Derfor får vi ekstremnedbør knyttet til klimaendringene

I Norge kommer mange av høst- og vinterekstremene for nedbør i forbindelse med lavtrykkspassasjer. Selve nedbøren dannes ofte i forbindelse med oppstigende, fuktig luft langs en varm eller kaldfront.

En front er et skille mellom to luftmasser med forskjellig temperatur.

I områder med store topografiske forskjeller, vil denne nedbøren forsterkes når den storstilte vindretningen er rettet mot den topografiske barrieren. Denne vil tvinge lufta over fjellet og gi et ekstra løft som avkjøler luftmassene og fører til økt kondensering av vanndamp (orografisk forsterkning av nedbøren).

Forenklet kan vi si at det er tre faktorer som bestemmer hvor intens nedbøren blir.

1. Hvor mye vanndamp som kondenserer. Dette bestemmes av mengden vanndamp tilgjengelig for kondensasjon, og av hvor mye og hvor raskt vanndampen kondenserer, noe som igjen bestemmes av hvor mye og hvor raskt lufta avkjøles.

2. Påfyll av ny fuktighet. Lufta vil trenge påfyll av ny vanndamp for å kunne fortsette kondensasjonen. Dette påfyllet fås gjennom transport av fuktighet inn mot nedbørsområdet eller ved lokal fordampning.

3. Hvor effektivt nedbør dannes. For at skydråpene skal kunne vokse seg store og bli til regndråper, må de kollidere og smelte sammen. Hvor effektivt denne prosessen foregår er avhengig av fysiske prosesser i skyene, størrelsessammensetningen av skydråpene, og i hvor stor grad nedbør fra overliggende skyer kan ta med seg skydråper på veien ned (den såkalte seeder-feeder-effekten). En annen faktor er at dannelsen av snø ofte er mer effektiv enn dannelsen av regn.

Hvis vi ser på hvilke værsituasjoner som fører til nedbør, kan vi grovt dele de i fire. De fire har til felles at de gir oppstigende luft og dermed avkjøling av luftmassene med påfølgende kondensasjon og nedbørsdannelse.

Svært ofte vil det være kombinasjoner av disse som utløser de største nedbørsmengdene.

I tillegg til storskala frontnedbør og orografisk forsterkning, får vi ofte bygenedbør. Dette er nedbør som skyldes lokal, ustabil luft. Ustabil luft er luft som når den heves, blir varmere enn omkringliggende luft og dermed har lavere tetthet.

Den vil derfor fortsette å stige uten noen ytre påvirkninger. Luften vil da etterhvert avkjøles og kan gi kraftig nedbørdannelse. Disse ustabilitetene, også kalt konveksjon, kan dannes i forbindelse med oppvarming ved bakken eller den kan opptre i forbindelse med fronter.

Byger gir nedbør over forholdsvis kort tid, men kan være svært intens.

Her er nedbøren mest ekstrem

Svaret på spørsmålet avhenger av over hvor lang tid vi akkumulerer nedbøren. For ekstremer i daglig akkumulert nedbør (døgnnedbør), ser vi at Vestlandet har betydelig mer intens nedbør enn lesiden av Langfjella, med verdier som er det dobbelte av det man finner på Østlandet.

Dette skyldes den orografiske forsterkningen av nedbøren, som ofte er størst langs den første større fjellrekken innenfor kysten. Og det er her vi finner de mest ekstreme verdiene.

Den orografiske forsterkningen vil avta innover i landet ettersom luften delvis blir tømt for fuktighet i møte med den første fjellrekken.

Den norske døgnnedbørrekorden er på 229,6 mm og ble satt i Indre Matre i Kvinnherad den 25.–26. november 1940. Observatøren skriver at nedbørmåleren rant over, så den eksakte mengden som kom dette døgnet er vanskelig å anslå.

Langs kysten skjer de mest ekstreme hendelsene i døgnnedbør ofte i forbindelse med lavtrykkspassasjer om høsten og vinteren, mens indre strøk på Østlandet og i Finnmark, samt Varangerhalvøya, som oftest har de mest ekstreme hendelsene på sommeren, og da ofte i forbindelse med en front og kraftig bygeaktivitet.

Mens en rekke stasjoner måler døgnnedbør, er antall stasjoner med timesnedbør betydelig mindre. Mange av disse stasjonene har såkalte vippepluviografer og vil bare fungere når det regner og ikke når det snør.

Det er derfor betydelig vanskeligere å danne seg et bilde av hvordan intensiteten av ekstremnedbøren innenfor disse kortere tidsperiodene fordeler seg geografisk.

Fra disse to kartene ser vi at den mest intense nedbøren flytter seg mot Sørlandet og Oslofjorden når akkumuleringsperioden blir kortere. Høyeste målte 6-timers nedbør ble målt på Dueknipen, Vest-Agder i september 2018. Det kom da 134,7 mm, mens rekorden i timesnedbør ble satt i Asker, Akershus den 15. juli 1991, med 54,9 mm.

Ved hjelp av ekstremverdistatistikk har man prøvd å beregne såkalte returverdier (gjentaksverdier) for hele landet.

En returverdi er en verdi som statistisk sett blir overskredet en gang i løpet av et gitt antall år. For eksempel vil 100-års returverdien være den verdien som statistisk sett overstiges en gang hvert 100. år hvis klimaet ikke forandrer seg.

I motsetning til døgnrekordene, som ofte settes på høst og vinter, er timesrekordene et sommerfenomen. Den varme sommerlufta kan i kystnære strøk inneholde store mengder fuktighet, som under de rette betingelsene kan utløse kraftig, men kortvarig nedbør.

Hvorfor vil et varmere klima gi mer intens nedbør?

Varmere atmosfære kan holde på mer vanndamp enn en kald atmosfære. Dette i seg selv er ikke nok til å forklare hvorfor vi får en økning i nedbøren ved økt temperatur.

Det er det faktum at denne økningen i vanndamp ikke er lineær, men eksponentiell med temperaturen, som gjør at man får økt kondensasjon ved høyere temperaturer.

Hvis vi tar et eksempel der en luftpakke på 16 °C og 100 prosent relativ fuktighet - og denne avkjøles med én grad, vil mengden vanndamp som kondenseres og kan regne ut, være seks prosent mer enn for en luftpakke som var én grad kaldere og ble avkjølt tilsvarende.

Ut fra dette skulle man tro at hvis atmosfæren ble en grad varmere, så skulle man få en seks prosent økning i intensiteten. Men en annen faktor som kommer inn, er at hvis de to luftpakkene heves like høyt, blir ikke avkjølingen den samme.

Den varme luftpakken vil kondensere mer vann og dette er en prosess som avgir varme og som dermed fører til en mindre avkjøling enn for den kalde luftpakken. Hvis vi tar hensyn til dette, så vil de to luftpakkene – hvis de heves like høyt – få en intensitetsforskjell på rundt fire prosent.

Utfra denne enkle termodynamiske betraktningen bør en oppvarming på én grad gi en fire prosents økning i nedbørintensiteten.

Dette er basert på antagelsen av at et varmere klima ikke forandrer verken relativ fuktighet, hvor høyt eller hvor fort lufta heves.

Dette er en grov forenkling, men gir likevel et førsteordens estimat på hvor mye et varmere klima vil forandre nedbørintensiteten. Det vil være store, lokale avvik som er knyttet til topografiske effekter.

Forandringen i ekstremnedbør

Basert på de meteorologiske stasjonene som har målt nedbør daglig siden år 1900, ser vi at:

Det har i gjennomsnitt har vært en økende trend i antall ekstreme nedbørshendelser på mellom 25–35 prosent per 100 år, avhengig av hva vi definerer som en ekstrem hendelse.

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, 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 spesielt fire år som utpeker seg som år med mange ekstreme hendelser; 1934, 2011, 2015 og 2017.

På grunn av den tidlige interessen for vannkraft, er tilfanget av daglig nedbørsdata tilbake i tid svært god i Norge. For timesnedbør er det derimot betydelig færre observasjoner.

En analyse av 44 stasjoner som hadde målinger over mer enn 10 år i løpet av perioden 1987–2016, viste at 75 prosent av stasjonene hadde hatt en positiv trend når det gjelder årlig maksimal timesverdi. På grunn av at mange av tidsseriene er svært korte, er mange av disse trendene imidlertid ikke statistisk signifikante.

En analyse av de 14 lengste tidsseriene i landet (fra 1967 og framover) i samme artikkel, viser at 12 av stasjonene har hatt en positiv trend, men også her er det bare et fåtall av trendene som er signifikante.

Med det observasjonsgrunnlaget man har i dag er det med andre ord indikasjoner på at intensiteten i timesekstremene har økt, men i motsetning til for døgnnedbør er det vanskeligere med sikkerhet å slå fast dette.

Framtidige forandringer

I 2015 ble rapporten Klima i Norge 2100 – Kunnskapsgrunnlag for klimatilpasning publisert. Her ble det gjort en landsdekkende analyse av forandring i nedbørintensitet og frekvens for døgnekstremer.

Regionale klimamodellsimuleringer fra en rekke forskjellige forskningsgrupper i Europa ble analysert for de 13 norske klimatiske nedbørsregionene som Meteorologisk institutt opererer med.

To mulige klimaframskrivninger - scenarioer for framtidig utslipp av drivhusgasser - ble analysert:

• RCP4.5: Gradvis nedgang i utslippene, der man ender opp med en global klimaforandring på omkring +2 °C ved slutten av dette århundret sammenliknet med 1980–2000-nivå.
• RCP8.5: Fortsetter økningen i utslippene og ender opp på en oppvarming på +4,5 °C ved slutten av dette århundret.

Resultatene ved moderate framtidige utslipp (RCP4.5) viste en gjennomsnittlig økning i antall dager med ekstrem døgnnedbør på 49 prosent ved slutten av århundret.

Dette økte til 89 prosent for RCP8.5-scenarioet. I tillegg til en markant økning i antall dager med ekstremnedbør, økte også nedbørintensiteten.

• Les mer: Er Norge godt nok rustet til å takle klimaendringene?

Gjennomsnittlig ekstremnedbør ble 12 prosent kraftigere ved moderate utslipp (RCP4.5) og 19 prosent kraftigere i scenarioet med høyere utslipp (RCP8.5).

Det må tas i betraktning at det var en betydelig spredning mellom modellene. Mens resultatene fra Hanssen-Bauer mfl. (2015) bare så på de 0,5 % høyeste døgnverdiene for nedbør, ble det i Mayer mfl. (2018) gjort en analyse av forandring i ekstremer fra timesverdier helt opp til døgnverdier, ved hjelp av ekstremverdi-statistikk.

Resultatene ble presentert i form av forandring i returverdier.

Resultatene fra dette ble kun gjort for scenarioet med høye utslipp (RCP8.5), og viste at relativ forandring i prosent var betydelig større for timesverdiene enn for døgnverdiene.

Mens intensiteten av en typisk 5-års hendelse av ekstrem døgnnedbør i gjennomsnitt økte med 26 % ved slutten av århundret, var økningen i ekstrem timesnedbør på 42 prosent.

Analysen viste også at jo mer ekstrem episoden var, jo større var den relative forandringen.

For en timeekstrem som statistisk skjer en gang hvert 200. år, var gjennomsnittlig forandring på 54 prosent. En relativ økning som er nesten dobbelt så stor som økningen i 200 års-verdien for døgnnedbør.

Denne figuren viser relativ endring i prosent i nedbørintensitet for en ekstremhendelse med varighet fra time til døgn ved slutten av århundret – for det høye utslippsscenarioet (RCP8.5).

De forskjellige kurvene viser forandring i returverdier for en 10 års-hendelse opp til en 200 års-hendelse:

Denne artikkelen er tidligere publisert i tidsskriftet Naturen 06 / 2018