Estimates of Future Sea–Level Changes
for Norway – norsk sammendrag
Framtidig havnivå langs norskekysten
26. mars 2012
Matthew Simpson, Kristian Breili, Halfdan Pascal Kierulf,
Dagny Lysaker, Mohammed Ouassou and Even Haug
2
Framtidig havnivå langs norskekysten
Introduksjon
Kartverkets prognose for framtidig havnivå langs norskekysten er dokumentert i
rapporten ”Estimates of Future Sea-Level Changes for Norway”. Arbeidet med
prognosen har omfattet gjennomgang av litteratur fra fagområdets forskningsfront,
analyse av observert havnivå, utvikling av en ny landhevingsmodell og bruk av
klimamodeller for å beregne framtidig havnivå. Rapporten presenterer også
repetisjonsnivåer for stormflo. Studiens motivasjon er hentet i at havnivåendringene
varierer fra sted til sted. Dette innebærer at globale prognoser ikke nødvendigvis
beskriver situasjonen i norske områder på en tilfredsstillende måte. En egen tilpasset
studie er derfor nødvendig for å beregne framtidig havnivå langs norskekysten.
Bakgrunn
Et komplisert samspill mellom prosesser i havet, atmosfæren og i den faste jorda er
opphavet til havnivåendringer. De to viktigste bidragene kommer fra landfast is som
smelter og endringer i vannets tetthet. Varmere vann tar større plass, og ferskvann er
lettere enn saltvann. Vi må skille mellom absolutte havnivåendringer målt i forhold til
jordas massesenter og relative havnivåendringer målt i forhold til landjorda. For
framtidige arealplaner er relative havnivåendringer av størst interesse, og disse kan
beregnes ved å korrigere absolutte havnivåendringer for landheving. Landheving er
spesielt viktig å ta hensyn til langs norskekysten der landet stiger med 2 til 5 millimeter
per år.
De ulike prosessene påvirker havnivået forskjellig fra sted til sted. Dette skyldes blant
annet at ulike havområder har forskjellig varmeopptak og smeltevann fra isbreer ikke
vil fordele seg jevnt over verdenshavene. Lokalt vil endringer i havets saltkonsentrasjon
kunne være av betydning, mens denne effekten globalt er neglisjerbar, ettersom den
totale saltmengden i havet er tilnærmet konstant. Det må også understrekes at det per i
dag ikke eksisterer noen full forståelse av prosessene som fører til havnivåendringer.
Spesielt stor usikkerhet knytter det seg til hvordan de store ismassene på Grønland og i
Antarktis vil respondere på et endret klima.
2
3
Framtidig havnivå langs norskekysten
Prognoser for framtidig globalt havnivå finnes blant annet i FNs klimapanels (IPCC)
fjerde tilstandsrapport fra 2007 [Meehl et al., 2007], heretter kalt IPCC AR4. Prognosene
er beregnet ved hjelp av 17 klimamodeller og indikerer at havnivået i perioden 2090 til
2099 vil være 18 til 59 cm høyere enn havnivået i perioden 1980 til 1999. Prognosens
intervall gjenspeiler ikke prognosens faktiske usikkerhet, men viser variasjonen mellom
de ulike klimamodellene og klimascenarioene. Det er verdt å merke seg at IPCC ikke
knytter sannsynlighet til prognosen eller presenterer noen øvre grense for havstigning i
sin rapport fra 2007.
For norskekysten finnes det prognoser for framtidig havnivå i
rapporten
”Hanivåstigning” [Vasskog et al., 2009]. I dette arbeidet er en global semi-empirisk
modell utgangspunktet. Den semi-empiriske modellen oppretter en matematisk
sammenheng mellom jordas middeltemperatur og globalt havnivå. I tillegg antas det at
havstigningen langs norskekysten vil være 10 cm større enn det globale gjennomsnittet.
Totalt gir dette 90 cm absolutt havstigning for det 21. århundret. Relative
havnivåendringer oppnås ved å bruke en landhevingsmodell hentet fra Vestøl [2007].
Ny modell for landheving
Langs norskekysten krever prognoser for framtidig havnivå en presis beskrivelse av
landheving, og derfor har en viktig del av Kartverkets arbeid vært å beregne en ny
landhevingsmodell for Norge. Den nye modellen er basert på observasjoner fra
permanente GPS-stasjoner. Analyse av GPS-måleseriene viser at minimum tre år med
data er nødvendig for at landhevingsraten skal være pålitelig. Dette kravet oppfyller
måleseriene fra 66 norske GPS-stasjoner, se figur 1.
En av hovedutfordringene har vært å bestemme landhevingen mellom GPS-stasjonene.
To teknikker er utprøvd og rapporten presenterer resultatene fra begge. Innenfor
områder
med
kort
avstand
mellom
GPS-stasjonene
anbefaler
vi
å
bruke
landhevingsrater beregnet med den statistiske interpoleringsmetoden kriging. Denne
metoden fungerer tilfredsstillende sør for Trondheimsfjorden og på kysten av Troms. I
andre
områder
anbefaler
vi
å
bruke
landhevingsrater
fra
en
geofysisk
3
4
Framtidig havnivå langs norskekysten
landhevingsmodell tilpasset GPS-målingene. Landhevingsratene har en usikkerhet
estimert til 0,7 mm/år.
Figur 1. Venstre: Plasseringen til Fastlands-Norges 139 permanente GPS stasjoner.
Symbolene angir stasjonenes alder. Stjerner indikerer mer enn 10 år med data,
diamanter mer enn 5 år og sirkler mer enn 3 år. Prikker markerer stasjoner med mindre
enn 3 år med data og disse stasjonene ble ikke brukt i dette arbeidet. Kartet til høyre
viser Kartverkets nye landhevingsmodell. Enhet er mm/år.
Landheving innebærer også endringer i jordas tyngdefelt på grunn av omfordeling av
masser i jordas mantel. Virkningen dette har på havnivået kan forstås som at geoiden1
og havnivået følger noe med etter hvert som landjorda stiger. For å beregne geoidens
endring har vi benyttet den samme geofysiske modellen som ble benyttet til å
interpolere mellom GPS målepunktene. Beregninger viser at geoiden endrer seg med 0,2
til 0,5 mm/år langs norskekysten.
I et hundreårsperspektiv gir den nye landhevingsmodellen opptil 20 cm større
landheving enn modellen brukt i Vasskog et al. [2009]. Dette illustrerer
landhevingsmodellens store betydning for en presis prognose for framtidig havnivå
langs norskekysten.
Geoiden er en ekvipotensialflate i jordas tyngdefelt som sammenfaller med midlere havnivå dersom vi
ser bort fra havstrømmer, vær og tide-krefter fra sol og måne. Dersom geoidens høyde endrer seg, endres
også havnivået.
1
4
5
Framtidig havnivå langs norskekysten
Observert havnivå
Kartverket drifter et nettverk av vannstandsmålere langs norskekysten. Disse
vannstandsmålerne gir informasjon om tidevann og havnivåendringer målt i forhold til
et geodetisk fastmerke i fjell. Vannstandsmålerne observerer altså differansen av endret
havnivå og landheving. For vannstandsmålere med tilstrekkelig gode måleserier, har vi
beregnet havnivåets endring over 1) den perioden hver enkelt vannstandsmåler har
vært operativ og 2) for de siste 30 årene. En oversikt over de beregnede ratene
(gjennomsnittlig havnivåendring per år) er gitt i figur 2.
Når hele måleserien benyttes er den relative endringsraten mindre enn null for de fleste
stasjonene. Dette viser at landhevingen har vært raskere enn havstigningen for store
deler av Norge i det 20. århundret. Havnivåendringer, slik de ville være i hvert
målepunkt uten landheving, kan beregnes ved å korrigere målingene for landheving og
geoidens endring. Med disse korreksjonene blir havnivåets endringsrater mellom 2 og 4
mm/år. Dette indikerer at havstigningen langs norskekysten i det 20. århundret har
vært noe større enn det globale gjennomsnittet på 1,8 mm/år [Church og White, 2011].
Ratenes verdi øker og blir større enn null på de fleste stasjonene når kun de siste 30
årene med data benyttes. Dette tyder på at havstigningen har økt de siste tiårene.
Fremdeles er landhevingen større enn havstigningen rundt Oslofjorden og i Midt-Norge.
Etter at observasjonene er korrigert for geometrisk landheving, blir ratene mellom 3 og
5 mm/år (unntatt Kabelvåg). Dette samsvarer med altimetrimålinger fra perioden 1993
til 1998 som indikerer 2-5 mm/år havstigning langs norskekysten [Cazenave and Llovel,
2010].
5
6
Framtidig havnivå langs norskekysten
Figur 2. Endringsrater for havnivå langs norskekysten; relative (blå), korrigert for
landheving (rød) og korrigert for både landheving og endret geoide (åpne rød). Ratene
er estimert fra observasjoner fra Kartverkets nettverk av vannstandsmålere. Øvre del av
figuren viser rater der hele tidsseriens lengde er analysert (29 til 96 år), og den nederste
delen viser rater beregnet over perioden 1980 til 2010. De vertikale søylene angir
standardavviket.
6
7
Framtidig havnivå langs norskekysten
Framtidige havnivåendringer langs norskekysten
Hvert enkelt bidrag til endret havnivå må analyseres individuelt for å utarbeide en
regional prognose for framtidig havnivå. Dette er et viktig prinsipp Kartverket har
etterlevd ved å følge tett en metode presentert i Slangen et al. [2011]. Med denne
metoden brukes klimamodeller til å finne bidragene som følge av endret vanntetthet,
havstrømmer og avsmelting fra isbreer. For det sistnevnte bidraget forteller
klimamodellene hvor og hvor mye is som smelter. Med denne informasjonen tilgjengelig
kan havnivålikningen løses for å bestemme den virkningen isbreene har på havnivået
langs norskekysten. Til sammen gir de nevnte prosessene absolutte havnivåendringer.
Relative havnivåendringer oppnås ved å trekke Kartverkets nye landhevingsmodell fra
de absolutte endringene. Kartverkets valg av metode er i tråd med liknende arbeider
utført i Storbritannia og av den nederlandske Delta-kommisjonen. Metodikken er
skjematisk illustrert i figur 3.
Figur 3. Skjematisk framstilling av metoden Kartverket har tatt i bruk for å beregne en
regional prognose for framtidig havnivå.
Kartverkets prognose er basert på de samme 17 klimamodellene som ligger til grunn for
prognosene i IPCC AR4. Disse modellene er tilgjengelige for de tre klimascenarioene A2,
A1B og B1. Våre beregninger viser at det er større forskjell mellom modellene enn
7
8
Framtidig havnivå langs norskekysten
mellom scenarioene og vi lar derfor gjennomsnittet av både modeller og scenarioer
utgjøre prognosens sentralverdi.
Alle verdiene som presenteres gir havnivå i perioden 2090 til 2100 i forhold til
havnivået i perioden 1981 til 2000. Bidraget som skyldes endring i vanntetthet og
havstrømmer er beregnet til 31 cm for norskekysten. Dette er ca 10 cm mer enn det
globale gjennomsnittet på 22 cm. Bidraget fra is varierer fra 15 cm i sør til 7 cm lengst i
nord. Til sammen gir dette 38 til 46 cm absolutt havstigning langs. Korrigert for
landheving og geoidens endring vil havnivået målt i forhold til landjorda endre seg med 20 til 30 cm. Dette er illustrert i figur 5 og verdier for utvalgte kystbyer er å finne i tabell
1. Fra figuren framkommer det at havnivået vil synke i områder der landhevingen er
større enn havstigningen. Dette gjelder områdene rundt Oslo- og Trondheimsfjorden.
Størst havstigning vil det bli på Sør-Vestlandet og langs kysten av Troms der havet vil
stige med oppimot 30 cm.
Tetthet og
Isbreer
Landheving og
Total relativ
havstrømmer
(1σ ± 4 cm)
endret geoide
havnivåendring
(1σ ± 10 cm)
(1σ ± 7 cm)
(1σ ± 13 cm)
Oslo
31
13
-54
-10
Stavanger
31
13
-16
28
Bergen
31
12
-22
21
Trondheim
31
11
-52
-10
Tromsø
31
8
-24
11
Tabell 1. Kartverkets prognose for framtidig havnivå basert på IPCCs klimamodeller i
utvalgte kystbyer. Tallene gir havnivåets høyde i perioden 2090-2099 i forhold til
perioden 1980-1999.
Usikkerhet og Kartverkets høy-prognose
Prognosens totale standardavvik er 13 cm og illustrerer klimamodellenes variasjon og
landhevingsmodellens standardavvik. Prognosens faktiske usikkerhet er per i dag ikke
mulig å tallfeste, ettersom klimamodellene har enkelte mangler og kan ha ukjente
systematiske feil. I tillegg er det vanskelig å gi en sikker beskrivelse av framtidas klima.
Spesielt stor usikkerhet knytter det seg til det dynamiske bidraget2 fra Grønland og
2
Det dynamiske bidraget skyldes isbreenes bevegelse mot havet. Der breene møter havet vil havet tilføres nye
vannmasser i form av isfjell som kalver fra breene. Prosessene som styrer det dynamiske bidraget er per i dag
ikke fullt ut forstått.
8
9
Framtidig havnivå langs norskekysten
Antarktis. Observasjoner indikerer raske pågående forandringer (se for eksempel Rignot
et al., 2011) dagens generasjon ismodeller ikke inkluderer, på grunn av manglende
forståelse av de prosessene som virker [Pfeffer 2011]. Imidlertid er det et åpent
spørsmål hvilke tidsskalaer de siste årenes raske endringer virker over. Det er ikke å
forvente at bedre ismodeller vil være tilgjengelig før flere år inn i framtida. Det har
derfor vært nødvendig å ta i bruk forenklede metoder for å tallfeste det dynamiske
bidraget. I korte trekk innebærer dette at dagens dynamiske bidrag skaleres med
framtidig global temperatur. Dette er den samme strategien IPCC brukte for å beregne
det oppskalerte dynamiske isbidraget gitt i tabell 10.7 i IPCC AR4.
Selv det oppskalerte bidraget fra Grønland og Antarktis er moderat. Videreføres dagens
observerte trend og akselerasjon gjennom det 21. århundret, vil dette gi et isbidrag som
overgår isbidraget basert på IPCCs klimamodeller. For å ta høyde for denne
usikkerheten har Kartverket også beregnet en høy-prognose der isbidraget er basert på
en ekspertvurdering [Katsman et al., 2011] av hva det største realistiske bidraget fra
Grønland og Antarktis kan komme til å bli i det 21. århundret. Kombinert med
havstigning som følge av endringer i sjøvannets tetthet og havstrømmer ved 6 °C global
oppvarming (ca to grader mer enn klimascenarioene i IPCC AR4), gir dette Kartverkets
høy-prognose. Tar vi hensyn til variasjonen i grunnlagsdataene, strekker høy-prognosen
seg over et intervall på 90 cm. Vi lar den øvre skranken av dette intervallet sette en øvre
grense for realistisk havstigning langs norskekysten i det 21. århundret. Denne grensen
forteller oss at vi ikke kan utelukke havnivåendringer fra 0,7 til 1,3 m avhengig av hvor
du er langs norskekysten, se tabell 2.
Tetthet og
Isbreer
Landheving og
Total relativ
havstrømmer
(cm)
endret geoide
havnivåendring
(cm)
(1σ ± 7 cm)
(cm)
Oslo
19 – 93
11-62
-54
-6 – 83
Stavanger
19 – 93
11-62
-16
32 – 121
Bergen
19 – 93
11-61
-22
25 – 114
Trondheim
19 – 93
9-58
-52
-7 – 82
Tromsø
19 – 93
6-53
-24
18 – 106
Tabell 2. Kartverkets høy-prognose for utvalgte norske kystbyer i perioden 2090-2099 i
forhold til perioden 1980-1999.
9
10
Framtidig havnivå langs norskekysten
Figur 4. Relative havnivåendringer langs norskekysten i perioden 2090-2099 i forhold
til perioden 1980-1999. Venstre del av figuren viser Kartverkets prognose basert på
IPCCs klimamodeller. Høyre del av figuren viser øvre skranke for høy-prognosen. Merk
at skalaen er forskjellig for de to kartene.
Stormflo
I tillegg til klimatisk havstigning presenterer Kartverkets rapport også nyberegnede
returnivåer for stormflo. Stormflo inntreffer når springflo faller sammen med vær som
hever vannstanden, det vil si ugunstig vindretning og lavt lufttrykk. Imidlertid finnes det
områder der forskjellen mellom flo og fjære er liten og væreffekten alene kan gi
ekstraordinær
høy
vannstand.
Dette
gjelder
Oslofjordområdet
og
deler
av
sørlandskysten.
For hver enkelt vannstandsmåler er returnivåer for gjentaksintervallene 5, 10, 20, 50,
100, 200, 500 og 1000 år beregnet ved hjelp av den statistiske metoden ACER (Average
Conditional Exceedance Rate). Statistisk sett vil vannstanden nå returnivået én gang i
løpet av gjentaksintervallet. Basert på tilgjengelige forskningsarbeider er det ikke
grunnlag for å hevde at stormflohøydene vil øke mer enn middelvann i løpet av de
kommende 30 årene. Derimot kan det ikke utelukkes en viss økning fram mot år 2100.
10
11
Framtidig havnivå langs norskekysten
Konklusjon
Kartverket har gjennom dette arbeidet etablert et nytt rammeverk for å beregne
prognoser for framtidig havnivå langs norskekysten. Innenfor dette rammeverket er de
viktigste bidragene til havnivåendringer analysert individuelt. Vi har inkludert bidraget
fra landheving, endringer i vanntemperatur, saltkonsentrasjon, havstrømmer og
avsmelting fra is. Med IPCCs klimamodeller som utgangspunkt gir dette 39 til 45 cm
absolutt havstigning langs norskekysten. På grunn av landheving vil denne
havstigningen reduseres til -20 til 30 cm målt i forhold til landjorda. Vi har også
beregnet en høy-prognose som setter en øvre grense for realistisk havstigning. Høyprognosene innebærer at vi ikke kan utelukke 0,7 til 1,3 m havstigning langs
norskekysten i dette århundret. Det er viktig å understreke at kunnskapsgrunnlaget
innen fagområdet per i dag ikke er komplett. Det er derfor ikke mulig å beregne
prognosens faktiske usikkerhet.
Kartverkets prognose for
Øvre grense Kartverkets
relativ havnivåendring
høy-prognose
(1σ ± 13 cm)
(cm)
Oslo
-10
83
Stavanger
28
121
Bergen
21
114
Trondheim
-10
82
Tromsø
11
106
Tabell 3. Oppsummering av Kartverkets prognose basert på IPCCs klimamodeller
(sentralverdier) og høy-prognosens øvre skranke. Tallene angir havnivået i perioden
2090-2099 i forhold til perioden 1980-1999.
Takk
Kartverket ønsker å rette en stor takk til følgende personer som har lest gjennom
rapporten og kommet med nyttige innspill: Aimée Slangen (Utrecht University), Glenn
Milne (University of Ottawa), Pippa Whitehouse (Durham University), Leanne Wake
(University of Calgary), Helge Drange (Bjerknessenteret for klimaforskning), Willy
Fjeldskaar (Tectonor), Jens Debernard (Meteorologisk institutt), Jon Ove Hagen
(Universitetet i Oslo), Jack Kohler (Norsk polarinstitutt), Lars Petter Røed
(Meteorologisk institutt), Jon Inge Svendsen (Universitetet i Bergen), og Olav Vestøl
(Kartverket).
11
12
Framtidig havnivå langs norskekysten
Referanser
Cazenave, A. and Llovel, W. (2010). Contemporary sea level rise. Annual Review of
Marine Science, 2, pp. 145-173.
Church, J. A., Gregory, J. M., White, N. J., Platten, S. M. and Mitrovica, J. X. (2011).
Understanding and projecting sea level change. Oceanography, 24(2), pp. 130–143,
doi:10.5670/oceanog.2011.33.
Church, J. A. and White, N. J. (2011). Sea-Level Rise from the Late 19th to the Early 21st
Century. Surv. Geophys, 32, 585-602, doi:10.1007/s10712-011-9119-1.
Katsman, C. A., Sterl, A., Beersma, J. J., van den Brink, H. W., Church, J. A., Hazeleger, W.,
Kopp, R. E., Kroon, D., Kwadijk, J., Lammersen, R. et al. (2011). Exploring high-end
scenarios for local sea level rise to develop flood protection strategies for a low-lying
delta - the Netherlands as an example. Climatic Change, pp. 1–29.
Meehl, G. A., Stocker, T. F., Collins, W. D., Friedlingstein, P., Gaye, A. T., Gregory, J. M.,
Kitoh, A., Knutti, R., Murphy, J. M., Noda, A., Raper, S. C. B., Watterson, I. G., Weaver, A. J.
and Zhao, Z.-C. (2007). Global Climate Projections. In: Climate Change 2007: The Physical
Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the
Intergovernmental Panel on Climate Change [Solomon, S., Qin, D., Manning, M., Chen, Z.,
Marquis, M., Averyt, K. B., Tignor, M., Miller, H. L. (eds.)]. Cambridge University Press,
Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.
Pfeffer, W. T. (2011). Land ice and sea level rise: A thirty-year perspective. Oceanography,
24(2), pp. 94–111, doi:10.5670/oceanog.2011.30.
Rahmstorf, S. (2007). A Semi-Empirical Approach to Projecting Future Sea-Level Rise.
Science, 315, pp. 368–370.
Rignot, E., Velicogna, I., Van den Broeke, M. R., Monaghan, A. and Lenaerts, J. (2011).
Acceleration of the contribution of the Greenland and Antarctic ice sheets to sea level
rise, Geophysical Research Letters, 38(5), L05503.
Slangen, A. B. A., Katsman, C. A., van de Wal, R. S. W., Vermeersen, L. L. A. and Riva, R. E. M.
(2011). Towards regional projections of twenty-first century sea-level change based on
IPCC SRES scenarios. Climate Dynamics, pp. 1–19, doi:10.1007/s00382-011-1057-6.
Vasskog, K., Drange, H. and Nesje, A. (2009). Havnivåstigning. Estimater av framtidig
havnivåstigning i norske kystkommuner. Revidert utgave 2009. Det nasjonale
klimatilpasningsekretariatet ved Direktoratet for samfunnssikkerhet og beredskap.
Vestøl, O. (2006). Determination of postglacial land uplift in Fennoscandia from leveling,
tide-gauges and continuous GPS stations using least squares collocation. Journal of
Geodesy, 80, pp. 248–258.
12