sou · H3B351d2 · 2015-09-15 00:00:00 — sou 2015 51 d2 KLIMATOLOGI Nr 14, 2015 , , , , , , , , och Pärmbild: Sjön , vattentäkt. KLIMATOLOGI Nr 14, 2015 , , , , , , , , och De senaste resultaten från klimatforskningen har använts för att producera detaljerade analyser av framtida klimat. Resultaten bygger på de klimatscenarier som använts av FN:s klimatpanel i dess femte utvärdering (AR5). I denna analys har två scenarier använts; RCP4.5 som innebär stora framtida utsläppsbegränsningar och RCP8.5 som innebär höga utsläpp av växthusgaser . Beräkningar av framtidens klimat och vattentillgång bygger på nytt underlag och delvis nya förutsättningar jämfört med tidigare analyser som presenterats av . De stora dragen i den beräknade förändringen av nederbörd, temperatur, vattentillgång och flöden kvarstår från tidigare utredningar. Användningen av RCP8.5-scenariet, med sin höga framtida koncentration av växthusgaser, förstärker effekterna jämfört med tidigare publicerade analyser. Eftersom resultaten från FN:s klimatpanel (AR5) presenterades så har underlaget framtaget av präglats av ett intensivt utvecklingsarbete. Resultaten har krävt användande av ny metodik och resultaten kommer även fortsättningsvis att utvärderas av . Analysen har gjorts för ett antal parametrar som är relevanta för dricksvattenförsörjningen. I tabellen nedan visas en översiktlig sammanfattning av resultaten. Ökning i hela landet, främst i norra , främst . Ökning i hela landet, främst i inland, främst vinter och vår. Ökning i hela landet, främst för de korta varaktigheterna. Ökning av årsmedel i hela landet förutom . Minskning , främst i östra Ökning i stora delar av landet. Minskning i inland och norra kustland samt nordvästra Mer vanligt i och , främst . Stigande havsnivå, nettoökningen störst i . Klimatberäkningarna visar på en ökning av årsmedeltemperaturen under innevarande sekel, men med stor spridning av resultaten. Störst beräknas ökningen bli i norr, vilket överensstämmer med tidigare resultat från såväl som IPCC. Skillnaderna mellan de två utsläppsscenarierna är små för men ökar mot slutet av århundradet. Scenario RCP4.5 innebär i medeltal en ökning på ca till 2100 jämfört med . För RCP8.5 är ökningen större, i medeltal ca till 2100. Medelnederbörden beräknas öka i hela landet . Störst väntas ökningen bli i inland. Skillnaden mellan de två utsläppsscenarierna är små för perioden 2021- 2050 men ökar mot slutet av århundradet. En ökning väntas under alla årstider, men främst för vintern och våren. Den extrema korttidsnederbörden beräknas bli mer intensiv i ett framtida klimat. Detta gäller främst skyfall med kort varaktighet. väntas sett över en ökning av vattentillgången i stora delar av landet, främst i norra och längs . I sydöstra väntas istället en minskning vilket beror på ökad avdunstning. I större delen av landet väntas vårfloden bli lägre och vinterflödena väntas istället öka. Ändringen i vattentillgång skiljer sig åt mellan olika årstider. väntas en minskad vattentillgång i större delen av landet, med den största minskningen i . De extrema flödena väntas inträffa mer sällan i inland och norra kustland samt nordvästra . I övriga delar av landet väntas de extrema flödena bli vanligare. De nya beräkningarna visar att en större andel av yta kan komma att utsättas för förstärkta extremflöden jämfört med tidigare beräkningar. väntas antalet dagar med låga flöden bli fler i och stora delar av . Den största förändringen beräknas ske i . Detta är en följd av att avdunstningen ökar till följd av ökad temperatur. Den globala havsnivån väntas stiga . En beräknad övre gräns för ökningen är ungefär 1 m enligt IPCC:s senaste utvärdering. Landhöjningen motverkar havsnivåhöjningen, speciellt i norra . The latest results from climate research have been used to produce detailed analyses of ’s future climate. The results build on the climate scenarios that have been used by the UN’s climate panel in its Fifth Assessment Report (AR5). Two scenarios have been used in this analysis: RCP4.5, which significantly limits future emissions, and RCP8.5, which is a more conservative “business as usual” scenario. Calculations of the future climate and water availability are based on new material and some new conditions compared to analyses previously presented by . The calculated changes in precipitation, temperature, water availability and flooding are broadly the same as earlier reports. The use of the RCP8.5 scenario, with its high future concentration of greenhouse gases, strengthens the effects compared to previous analyses. Since the results of the UNs climate panel (AR5) were presented as late as 2013, the material produced by has involved intensive development. The results have required new methodologies and will continue to be evaluated by . Analyses have been made for a number of parameters that are relevant to the supply of drinking water. The table below summarises the results. Increasing in the whole country, in particular in northern , Increasing in the whole country, in particular inland , mainly during and spring. Increasing in the whole country, mainly for short-term heavy Increasing in the whole country except for eastern . increase is greatest during the . Decreasing during summer, in particular in eastern . Increasing in large areas of the country. and the northern coast as well as north west . Becoming more common in and , particularly in Raised sea levels, with the greatest net rise in . Climate calculations show an increase in the mean annual temperature during the current century, but with a large spread of the result. The largest increase is calculated for the north, which is in agreement with earlier results from both . The difference between the two emission scenarios is small for the period 2021-2050 but increases towards the end of the century. The RCP4.5 scenario implies an increase of around 3 degrees on average by 2100, compared to the period 1961-1990. The increase is greater for RCP8.5, giving an average of around 6 degrees by 2100. Average precipitation is calculated to increase for the whole country in the future. The greatest increase is expected for inland . The difference between the two emission scenarios is small for the period 2021-2050 but increases by the end of the century. An increase is expected during all seasons, but mostly for and spring. Extreme short-term precipitation is calculated to become more intensive in a future climate. This applies particularly to short torrential showers. Water availability and flow In the future, an increase in water availability is expected in large parts of the country, particularly in northern and along the . can instead expect a reduction which is due to increased evaporation. For large parts of the country the spring floods are expected to be lower and the floods will increase. The change in water availability differs between the seasons. During summer a decreasing in water availability is expected in large parts of the country, in particular in eastern . Extreme floods are expected to occur less often in inland , the northern areas and for north western . In the rest of the country, extreme floods are expected to be more common. New calculations show that a larger part of ’s area could be susceptible to stronger extreme floods compared to earlier calculations. In the future, more days with low river flows are expected in and large parts of . The greatest change is expected in eastern . This is a result of increased evaporation due to the rise in temperature. The global sea level is expected to rise in the future. A calculated upper limit for the increase has been put at about 1 m by the year 2100 according to the latest evaluation from IPCC. The land rise counteracts the rise in sea level, in particular for northern . BAKGRUND OCH SYFTE.............................................................................. Analys av extrem korttidsnederbörd ........................................................... Anpassning av klimatdata för effektstudier ................................................ Osäkerheter och tolkning av resultat .......................................................... Begreppen återkomsttid, risk och sannolikhet........................................... Medeltemperatur för vintern.......................................................................................... Medeltemperatur för våren ........................................................................................... Medeltemperatur för sommaren ................................................................................... Medeltemperatur för hösten.......................................................................................... Medelnederbörd för vintern .......................................................................................... Medelnederbörd för våren ............................................................................................ Medelnederbörd för sommaren .................................................................................... Medelnederbörd för hösten .......................................................................................... Vattentillgång och flöden ........................................................................... Vattentillgång för vintern ............................................................................................... Vattentillgång för våren................................................................................................. Vattentillgång för sommaren......................................................................................... Vattentillgång för hösten ............................................................................................... Antal dagar med snötäcke.......................................................................... DISKUSSION OCH SLUTSATSER .............................................................. KARTOR ÖVER SPRIDNINGEN............................................................. 1 Bakgrund och syfte Den statliga utredningen ”En trygg dricksvattenförsörjning” (hädanefter benämnd ) ska identifiera nuvarande och potentiella utmaningar för en säker dricksvattenförsörjning i landet, . Utgångspunkten ska bland annat vara klimatförändringarnas förväntade effekter på dricksvattenförsörjningen. Utredningen ska också lämna en uppdaterad beskrivning av hur klimatförändringarna kan komma att påverka olika delar av landet. Som ett underlag till utredningen har tagit fram denna klimatanalys för parametrar som är relevanta för dricksvattenförsörjningen. Urvalet av dessa har beslutats i diskussion med och dess referensgrupp för klimat. I en separat rapport till (, 2015) ges en översikt över hur klimatet i förändats . Rapporterna är bilagor till delbetänkandet ”Klimatförändringar och dricksvattenförsörjning”, utgiven . Föreliggande rapport tar inte upp konsekvenserna för dricksvattenförsörjningen utan stannar vid förändringar i temperatur, nederbörd, vattentillgång, snötäcke och havsnivåer. Rapporten grundar sig på de klimatscenarier som använts av FNs klimatpanel i dess femte utvärdering (AR5). En diskussion om hur dessa scenarier skiljer sig från de som användes i klimat- och sårbarhetsutredningen ingår. Eftersom resultaten från AR5 presenterades så har arbetet präglats av ett intensivt utvecklingsarbete. Resultaten har krävt användande och delvis utveckling av ny metodik och resultaten kommer även fortsättningsvis att utvärderas av . Det material som redovisas i denna rapport är översiktligt. Studier av lokala förhållanden kan kräva mer detaljerade beräkningar. I analysen har de senaste resultaten från klimatforskningen använts för att producera detaljerade analyser av framtida klimat. I följande avsnitt beskrivs metodiken och vilka antaganden som gjorts. För att studera framtida klimat behövs först och främst antaganden om framtida utsläpp av växthusgaser. FNs klimatpanel, IPCC, har utarbetat en grupp scenarier som forskare världen över använder sig av. I Klimatpanelens senaste sammanställning av det vetenskapliga läget (IPCC, 2013) användes en ny generation utsläppsscenarier vid namn RCP (Representative Concentration Pathways, m. fl., 2010), se Figur 2.1. RCP- scenarierna betecknas med siffror som anger den strålningsdrivning de olika utvecklingsvägarna ger upphov . Strålningsdrivningen är skillnaden mellan mängden energi från solinstrålning som träffar jorden och hur mycket energi som jorden strålar ut till rymden igen. Denna energi mäts i enheten watt per kvadratmeter, W/m2. I den lägsta RCP:en handlar det om 2,6 W/m2 och i den högsta 8,5 W/m2. RCP8.5, den röda linjen i figuren, är det mest högintensiva scenariot, vilket innebär att utsläppen av växthusgaser på jorden fortsätter att öka, de andra scenarierna innefattar någon form av politiska beslut som begränsar utsläppen. Fokus har i forskarvärlden legat på RCP4.5 och RCP8.5, och detta avspeglas i antalet globala modeller som ingår i ensemblerna i figur 2.1 (se siffrorna inom parentes). Dessa två scenarier fanns också tillgängliga som kompletta ensembler vid analysens start. Figur 2.1 Global uppvärmning relativt för de fyra olika RCP-scenarierna beskriven av ensembler av flera globala modeller (antalet visas inom parentesen). Från IPCC (2013). RCP-scenarierna skiljer sig från de tidigare av FN:s Klimatpanel framtagna SRES- scenarierna då de inte är direkt kopplade till en specifik samhällsekonomisk utveckling. De innefattar dock några grundläggande antaganden, vilka listas i tabell 2.1. Tabell 2.1 Antaganden som ligger till grund för utsläppsscenarierna RCP4.5 och • Utsläppen av koldioxid ökar något och • Koldioxidutsläppen är dagens vid år 2100 och metanutsläppen ökar kraftigt • Befolkningsmängd något under 9 miljarder i • Jordens befolkning ökar till 12 miljarder vilket leder till ökade anspråk på betes- och • Lågt arealbehov för jordbruksproduktion, bland annat till följd av större skördar och förändrade • Teknikutvecklingen mot ökad energieffektivitet fortsätter, men långsamt • Stort beroende av fossila bränslen Genom att analysera resultat från RCP4.5 och RCP8.5 möjliggörs en jämförelse mellan effekterna av en framtid med höga utsläpp och en framtid med stora utsläppsbegränsningar. För att studera hur jordens klimatsystem reagerar på en förändrad strålningsbalans i atmosfären används en global klimatmodell (GCM). Modellen baseras på matematiska ekvationer som beskriver förhållanden mellan till exempel lufttryck, temperatur, fuktighet och vind. Modellen består av ett tredimensionellt rutnät som beskriver jordens atmosfär och dess återkoppling mellan land och hav. Varje ruta är i storleksordningen . Modellen simulerar hela jordens klimat och drivs av ett utsläppsscenario. Upplösningen i den globala klimatmodellen gör informationen otillräcklig på regional skala, därför kopplas resultatet till en regional modell (RCM), som utför dynamisk nedskalning. Den regionala modellen har högre upplösning och kan därmed beskriva till exempel effekterna av den Skandinaviska fjällkedjan och . Figur 2.2 beskriver dataflödet mellan klimatmodeller. Figur 2.2 Illustration av beräkningsgången från utsläpp till regionala klimatdata. Ett regionalt klimatscenario ges av kombinationen mellan utsläppsscenario, global klimatmodell och regional klimatmodell. Eftersom modellerna har olika egenskaper kan resultaten skilja sig åt. Genom att använda så många olika klimatscenarier som möjligt fås ett robustare resultat och statistiskt mått på osäkerheten i resultaten. har genomfört regional modellering för baserat på data från nio olika globala klimatmodeller från olika institut, se tabell 2.2. Samtliga globala scenarier har skalats ner med den regionala klimatmodellen RCA4 (2014), för de två scenarierna RCP4.5 och RCP8.5. Detta ger totalt 18 klimatscenarier med upplösningen gånger . Dessa scenarier utgör underlaget i analysen. Det återstår att analysera hur RCA4 förhåller sig till andra regionala klimatmodeller. Tabell 2.2 Institut som utfört global klimatmodellering, vilka ligger till grund för den regionala nedskalningen med modellen RCA4. ICHEC, Europeiskt konsortium 2.4Analys av extrem korttidsnederbörd Analysen av extrem korttidsnederbörd utgår från resultaten av de regionala klimatmodellerna med en upplösning på 50 gånger . För varje gridruta i modellen och varje tidsperiod beräknades årliga maxvärden för 6 olika varaktigheter: , , , , och . En sannolikhetsfördelning (Gumbelfördelning (WMO, 1981)) anpassades för varje kombination av modellgridruta, tidsperiod och varaktighet. Ur denna fördelning beräknades nederbörden med återkomsttid. För varje kombination av modellgridruta och varaktighet beräknades därefter den relativa förändringen av 10-årsnederbörden från referensperioden till de båda perioderna 2021- 2050 samt 2069-2098 (och , 2013). Detta genomfördes för alla scenarier som ingår i de båda RCP-ensemblerna. För varje RCP-ensemble beräknades medelvärde samt max- och minförändring, avslutningsvis plottades resultatet i kartor över . De regionala klimatmodellerna har en rumsupplösning på 50×50 km, vilket motsvarar ett avsevärt större område än den lokala skala på vilken extrem korttidsnederbörd har störst påverkan (ner till enskilda km²). I beräkningarna har man antagit att framtida förändringar på skala 50×50 km är representativa också för den lokala skalan, vilket inte behöver vara fallet. 2.5Anpassning av klimatdata för effektstudier För användning av klimatmodellernas resultat i hydrologiska effektstudier krävs ett gränssnitt mellan klimatmodellen och den hydrologiska modellen. klimatmodellerna inte kan beskriva det nutida klimatet tillräckligt väl för att ge en rimlig hydrologisk respons. En metod som möjliggör en sådan anpassning är DBS-metoden (Distribution Based Scaling, m.fl., 2010) som innebär att data från meteorologiska observationer används till att justera klimatmodellens resultat för att minimera de systematiska felen. Korrigeringsfaktorerna används vid beräkningen av framtidens klimat vilket leder till att klimatberäkningens utdata blir statistiskt jämförbart med observationer och kan användas som indata till en hydrologisk modell. Vid användning av DBS- metoden bibehålls både förändringar i medelvärden och de förändringar i klimatets variabilitet som ges av klimatmodellen. Se illustration av dataflödet vid DBS-skalering i figur 2.3. Figur 2.3 Illustration av dataflödet från klimatmodeller till effektstudier via en hydrologisk modell. Figur 2.4 visar exempel på en anpassning med DBS-metoden. Figuren visar rådata i form av temperatur och andel nederbördsdagar och deras nederbördsintensitet från en klimatmodell jämfört med när dessa rådata anpassats med DBS-metoden, dessutom visas observationer. Figuren visar att DBS-metoden väsentligt förbättrar överensstämmelsen med observerad data. Särskilt viktigt är att den överskattning av antal dagar med nederbörd som ges av klimatmodellen korrigeras. Jämförelse mellan rådata från klimatmodeller och data som anpassats med DBS-metoden samt observationer. Till vänster dygnsmedeltemperatur (procent av tiden som viss dygnsmedeltemperatur underskrids och till höger nederbörd (andel dagar med olika nederbördsintensitet). Anpassning av klimatmodelldata med hjälp av DBS-metoden används i denna studie för nederbörd och temperatur. Den observerade nederbörden och temperaturen har hämtats från den databas, (, 2000; och , 2003 och 2005), som byggt upp med särskild inriktning på hydrologisk modellering. Data från SMHIs meteorologiska stationer har i denna databas interpolerats till ett rutnät med upplösningen med hjälp av en geostatistisk interpolationsmetod som benämns optimal interpolation. En förutsättning när DBS-metoden används är att resultaten för framtida tidsperioder jämförs med historiskt klimat så som detta beskrivs av klimatmodellen och inte av meteorologiska observationer. Metoden innebär också att det inte är möjligt att jämföra individuella dagar eller år med observationsdata. Till denna analys har den hydrologiska modellen HBV använts (Figur 2.5). Modellen beräknar daglig avrinning genom enkel fysikalisk beskrivning och kalibreras specifikt för olika vattendrag. Grunden är tre huvudmoduler; beräkning av snöns ackumulation och avsmältning, beräkning av markvatten samt beräkning av vattnets väg och dess påverkan från fysiska faktorer, så som terräng (m.fl., 1997). HBV-modellens beräkningsområden baseras på naturliga avrinningsområden och i dessa områden fördelas markarean på skog och öppen mark samt delas in i höjdzoner. Nederbördsberäkningarna görs separat för varje höjdzon och vegetationstyp. I modellen sker korrektioner av nederbörd och temperatur med avseende på höjd. Den uppsättning av HBV-modellen som använts inom detta projekt går under namnet och täcker i stort sett hela yta. Uppsättningen delar in i ca 1000 avrinningsområden. har tidigare används av SMHIs hydrologiska prognos och varningstjänst samt i tidigare klimatanalyser. Figur 2.5 Beskrivning av HBV-modellens struktur för ett beräkningsområde. För att studera en klimatförändring jämförs framtida medelvärden med medelvärden för en historisk period, en så kallad referensperiod. I enlighet med internationell praxis används i denna analys den så kallade som referensperiod för meteorologiska variabler. Vid hydrologiska analyser har det inte varit möjligt att använda samma referensperiod, då de hydrologiska modellerna kräver en startsträcka för att uppnå en jämvikt i vattenbalansen. Den hydrologiska referensperioden är därför 1963-1992. För analys av framtidsklimatet har två perioder valts; 2021-2050 och 2069-2098, som båda omfattar . Ordet klimatsignal som används i analysen betyder skillnaden mellan två tidsperioder för en viss parameter. 2.8Osäkerheter och tolkning av resultat Det finns stora osäkerheter i studier av framtida klimat och de mest fundamentala beskrivs i följande stycken. Det är viktigt att ha dessa i åtanke vid tolkning av analyserna. RCP-scenarierna är inte (som i tidigare scenarier) kopplade till givna socioekonomiska scenarier eller utsläppsscenarier, utan utvecklingsbanorna kan nås genom en mängd olika kombinationer av ekonomiska, teknologiska, demografiska och politiska utveklingar. Genom att studera fler utsläppsscenarier fås ett mått på osäkerheten för de olika parametrarna beroende på den framtida utvecklingen. I denna analys ingår två RCP- scenarier, RCP8.5 motsvarar en fossilintensiv framtid med höga utsläpp och RCP4.5 innefattar kraftiga utsläppsminskningar. Resultaten för dessa scenarier presenteras separat för varje enskild parameter och det är viktigt att påpeka att inget av de två scenarierna är mer sannolikt än den andra, utan att de tillsammans ger en bild av framtidsutvecklingen. Klimatmodeller har begränsningar i upplösning och kan inte beskriva alla detaljer i jordens klimatsystem. Olika klimatmodeller är uppbyggda på olika sätt och kan beskriva klimatet olika även om samma utsläppsscenario används. Ett vanligt sätt att hantera dessa skillnader att är använda en mängd resultat från olika klimatmodeller som skapar en ensemble, som kan beskriva spridningen hos modellerna. I denna studie används resultat från nio olika globala klimatmodeller, se Tabell 2.2. För varje parameter har ett medelvärde av ensemblen beräknats, samt min- och maxvärdet för att visa på spridningen i resultaten. Varje klimatmodell skapar sitt eget klimat och kan därför inte förväntas ligga i fas med det verkliga klimatet på kort tidsskala, på grund av den naturliga variabiliteten som finns i klimatsystemet. En väl fungerande klimatmodell ska dock kunna beskriva medelvärden och variabilitet med tillräcklig precision, t.ex. korrekt antal kalla och varma vintrar . Därför är det viktigt att tolkningen av tidsserier koncentreras till långsiktiga trender snarare än till absoluta värden.