändringen vid olika breddgrader vid en fördubbling av CO2 halten. Fyra olika modelleringar har gjorts vilka har en varierande amplitud men alla tyder på samma trend med en kraftigare temperaturökning vid polerna än vid lägre breddgrader.

En temperaturökning vid polerna skulle innebära att stora ismassor smälte vilket förstärks av en is-snö-albedo-temperatur feedback (avsnittet "Positiv feedback - varmare klimat"). Detta påverkar också troligen havets cirkulation eftersom salthalten späds ut. En kraftigare temperaturökning vid polerna än vid lägre latituder borde leda till en lägre temperaturgradient globalt sett. Detta kan i sin tur påverka den globala cirkulationen i atmosfären så att den får en minskad intensiteten. Det råder dock en ganska delad mening om en ökad CO2 halt har en så stor påverkan på temperaturen.

Referenser

Developments in Atmospheric Science 19, 1991, ISBN-88351-7

John F.B. Mitchell. The Equilibrium Response to Doubling Atmospheric CO2.

J. Hansen, D. Rind, A. Delgenio, A. Lacis, S. Lebedeff, M. Prather, R. Ruedy, Regional Greenhouse Climate Effects.

R.G. Barry, Observational Evidence of Changes in Global Snow and Ice Cover.

J. Horel and Jack Geisler, Global Environmental Change, 1997, ISBN0-471-13073-7.

J.P. Peixoto and A.H. Oort, Physics of Climate, ISBN0-88318-711-6

T.R. Oke, Boundary Layer Climates, Second editon, 1987, ISBN0-415-04319-0

http://www.circles.org/cdroms/CIECIN/HTMLAOTG/5ArcRole/5role.htm (hämtad 990305).

http://www.emporia.edu/s/www/earthsci/gage/gage.htm (hämtad 990301).

BACK TO EDU.RESOURCES