Dramatiska väderfenomen ökar smältningen av havsis i ett varmare klimat


Under en sommarvecka 2014 smälte enorma mängder havsis – för första gången var forskare på plats och studerade fenomenet.

Berodde det på klimatförändringar eller var det bara väder? Det reder vi ut här.

Oden är en drygt 100 meter lång isbrytare som möjliggör forskning i de istäckta polarhaven. Fotografi av Michael Tjernström.


Få nyheter känns så starkt sammankopplade med klimatförändringar som de om smältande isar vid polerna. Stora isblock som bryts loss från glaciärer och isbjörnar som har för långt att simma mellan krympande isflak har blivit symboler för global uppvärmning.

Utsträckningen av is vid polerna är klimatindikatorer. Det innebär att de berättar något för oss om vår tids klimat, eftersom om jorden vore varmare så skulle inte isen kunna finnas. Men är det så enkelt, att om temperaturen höjs globalt så kommer isarna krympa i samma takt?

Klimatindikator: Något som tyder på att ett visst klimat råder.

Hastig smältning över ett område större än Sverige


I augusti 2014 hände något extraordinärt – under en dryg vecka smälte plötsligt havsisen i Ost-Sibiriska Havet i Arktis i en enorm hastighet. Hur kunde detta ske så hastigt och dessutom vara över så fort?

Som tur var så var forskare på plats och kunde insamla information på plats från Oden. I artikeln Warm-air advection, air mass transformation and fog causes rapid ice melt beskriver klimatforskaren Michael Tjernström iakttagelserna.

Till en början, slutet på juli 2014, var över 90% av Ost-Sibiriska Havet täckt av tjock is, och en stor del av isen var flera år gammal och hade alltså inte smält tidigare somrar. Isen var till och med så besvärlig att forskningsisbrytaren Oden hade svårt att ta sig fram. Forskarna såg då i sina mätningar, från sonderingsballonger som skickades upp från båten, att fuktig 25 °C varm luft flödade in över isen från östra Sibirien.


Michael Tjernström släpper iväg en sonderingsballong. Fotografi av Leif Andersson.


Denna varma luft accelererade smältningen av havsis. Det vanliga tillståndet är att den varmaste luften är närmast marken och att temperaturen avtar med höjden.

Detta kunde inte ske i det här fallet. När is smälter och övergår från fast ämne till vätska behålls temperaturen konstant vid smältpunkten. Det innebär att om du har ett lemonadglas med is i en varm sommardag så kommer din dricka vara precis lika kall hela tiden ända tills den sista isbiten blivit vätska, oavsett hur varm luften är den dagen. Isen kan inte bli varmare än 0 °C, därför kyler den även ner din dricka och glaset får en immig yta. Däremot är det sant att ju varmare det är, desto fortare kommer isen i glaset att smälta, men det är inte förrän all is smält som din dricka kan börja bli varmare och imman på glaset släpper.

Av samma anledning kyldes luften ovanför havsisen ner av isen och blev nollgradig närmast ytan, där smältsäsongen redan var i full fart. Det ovanliga tillståndet i området, där temperaturen steg med höjden, resulterade också i att det bildades ett moln.

Lemonadglaset med is håller drickan kall och immig tills isen smält helt. Först när den sista isen försvunnit kan drickan bli över noll grader och imman på glaset försvinner.


Dimma ombord på isbrytaren 2014. Fotografi av Michael Tjernström.


Moln och tidvis tät dimma skapades eftersom den redan fuktiga luften kyldes av underifrån, där temperaturen var 0° C då isen inte kan blir varmare. Molnen och den varma luften la sig som ett varmt lock över isen som stängde in värmen och förde ned den till isen som därför smälte ännu fortare. Efter en vecka i det här tillståndet hade havsiskoncentrationen sjunkit från 90% till ungefär 50% på det här stora området. Området där tjock is snabbt förvandlades till uppbrutna tunnare isflak var nästan lika stort som två Sverige.

Förändringen i koncentration av havsis på plats. Till vänster: 1 augusti, till höger: 7 augusti.

Smältande havsis – ett resultat av väder eller global uppvärmning?

Kartan visar Arktis sett ovanifrån. Med hjälp av reglaget ser man hur koncentrationen av havsis varierat år för år under september månad, från 1979–2019.


För att reda ut hur isen beror av klimat och väder måste vi skilja på klimat och väder. Båda beskriver variationer i atmosfären, till exempel faktorer som temperatur och nederbörd, men över olika tidsskalor. Väder handlar om ett ögonblick eller en kort period, klimat handlar om förhållanden i medeltal över en längre tid, till exempel 30 år. Därför kan man inte avgöra hur klimatet förändrats baserat på vad ens termometer säger en given dag eller under en månad, man måste istället jämföra längre perioder av väderobservationer. Under den stora issmältningen 2014 i Ost-Sibiriska havet var temperaturen vid kusten 6 grader varmare än den vanligtvis är, baserat på områdets temperaturer uppmätta under 1981 - 2010.

Den varma luften som flödade in från Sibirien var ett väderfenomen och det går inte att koppla enskilda fenomen till global uppvärmning. Det forskare kan säga är istället att när klimatet blir varmare så ökar sannolikheten för den sortens väderfenomen som det de såg ombord på Oden.

Att smältningen av havsis varierar så mycket från år till år tycks vara slumpmässigt och kaotiskt – det är för att detaljerna i vädret är slumpmässigt och kaotiskt. När man hör nyheter om hur mycket eller lite is som smält under ett år är det därför viktigt att koppla det till det långa perspektivet om man vill kunna relatera det till klimatet.


I grafen nedan visar varje gul stapel hur stor utsträckningen av havsis var över norra jordklotet under september månad för respektive år. Under ett varmare år i området så bör det vara mindre is och vice versa. Varje gul stapel säger oss dock inte mycket om klimatet, utan mer om hur vädret var under sommarsäsongen. För att förstå hur havsisens utsträckning påverkas av klimatet måste man istället studera den röda trendlinjen som visar förändringen under en längre period i ett varmare och varmare klimat.

Trendlinje: En linje som beskriver trenden av data punkter, alltså den långsiktiga förändringen.


Grafen visar hur stor utsträckningen av havsis var under september månad varje år, mätt i miljoner kvadratkilometer.

Vi tar en extra titt på hur klimat fungerar.

Strålningsbalansen avgör jordens klimat


Jordens strålningsbalans: Utbytet av energi mellan rymden, atmosfären och markytan.

Det enda som reglerar klimatet är balansen av strålningen som kommer in från solen och strålningen som lämnar jorden till rymden – det som kallas strålningsbalansen. Solstrålarna som kommer in genom atmosfären är kortvågiga och är det ljus som våra ögon är vana vid. Dessa kan reflekteras mot ljusa ytor, som ljusa moln eller vit snö, och då färdas de tillbaka till rymden.

Den solstrålning som inte stöter på reflekterande hinder absorberas av marken och värmer upp den. Samtidigt avger marken hela tiden långvågig infraröd strålning, även kallat värmestrålning, som inte är synligt för oss. Ju varmare marken blir genom energin från solstrålningen, desto mer långvågig strålning släpps ut.

Praktiskt taget all värmestrålning som kommer från jordens yta absorberas av atmosfären endera i moln eller i dessa gaser, främst av koldioxid och vattenånga.

Gaserna vattenånga och koldioxid utgör en väldigt liten andel av atmosfären men de är mycket effektiva på att absorbera värmestrålning. Men energi kan inte förstöras så all den energi som gaserna absorberar sänds åter ut igen, tillbaka till jordytan eller ut i rymden. Den delen som försvinner ut i rymden är det som skall balansera den inkommande solstrålningen, och på så sätt bestäms atmosfärens temperatur på den höjd från vilken det mesta av atmosfärens värmestrålning kommer; luften antar den temperatur som krävs för att lika mycket värmestrålning skall lämna jorden som den solstrålning som kommer in.


Utan dessa växthusgaser skulle vår planet varit 30 grader kallare. De är dock så effektiva att människans tillförda koldioxid till atmosfären, från ungefär 300 miljondelar till över 400 miljondelar, redan resulterat i en grads ökning av den globala medeltemperaturen sedan industrialiseringens start.

För Arktis innebär det att det blivit mer än 2 grader varmare på grund av människans koldioxidutsläpp, eftersom temperaturhöjningen inte fördelas helt jämnt över jorden.


Att Arktis värms upp mer än andra delar av jorden kallas ofta Polar amplification, eller polförstärkning på svenska. Det innebär att polerna värms upp mer när jordens temperatur stiger, framförallt nära landmassor som syns i figuren nedan. Det tror man delvis beror på att ljusa ytor reflekterar solstrålning som åter färdas ut i rymden. När Arktis isar blir mindre och snön på land smälter tidigare på våren tar öppna vatten- och landmassor större plats, som med sin mörka yta absorberar mer solstrålning och då värms upp mer än snön och isen de ersatt skulle gjort. Detta leder i sin tur till att snö och is försvinner ännu fortare och därmed bildas en förstärkande återkoppling.

Polförstärkning: Faktumet att områden närmre polerna värms upp mer än resten av jorden.


Figuren (NASA) visar temperaturförändringen på olika platser i världen. För att illustrera skillnaden i temperatur har man tagit genomsnittet under 2000–2009 och jämfört med genomsnittet under 1951–1980.


Berodde den hastiga smältningen 2014 på väder eller klimat? Forskare ser att den här sortens fenomen blir vanligare med global uppvärmning, men vädret är ett så kaotiskt system att det inte hade kunnat förutspås långt i förväg. Klimat och väder hänger ihop i en komplex härva, även i det här fallet.


Slutsatser

Jordens klimat styrs av strålningsbalansen som beskriver hur mycket energi som kommer in från rymden och hur mycket som släpps ut till rymden. Växthusgaser hindrar energi från att komma ut till rymden och överskottet av energi leder till en högre temperatur.


Överskottet av energi fördelas inte jämnt över jorden; forskare har sett att polerna värms upp mer. Detta kan bland annat bero på att is, som reflekterar solens strålar tillbaka till rymden, smälter och underliggande mark och vatten absorberar strålningen istället.


Forskare tror att sannolikheten för att extrema väderfenomen inträffar blir större ju mer klimatet värms upp, men det går inte att koppla enskilda väderfenomen till ett varmare klimat.


Den stora smältningen som skedde under en vecka 2014 var ett resultat av en ovanligt varm inflödande luft från Sibirien som ledde till ett ovanligt tillstånd ovanför isen, med väldigt mycket dimma och moln och en varm luftmassa högre upp i luften och kallare luft vid isen. På grund av global uppvärmning förväntas den här sortens fenomen ske oftare.


Meteorologi: Läran om atmosfärens fysik och kemi.

Vill du veta mer?

  • Är du nyfiken på hur forskare arbetar i fält eller vill veta mer om skillnaden på klimat och väder? Michael Tjernströms sommarprat handlar om detta och kan lyssnas till här.

  • SMHI beskriver varför klimatet förändras, hur det har sett ut historiskt och hur det tros bli i framtiden på sin hemsida.


Michael Tjernström är professor vid Stockholms universitet och forskar om klimatet främst i Arktis men även globalt inom disciplinen meteorologi. Artikeln som bladet är baserat på, Warm-air advection, air mass transformation and fog causes rapid ice melt, beskriver den snabba smältningen av havsis under en expedition 2014.

Forskningsbladet sammanställdes av Eva Gylfe, forskningskommunikatör. Vetenskapens Hus och Bolincentret för klimatforskning är samarbetspartners och kommunikationsprojektet finansieras av Hasselbladsstiftelsen. Informationen bygger på Michael Tjernströms forskningsartikel men har också utgått från följande källor: