Vad bör räknas till Arktis?

Det är väl etablerat att Arktis värms betydligt snabbare än Jorden som helhet, men hur mycket? Ett vanligt påstående är att det sker ungefär dubbelt så snabbt, men är det korrekt?

Researchers have long known the world warms faster in the far north, because of a phenomenon known as Arctic amplification. The drivers of amplification include increased solar heating, as dark ocean water replaces reflective sea ice, along with occasional intrusions of tropical heat, carried to the Arctic by “atmospheric rivers,” narrow parades of dense clouds that drag water vapor northward.

Vad som ska räknas till Arktis? Hittills har man utan djupare genomfundering delat in avståndet mellan pol och ekvator i tredjedelar, allt ovan 60° nordlig latitud (ungefär Uppsala) har då slentrianmässigt hänförts till Arktis. Jordens lutning mot banplanet runt Solen har en avgörande inverkan på klimatet som råder i Arktis och därför är Polcirkeln [1] på ≈ 66,6° en logiskt motiverad gräns för Arktis. En annan är norr om isotermen för 10° medeltemperatur i juli. [2]

Två definitioner av Arktis utbredning. Norr om isotermen för 10 graders medeltemperatur i juli (Röd heldragen linje) eller Norr om polcirkeln (Blå streckad linje).

The researchers found Arctic warming has been underestimated for a couple of reasons. One is climate scientists’ tendency to chop each hemisphere into thirds and label the area above 60°N as the “Arctic”—an area that would include, for example, most of Scandinavia. But the true definition of the Arctic is defined by Earth’s tilt. And, as has been known for centuries, the Arctic Circle is a line starting at 66.6°N. When researchers lump in the lower latitudes, “you’re diluting the amount of Arctic warming you’re getting,” Jacobs says. “That is not a trivial thing.”

Genom att räkna in marginalområdet mellan 60° och Polcirkeln späds den Arktiska uppvärmningen ut kraftigt, nästan halveras.

https://www.science.org/content/article/arctic-warming-four-times-faster-rest-world


[1] https://sv.wikipedia.org/wiki/Polcirkel

[2] https://sv.wikipedia.org/wiki/Arktis

Hyfsat kallt väder idag

Betyder det att en ny istid är på gång? Njä, riktigt så snabba slutsatser ska vi nog inte dra.

Väder med kyla, värme, nederbörd, torka, vindar och annat är förhållandevis kortvariga utfall som beror på många faktorer varav årstiden är en.

Klimat, å andra sidan, är medeltal av samma faktorer sett över 30 år eller längre tid.

Temperaturavvikelse på 2 meters höjd: https://climatereanalyzer.org/wx/DailySummary/#t2anom

Bilden visar avvikelser i temperatur på 2 meters höjd, blå fält är kallare än normalt, röda är varmare. Norden och de Baltiska länderna är rejält kallare just nu medan Grönland och norra Canada är betydligt varmare. Arktis är 1,1 °C varmare och Jorden som helhet 0,4 °C varmare än normalt. Det matchar tumregeln att polartrakterna värms tre (3) gånger mer.

Bilden härunder illustrerar vad det kan bero på, den varma luften som tränger upp genom Nordatlanten, mellan Island och Norge och ända till Novaja Zemlja. Den tränger undan Arktisk kyla som hamnar hos oss och andra ‘blå’ platser på den övre bilden.

Temperatur på 2 meters höjd: https://climatereanalyzer.org/wx/DailySummary/#t2

Om och när detta vädermönster upprepas tillräckligt många år förändras klimatet. Någon nära förestående istid är det alltså inte fråga om.

En spricka i Arktis ispansar

Under andra halvan av Maj 2020 bör istjockleken vara nära sitt maximum, ändå skedde detta.

A new study documents the formation of a 3,000-square-kilometer rift in the oldest and thickest Arctic ice. The area of open water, called a polynya, is the first to be identified in an area north of Ellesmere Island, Canada’s northernmost island, and is another sign of the rapid changes taking place in the Arctic, according to researchers.

Källa Phys.org – 14/10 -21
Enligt studien var istjockleken i området 3,5 meter eller mer.

Händelsen berodde på kraftiga vindar runt ett intensivt högtryck (1). De lyckades driva isär den tjocka isen under ett par veckor.

Mer information: G. W. K. Moore et al, First Observations of a Transient Polynya in the Last Ice Area North of Ellesmere Island, Geophysical Research Letters (2021). DOI: 10.1029/2021GL095099


[1] En orkan är när atmosfären rör sig moturs (norra halvklotet!) runt ett intensivt lågtryck. Vid ett högtryck (anti-cyclone) går vindarna medurs. https://en.wikipedia.org/wiki/Anticyclone

Förskjutningar i Jordens energiförråd

Jordens kortsiktiga väder och långsiktiga klimat beror av in- och utgående energiflöden, omfördelning mellan kortsiktiga energilager samt långsiktiga förråd.

Solen står för inkommande energi. Den domineras av UV och synligt ljus. När det synliga ljuset når mark och vatten (flytande men även vattengas, moln samt snö och is) kommer delar att reflekteras ganska opåverkat (därför kan vi se fotografier av Jorden tagna från rymden).

Resten absorberas varvid strålningens frekvens sjunker avsevärt till IR-området (värme). Denna kan användas, lagras eller stråla vidare ut via atmosfären till rymden.

Värmeenergi kan omfördelas via strålning, ledning och konvektion. I praktiken sker det bland annat via vattenströmmar i hav, avdunstning av vatten till atmosfär och moln som med vindar kan färdas avsevärda sträckor och bilda nederbörd, ibland på betydligt högre belägna platser.

Snö och is representerar värme med låg temperatur. När vatten kristalliserar (fryser) kommer avsevärda mängder värmeenergi att avlägsnas. När nollgradig is smälter åtgår lika mycket energi som för att värma samma massa (‘vikt’) nollgradiga vatten till +80°! Snö och is utgör därför stora förråd av koncentrerad ‘lågtemperaturenergi’ som aktivt påverkar både väder och klimatet.

Review article: Earth’s ice imbalance Thomas Slater et al.

Abstract

We combine satellite observations and numerical models to show that Earth lost 28 trillion tonnes of ice between 1994 and 2017.

Arctic sea ice (7.6 trillion tonnes), Antarctic ice shelves (6.5 trillion tonnes), mountain glaciers (6.1 trillion tonnes), the Greenland ice sheet (3.8 trillion tonnes), the Antarctic ice sheet (2.5 trillion tonnes), and Southern Ocean sea ice (0.9 trillion tonnes) have all decreased in mass.

Just over half (58 %) of the ice loss was from the Northern Hemisphere, and the remainder (42 %) was from the Southern Hemisphere. The rate of ice loss has risen by 57 % since the 1990s – from 0.8 to 1.2 trillion tonnes per year – owing to increased losses from mountain glaciers, Antarctica, Greenland and from Antarctic ice shelves.

During the same period, the loss of grounded ice from the Antarctic and Greenland ice sheets and mountain glaciers raised the global sea level by 34.6 ± 3.1 mm. The majority of all ice losses were driven by atmospheric melting (68 % from Arctic sea ice, mountain glaciers ice shelf calving and ice sheet surface mass balance), with the remaining losses (32 % from ice sheet discharge and ice shelf thinning) being driven by oceanic melting.

Altogether, these elements of the cryosphere have taken up 3.2 % of the global energy imbalance.

Citat ur fulltexten som finns här: https://tc.copernicus.org/articles/15/233/2021/

För att underlätta läsning av det faktaspäckade citatet har jag glesat ut den till kortare stycken. Tonnes är samma som 1000 kg.

Arktis som Norra halvklotets AC under sommaren.

Avsmältningen av Arktis ismassa beskrivs vanligen och korrekt i termer av hur mycket värmeenergi som krävs. Jag funderar på hur den fungerar som luftkonditionering under sommaren i våra trakter. Läs eller skumma igenom citatet nedan så blir det lättare att följa mitt resonemang.

It takes energy to melt sea ice. How much energy? The energy required to melt the 16,400 Km3 of ice that are lost every year (1979-2010 average) from April to September as part of the natural annual cycle is about 5 x 1021 Joules. For comparison, the U.S. Energy consumption for 2009 (www.eia.gov/totalenergy) was about 1 x 1020 J. So it takes about the 50 times the annual U.S. energy consumption to melt this much ice every year. This energy comes from the change in the distribution of solar radiation as the earth rotates around the sun.

To melt the additional 280 km3 of sea ice, the amount we have have been losing on an annual basis based on PIOMAS calculations, it takes roughly 8.6 x 1019 J or 86% of U.S. energy consumption.

http://psc.apl.uw.edu/research/projects/arctic-sea-ice-volume-anomaly/
Under perioden 1980 – 2020 (40 år) sjönk isvolymen från 25.000 km3 till 13.000 km3. I citatet ovan utgår man från 280 km3 per år.

Isen i Arktis omsätts säsongmässigt, 16,400 km3 smälter och nästan allt återfryser varje år. ‘Nästan’ är ett försiktigt ord, i siffror blir underskottet i genomsnitt 280 km3 per år. Det motsvarar värmeenergin 8.6 x 1019 J [1] eller 86% of USA:s årliga energiförbrukning.

Runt Jorden på cirka 10 km höjd rör sig jetströmmar i hög hastighet. De fungerar ungefär som de luftslussar varuhusen tidigare använde i entréerna när det var kallt. Jetströmmen skiljer polarkyla från värme närmare ekvatorn. En del av temperaturskillnaden utgör också dess drivkraft, Corioliseffekten [2] gör att jetströmmen rör sig i huvudsak tvärs mot tryckdifferensen.

Skärmbilden är tagen 210731 strax efter 14.00. Länken visar hur det ser ut när du klickar på den. Grafiken gäller på den höjd där lufttrycket är ungefär 1/4 av det vid havsytan, cirka 10-11 km upp. https://earth.nullschool.net/#2021/07/31/0300Z/wind/isobaric/250hPa/orthographic=4.15,87.44,393/loc=7.543,51.565

När temperaturskillnaden minskar gör drivet det också. Det blir lite som att cykla långsamt, man vinglar medan jetströmmen bildar vågor, meandrar. Ibland kommer jetströmmen i resonans med sig själv runt Jorden och vågorna ‘fastnar’. Vädret kan då bli väldigt stabilt under lång tid, likt den hetta och torka som hemsökt den amerikanska västkusten de senaste veckorna.

Då ‘sommaruttagen‘ överstiger ‘vinterinsättningarna‘ minskar på sikt den Arktiska köldreserven, polarjetströmmen påverkas negativt. Det ökar sannolikheten för låsningar i vädersystemen och vi (Jorden) upplever oftare extremare väder i form av hetta, torka, köld, vindar och regn. Lite som vädret varit sedan årsskiftet.


[1] 1 Joule (J) motsvarar 1 Ws (1Watt under 1 sekund). För den som är van vid kalorier (egentligen kcal, alltså 1000 cal) i samband med mat så motsvarar de 4184 J

[2] ”Luften inuti högtryckssystem roterar i en sådan riktning att corioliskraften riktas radiellt inåt och nästan balanseras av den utåt radiellt riktade tryckgradienten. Som ett resultat, färdas luften medurs runt högtryck på norra halvklotet och moturs på södra halvklotet. Luft inuti lågtryckssystem roterar i motsatt riktning, så att corioliskraften är riktad radiellt utåt och nästan balanserar en inåt radiellt riktad tryckgradient.” https://sv.wikipedia.org/wiki/Corioliseffekten

Ibland är vädret varmt, ibland kallt.

Den kyla vi nu (slutet Februari – början Mars 2021) upplever på ovanliga latituder beror sannolikt inte på en annalkande istid utan svagare polarjetströmmar. Vanligen håller den ”frysdörren” runt Arktis stängd men som det nu är glappar den. Resultatet blir att den Arktiska ismassan under vintern blir något ”okallare” och tål den efterföljande sommarvärmen sämre. Arktiska Oceanens istäcke blir mindre och sommartid kommer allt större yta att förlora sin reflekterande [1] yta och ersätts med öppet vatten som girigt tar till sig värmestrålning.

En så kort beskrivning är lätt att greppa men förenklingar är längre från ”sanningen” än de som innefattar fler parametrar.

Jetströmmar på hög höjd (>> 10 – 15 km) löper i huvudsak mot öster och drivs av temperaturdifferensen mellan arktisk kyla och värme närmare ekvatorn. Under sommarhalvåret dominerar värmen söderut, jetströmmen och den åtföljande polarfronten (det jag kallade ”frysdörren” här ovan) drar sig norröver.

https://earth.nullschool.net/#current/wind/isobaric/10hPa/orthographic=-345.59,91.91,404

När temperaturdifferensen minskar blir jetströmmen långsammare och likt en långsam cyklist börjar den ”vingla”, bilda vågor. Ibland kommer dessa vågor i resonans (ett helt antal vågor som ligger i fas runt Jorden) vilket gör dem förhållandevis stationära.

När en sådan stationär våg transporterar ner kalla vindar över Sverige (eller Texas som det var för några veckor sedan) kommer varm luft att strömma in över Arktis via någon annan våg. Nettosumman blir att Arktis över tid värms upp.

Arktiska Oceanens volym av flytande is ​för varje månad 1979 - 2017.
Arktiska Oceanens volym av flytande is för varje månad 1979 – 2017.

En konsekvens av ett varmare [2] Arktis är att ”köldcentrum” gradvis flyttas närmare Grönland när havsisen smälter undan. Polarjetströmmen får sin huvudsakliga riktning av Corioliseffekten [3] som centrerar runt Jordens rotationsaxel.

Framöver får vi räkna med att dessa två faktorer kommer i viss konflikt med varandra och polarjetströmmen redan från start är ”vågig”. Sannolikt kommer därför vädret i våra trakter att kännetecknas av större variationer i både temperatur, nederbörd och vind.

På lägre höjd påverkas atmosfären av värme från hav och mark inklusive bergskedjor, till och med enskilda berg. Jetströmmen skiktas därför i höjdled och på lägre höjd [4] splittras de i mindre delar som ger lokal påverkan, det vi kallar väder.

Även detta är starkt förenklat och gör inte anspråk på att vara ”sant”, framför allt inte i det korta väderperspektivet.


[1] Albedo är ett mått på reflektionsförmåga. Vit snö har högt albedo (0.4 – 0.95) medan vatten har lågt (mitt på dagen 0.03 – 0.1, morgon och kväll 0.1 – 1). Som jämförelse har Månen 0.07 – 0.12, ungefär som sliten asfalt.

[2] Värme (och kyla) är beroende av temperatur men orden är ändå inte ekvivalenta. Temperatur i en gas, vätska eller fast materia är ett medelvärde av enskilda atomers/molekylers kinetiska (rörelse-) energi. Värme, å andra sidan, är summan av alla atomers/molekylers kinetiska energi.

[3] https://sv.wikipedia.org/wiki/Corioliseffekten

[4] Atmosfär och hav lagrar och fördelar värme. Detta sker som vindar och strömmar i alla fyra dimensioner (tid är en dimension!)

2020: Arktis näst minsta isarea efter 2012

This year’s Arctic sea ice cover shrank to the second lowest extent since modern record-keeping began in the late 1970s.

Källa: https://climate.nasa.gov/news/3023/2020-arctic-sea-ice-minimum-at-second-lowest-on-record

Isutbredningen innefattar områden med minst 15% is. Ytterkanten av isytan på bilden nedan är alltså ända upp till 85% vatten! Om ytan stadigt krymper år efter år finns goda skäl att även isens massa minskar.

Den färgade linjen markerar medianen [1] för minsta isutbredning under 1981 – 2010

Arctic sea ice reached its annual summer minimum extent on Sept. 15, the second lowest minimum on record. Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center

“It was just really warm in the Arctic this year, and the melt seasons have been starting earlier and earlier,” said Nathan Kurtz, a sea ice scientist at NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. “The earlier the melt season starts, the more ice you generally lose.”

Thin ice also melts quicker than thicker floes. Dramatic drops in sea ice extent in 2007 and 2012, along with generally declining summer extent, has led to fewer regions of thick, multi-year ice that has built up over multiple winters. In addition, a recent study showed that warmer water from the Atlantic Ocean, which is typically deep below the colder Arctic waters, is creeping up closer to the bottom of the sea ice and warming it from below.


OBS: Då jag använder en gratisversion av WordPress kommer det att finnas annonser som snyltar på mina bloggar och läsare.

[1] Medianen är ett värde där halva antalet observationer ligger över och andra halvan under.

Related link: https://nsidc.org/arcticseaicenews/2020/09/arctic-sea-ice-decline-stalls-out-at-second-lowest-minimum/