Global climate change and variability

Klimatförändringar över Nordatlanten

Inledning

Klimatet över Atlanten är, som för de flesta andra områder, ett komplext ämne. Förhållandena här bestämmer inte bara hur klimatet över Europa blir, det har även betydelse för hela den globala strömningen av vatten runt om i världshaven, och därmed betydelse för hela världens klimat. Därför, om förutsättningarna förändras över Atlanten, kan man anta att det kan komma att ha stor betydelse för klimatet runt om i hela världen.

Atlanten är ungefär 82 miljoner km² och inkluderar man marginalhaven - Mexikanska Golfen - Karibiska havet, Arktiska havet, Östersjön, Medelhavet och Svarta havet blir ytan mer än 106 miljoner km².

Temperaturen i Atlanten varierar på olika skalor. Det kan beskrivas som en bubbla med kallt vatten (kallare än 9degC) som insluter en bubbla med högre temperatur (varmare än 9degC). Denna varmvattenkropp sträcker sig från 50degN till 50degS är ungefär 600m tjock. Den mesta cirkulationen sker i de övre delarna av varmvattensfären. Nedanför detta lager blir rörelsen alltmer långsam ju lägre temperaturen blir.

Yttemperaturerna varierar från 0degC året runt vid gränsen mot Arktis och Antarktis, till 27degC runt ekvatorn. På djup under 2000 m är temperaturen oftast 2degC, men under 4000 m temperaturen gå ner till -1degC (Pandolfo, 1994).

Atlanten är även ett relativt salt hav, mycket saltare än Stilla Havet, och skulle ha varit ännu saltare om vattnet härifrån inte späddes ut med Stillahavsvatten (Calvin, 1998).

Atmosfären

Nordatlanten sträcker sig från polarklimat vid södra Grönland i norr till de subtropiska områdena i höjd med norra västafrika söder. Här finner man från norr till söder, det subpolära lågtrycksbältet (speciellt 'Iceland Low'), västvindbältet, det subtropiska högtrycksbältet (speciellt 'Azores High'), nordostpassaden, samt den intertropiska konvergenszonen (ITCZ) (se fig. 1).

Dessa låg- och högtrycksområden varierar i intensitet och position över året och även mellan olika år (Mächel et al, 1998). Dessa har naturligtvis stor betydelse för vindmönster, temperatur och annat över Nordatlanten och Europa.

Den kanske viktigaste komponenten i sammanhanget är den nordatlantiska oscillationen, NAO. NAO definieras som tryckskillnaden mellan Island (lågtryck) och Azorerna (högtryck) (Davies et al 1997). En stark NAO vintertid (en hög gradient, över det normala mellan Island och Azorerna) ger bland annat upphov till uppvärmning över norra och centrala Europa, dipollika anomalier i vindhastigheter, havsytetemperaturer, yttemperaturer samt temperaturer i troposfären över västra och östra Nordatlanten. När man har studerat de svagare NAO visar de inverterade mönster (Kapala et al, 1998).

NAO har alltså stor betydelse för vårt klimat, speciellt på den regionala skalan (Chen och Hellström, 1999), det kan dessutom komma att vara komplicerat att skilja de naturliga fluktuationerna med de eventuella antropogena. Kapala et al (1998) nämner speciellt de milda vintrarna här i Europa på 1990-talet som ett bra exempel på detta. Mellan 1991-1995 mättes de högsta temperaturerna i Europa upp sedan mätningarna började för flera hundra år sedan. Naturligtvis har många genast relaterat detta till en antropogen påverkan och den globala uppvärmningen på grund av växthuseffekten. Vad man inte tänker på då är kanske att den amerikanska atlantkusten och även tropikerna samtidigt hade lägre temperaturer än medelvärdet för 1881-1995. Dessutom har vi haft milda vintrar förut, bland annat på 1920- och 1930-talen då värmen sträckte sig in över Arktis och täckte än större områden än nu.

Strömningsmönster i Nordatlanten

Golfströmmen och dess förlängning i nordatlantiska strömmen, NAC, är en viktig del av strömningsmönstret i Nordatlanten. Den för med sig varmt vatten med hög salthalt upp i norra ishavet där det så småningom kyls ner och sjunker ner som djupvatten, för att föras vidare runt jorden som sådant. På sin väg hinner dock denna varma flod dela med sig av sin energi till Europa och därigenom skapa ett drägligare klimat än vad som skulle vara utan denna ström. Speciellt viktig är denna faktor för oss i Norden, eftersom vi utan Golfströmmen skulle ha ett klimat liknande det i Sibirien (Calvin, 1998).

Golfströmmen får sitt vatten från Floridaströmmen som i sin tur matas med vatten från den södra ekvatorialströmmen. Den norra ekvatorialströmmen rör sig från den östra till den västra delen av södra nordatlanten där den slår ihop sig med Golfströmmen på sin väg norrut. Dessa två bildar nu NAC. NAC utgör den nordligaste delen av den subtropiska gyren och delar på det kalla lågsalina vattnet från de subpolära områdena och det varma salta subtropiska vattnet.

På den östra sidan av Nordatlanten delar NAC upp sig i en nordlig och en sydlig ström. Den norra delar i sin tur upp sig i flera delar för att bilda den norska strömmen samt en ström som viker av västerut straxt söder om Island. Denna relativt varma ström möter sedan den sydgående och kalla östra grönlandsströmmen. På den västra sidan av Grönland rör sig den västra grönlandsströmmen norrut för att bilda tungt bottenvatten. Tillbaka längs norra Kanada och ner längs östkusten på USA (innanför Golfströmmen) kommer Labradorströmmen med kallt vatten söderut. Den södra uppdelningen av NAC bildar den kanariska strömmen som ungefär vid 30 N dels går in i den norra ekvatorialströmmen, dels fortsätter söderut ihop med den ekvatoriala returströmmen ner längs västafrika (fig 2) (Duxbury & Duxbury, 1994).

Alla dessa strömmar styrs av den termohalina cirkulationen, det vill säga den gradient som bildas av temperatur- och salthaltsskillnden i olika vattenmassor.

Den termohalina cirkulationen

Den termohalina cirkulationen är den pump som driver vattenmassorna runt jorden. Utan skillnader i salthalt och temperatur skulle vattnet stagnera och ingen större transport av värme skulle ske från de tropiska områdena till de polära. Den viktiga principen i Nordatlanten är (som tidigare nämts) att det varma saltrika subtropiska vattnet transporteras norrut för att där kylas av under vintern. Vid avkylningen ökar dess densitet och det sjunker ner i djupen och bildar bottenvatten. Detta bottenvatten kommer nu att cirkulera runt jorden som bottenvatten mycket länge, upp till 1000 år(fig 3) (Appenzeller, 1998).

Det som skulle kunna störa denna pump, kanske till och med stänga av den, är därmed förändringar i salthalt och temperatur hos de ingående vattenmassorna. Den fråga som mest verkar dominera är vad som händer om det salta vattnet som kommer till Ishavet späds ut med färskvatten från en avsmältning av havsis och/eller landis från Grönland? Åsikterna går isär vad gäller förmågan hos detta färskvatten att påverka denna stora apparat. Primärfrågan här är naturligtvis huruvida en antropogen uppvärmning av jorden, beroende på till exempel utsläpp av CO₂ och andra växthusgaser, istället för att värma upp, skulle kunna kyla ner stora delar av t ex Europa. Detta skulle vara möjligt genom att uppvärmningen smälte ner mycket av isarna i norra polarområdet, tillsatte detta bildade färskvatten till det salta varma vattnet söderifrån och därmed hindrade det från att sjunka ner som bottenvatten (i och med den för låga densiteten hos färskvatten). Om inte detta vatten får möjlighet att ta sig härifrån, finns heller ingen möjlighet för nytt, varmt, salt vatten att ta sig hit söderifrån. Pumpen är stoppad. Eller är den inte det?

Detta tror man har hänt förut, till exempel vid den period som kallas Yngre Dryas för ca 11 000 år sedan. Vi var egentligen inne i en övergångsperiod till ett varmare klimat (Holocen) från den senaste istiden (Pleistocen) då vatten från smältande landisar frigjordes in i Nordatlanten, sänkte densiteten hos ytvattnet och stängde av bildandet av bottenvatten. Detta resulterade i ett kallare klimat i Europa (Appenzeller, 1998)

Dessutom kommer en global uppvärmning att medföra ökad nederbörd, något som även det ökar färskvattentillförseln. Somliga anser alltså att ovanstående scenario är något vi får leva med om växthusgaserna, speciellt CO₂, fortsätter att släppas ut i samma takt som nu. De flesta forskare anser att en fördubbling av CO₂ under de närmaste 70 åren kommer att öka nederbörden över speciellt de höga latituderna. Dessutom visar modellerna en försvagning av den termohalina cirkulationen på mellan 10 och 30%. En studie säger att en fyrfaldig ökning av CO₂ över de närmaste 140 åren helt kommer att stänga av den termohalina cirkulationen.

IPCC har gjort modellundersökningar för en fördubbling av CO₂ över 70 år och då kommit fram till endast en temporär försvagning av cirkulationen under ca 100 år. I deras modell återhämtade sig cirkulationen om CO₂ halten hölls konstant, men det tog ungefär 500 år. När man istället använde sig av den fyrfaldiga ökningen av CO₂ under 140 år kunde inte den termohalina cirkulationen återhämta sig trots att CO₂ halterna hölls konstanta. (Appenzeller, 1998)

Temperaturförändringarna var i båda fallen ganska stora. Om CO₂-halten fördubblas höjs den globala temperaturen ca 3,5degC, om den fyrfaldigas höjs temperaturen ca 7degC. Skillnaden för Nordatlanten var den att efter reduceringen av den termohalina cirkulationen på grund av den fördubblade CO₂-halten höjdes temperaturen 4-5degC och men den fyrdubblades höjdes temperaturen endast ca 5-6degC (istället för 8-10degC som förväntat). Temperaturhöjningarna över Europa låg på mellan 5 och 8degC (Appenzeller, 1998).

Andra anser dock att ett varmare klimat skulle kunna stabilisera den termohalina cirkulationen i Nordatlanten. Walin (1998) har en teori om detta som grundar sig på en överslagsräkning på hur mycket temperaturskillnaderna i ytvattnet och bassängvattnet i norra Nordatlanten förändrar densiteten. Han antar att ytvattentemperaturen höjs från 8degC till 9 degC och att salthalten håller 35,3 promille, bassängvattnet antar han höjs från 0degC till 1degC och det håller en salthalt på 34,92 promille. Detta förhållande skapar först (vid temperaturerna 8degC och 0degC) en drivande gradient av storleken 0,52 promiile som består av 0,82promille från temperaturen (som han räknar om till densitet över salthalt) och -0,30 promille från salthalten. Då temperaturerna ökar antar han först att nederbörden ökar med 6% (vilket motsvarar en ökning med 6% per degC av vattenånga i atmosfären). Detta minskar bidraget från salthalten till -0,32 promille, medan däremot den ökade temperaturen ökar bidraget i gradient till 0,92 promille. Sammanlagt har Walin erhållit en ökning av gradienten med 0,08 promille till 0,60 promille och därmed skulle alltså cirkulationen stabiliseras av en global uppvärmning.

Walin (1998) påpekar dock även att vindsystemen över Nordatlanten har stor betydelse för hur vilket vatten som blandas. Han ger som exempel ett arbete av professor Anders Stigebrand på Oceanografiska institutionen här i Göteborg, som visar att de härskande cyklonala vindarna över de Nordiska haven (som till exempel uppstår vid det isländska lågtrycksområdet) blåser bort mycket av det lågsalina vattnet från Arktis och därigenom hindrar det från att blandas med det högsalinare varma vattnet som skall bli bottenvatten (Walin, 1998).

Påverkan från tropiska klimat?

Kan situationer och klimat över andra områden ha någon påverkan på klimatet över Nordatlanten? Kan till exempel företeelser som El Niño ha någon större betydelse för vårt klimat?

Davies et al (1997) fann i en studie att El Niño faktiskt har betydelse för åtminstone hur lågtrycket över Island samt högtrycket över Bermuda beter sig och ser ut. Det verkar som att det Isländska lågtrycket fylls ut västerut och högtrycket över Bermuda försvagas. Detta gäller för vintern och vårperioden. Däremot tycks La Nina ha en mindre påverkan på klimatet över Nordatlanten och Europa.

Naturligtvis påverkas även klimatet över Nordatlanten av instrålningen från solen mot ekvatorn, då det är härifrån motorn till den termohalina pumpen finns.

Referenser

Appenzeller C. 1999-03-10. Draft Fact-sheet Thermohaline Circulation.http://www.climate.unibe.ch/~christof/div/factthc.html

Calvin WH. 1998. "The great climate flip-flop". The Atlantic Monthly281 (1): 47-64, jan. eller http://www.theatlantic.com/issues/98jan/climat.htm

Duxbury AC, Duxbury AB. 1994. An Introduction to the World's Oceans. 213ff. Wm. C. Brown Publishers. USA.

Jones PD, Jonsson T, Wheeler D. 1997. "Extension to the North Atlantic Oscillation using early instrumental pressure observations from Gibraltar and south-west Iceland". International Journal of Climatology, vol 17, 1433-1450.

Kapala A, Mächel H, Flohn H. 1998. "Behaviors of the centres of action above the Atlantic since 1881. Part II: Associations with regional climate anomalies. International Journal of Climatology, vol 18, 23-36.

Mächel H, Kapala A, Flohn H. 1998. "Behaviors of the centres of action above the Atlantic since 1881. Part I: Characteristics of seasonal and interannual variability".International Journal of Climatology, vol 18, 1-22.

Pandolfo J.P. "Atlantic Ocean," Microsoft (R) Encarta '95. Copyright (c) 1994 Microsoft Corporation. Copyright (c) 1994 Funk & Wagnall's Corporation.

Strahler AH, Strahler AN. 1992. Modern Physical Geography. 443. John Wiley & Sons, Inc. USA.

Walin G. 1998. "Havets roll i klimatsystemet - ett olöst problem". Ur Gerholm TR, red. Klimatpolitik efter Kyotomötet. SNS Förlag. Kristianstad.

Författare: Katarina Borne