Klimasystemet og meteorologi

Geofysikk omfatter studier av jordens fysiske egenskaper og de fysiske prosessene som påvirker jordkloden. Det omhandler blant annet aspekter ved jordens indre, oseanografi, meteorologi, atmosfærefysikk og hydrologi. På NILU er vi involvert i en rekke geofysiske klimaaktiviteter som spenner fra forskning på jordsmonn (jordfuktighet og snø), via atmosfærisk vanntransport og sirkulasjon til studier av skyenes optiske egenskaper.

Blant våre sentrale forskningsområder finner du:

Atmosfærisk sirkulasjon og ”teleconnections”

Jordas atmosfæriske sirkulasjonsmønstre er svært sammensatte. Klimatiske variasjoner i ett område kan være nært knyttet til klimavariasjoner i et annet område som ligger mange tusen kilometer unna. På engelsk kalles slike fenomener ”teleconnections”.

Mest kjent er kanskje ENSO (El Niño-Southern Oscillation), som blant annet beskriver sammenhengen mellom lufttrykket ved Tahiti og Darwin. Et annet kjent fenomen er NAO (den nordatlantiske oscillasjonen), som har en sterk innflytelse på klimaforholdene i Europa og Skandinavia. En positiv NAO-indeks innebærer unormalt sterkt høytrykk rundt Azorene, samt et tilsvarende sterkt lavtrykk ved Island.

Ved NILU forsker vi på storskala sirkulasjonsmønstre og deres betydning for ulike klimaparametre - fra havis til stratosfærisk ozon. Arktis og omliggende nordområder er et nøkkelområde for studier av globale klimaendringer. Det siste tiåret er det observert at havisen smelter raskere enn hva gjeldende klimamodeller forutsier, og denne nedsmeltingen kan bl.a. være et resultat av økt syklonaktivitet i nordområdene om sommeren.

En sentral oppgave ved NILU er å identifisere og skille mellom naturlige og menneskeskapte klimavariasjoner. Klimaet vi observerer vil alltid inneholde bidrag fra begge disse to komponentene.

Atmosfærisk vanntransport

Atmosfærisk vanntransport fra fjerntliggende områder er ofte medvirkende årsak til episoder med ekstremnedbør i Norge. Dette skjer via atmosfæriske ”elver” som er knyttet til sykloner ved midlere breddegrader.

Forskning på de fysiske prosessene, den romlige strukturen og styrken av vanntransporten er et fokusområde ved NILU. Arbeidet er sentralt for å forstå betydningen av havets overflatetemperatur (SST) i forhold til ekstremnedbør og det klimatologiske opphavet til nedbøren i Norge og nordområdene. Dette vil på sin side gi nyttig kunnskap sammenhengen mellom klimaendringer og ekstremvær.

Landdata (temperatur, snø, assimilasjon (LDAS))

Jordfuktighet, snø og jordtemperatur er geofysiske variabler som har stor betydning for vegetasjon og klima. Disse parametrene er viktige for plantenes transpirasjon og fotosyntese, og vil i stor grad påvirke jordas hydrologiske syklus. Variasjoner og trender i jordfuktighet vil gjenspeile endringer i nedbør og stråling og er involvert i mange klimatiske feedbackmekanismer på lokal, regional og global skala.

Ved NILU har vi utviklet landdataassimilasjonssystemet LDAS i samarbeid med met.no og Meteo France. Det er basert på ulike varianter av Ensemble Kalman Filter (EnKF) og Extended Kalman Filter (EKF), og er koblet mot SURFEX' offline landdatamodell (Le Moigne, 2009; Mahfouf et al., 2009). Jordfuktighetsdata fra AMSR-E, ASCAT og SMOS blir brukt i assimilasjonen. Systemet kan gi viktig informasjon om jordfuktighet, snø og bakketemperatur i store deler av Europa og Skandinavia. Det er også en målsetting å implementere LDAS i meteorologiske værvarslingsmodeller for å forbedre dagens værprognoser.

Skyer og stråling

Skyer har stor betydning for klimaet. De reflekterer sollys tilbake til verdensrommet og vil således ha en avkjølende effekt. På den annen side vil skyene absorbere varmestråling (IR) fra jorda og emittere stråling tilbake til jordoverflaten; dette forsterker drivhuseffekten.

Forholdet mellom disse fenomenene, dvs. skyenes oppvarming ved forsterkning av drivhuseffekten og deres avkjøling ved refleksjon av solstråling, bestemmer hvorvidt en bestemt skytype vil bidra til oppvarming eller avkjøling av jordkloden. Høye, tynne skyer (cirrus) bidrar gjerne til oppvarming, mens avkjølingseffekten er dominerende for lave og tykke skyer.

Det er en stor vitenskapelig utfordring å beskrive hvordan skyene vil respondere på en eventuell temperaturøkning som følge av menneskelige aktiviteter. Hvis den globale temperaturen øker, vil det være mer tilgjengelig vanndamp, noe som kan føre til mer skyer. Vil de reflektere mer sollys tilbake til verdensrommet, eller holde tilbake mer varmeenergi i atmosfæren?

Ved NILU forsker vi spesielt på de klimatiske effektene av cirrusskyer. Disse skyene befinner seg i høydeområder der det er svært kaldt, gjerne under -40ºC, og skydråpene vil derfor fryse til iskrystaller med ulike fasonger. Formen på krystallene avhenger av bl.a. temperatur, fuktighet og mengde/sammensetning av partikler i atmosfæren. Hvorvidt disse skyene virker avkjølende eller oppvarmende er i stor grad avhengig av krystalltype, krystallstørrelse og høyden til skyene.  En korrekt beskrivelse (parameterisering) av cirrus er derfor svært viktig for klimamodellering og framtidige klimaprognoser. Gjennom NORCLIM-prosjektet er NILU er involvert i utviklingen av en norsk klimamodell (NorESM) i samarbeid med en rekke andre nasjonale partnere. 

Lenke: http://www.norclim.no/