Om IPCC och havsnivåer – stiger vattnet oss över huvudet?

En ny kontrovers med IPCC i centrum kan vara under uppsegling, om än inte uppmärksammat på tidningarnas förstasida. Den här gången är det däremot inte den uttjatade laguppställningen “klimatskeptiker” vs “forskare”, med McIntyre et al i ena ringhörnan och CRU i den andra som gäller, utan en av författarna till IPCCs senaste rapport som protesterar i sann skeptisk anda. Skepticism är som bekant inte en ståndpunkt i en viss fråga, utan en metod och ett sätt att värdera argument och forskningsresultat (och bristen på sådana) både hos sig själv och hos andra. Därmed inte sagt att den som protesterar alltid har rätt. Men nog om detta, och till sakfrågan.

IPCC anger i AR4, WG1 2007 att den förväntade höjningen av havsnivån fram till 2100 kommer att ligga inom intervallet 18 – 59 cm (se tabell i Summary for Policy Makers). För den flitige läsaren av klimatrelaterade källor är det ingen nyhet att detta innebar en sänkning av IPCCs prognos för högsta höjning av havsytan med 29 cm jämfört med den föregående IPCCrapporten från 2001, Third Assesment Report (TAR). Sänkningen som vållade visst rabalder och sedermera diskuterades på Realclimate, var ett resultat av att man tog bort de så kallade dynamiska responserna ur projektionerna [1]. Detta minskade radikalt den beräknade avsmältningshastigheten hos Grönlands glaciärer. Antarktis beräknade ismassaförändring påverkades däremot inte eftersom man inte räknat med dynamiska responser där i förra versionen heller.

Men, om frågan om de dynamiska responsernas vara och icke vara är något av gammal skåpmat så är nu en ny fråga på tapeten:

Stefan Rahmstorf, forskare vid Potsdam Institute for Climate research, en av författarna till förra IPCCrapporten (WG1), och tillika skribent på Realclimate, har nämligen fått nog av vad han menar är IPCCs medvetna underskattningar av framtida höjning av havsytan och slagit näven i bordet med blogginlägget Sealevelgate. Rahmstorf menar att IPCCs siffra på max 59 cm havsnivåhöjning fram till 2100 är en underskattning av högstanivån på mer än 20 cm. 15 av dessa centimeter kommer av att havsnivåhöjningarna har beräknats från temperaturscenarier med en maximal temperaturhöjning på 5.2 ºC, när IPCCs intervall för temperaturhöjning sträcker sig ända till 6.4 ºC. Ytterligare 5 cm underskattning kommer av att höjningen av havsnivån bara är beräknad fram till år 2095 istället för till år 2100. Det riktigt stora problemet är att om man ser på de senaste 40 årens havsnivåhöjning så har enligt IPCCrapporten den uppmätta havsnivån stigit 50 % mer än vad modellerna förutsagt, men ändå används samma modeller för att beräkna framtida nivåer, utan korrigering. Detta skulle alltså innebära ytterligare en kraftig underskattning av havsnivån 2100. Slutligen indikerar modellerna att Antarktis glaciärer kommer att växa framöver tack vare ökad nederbörd till följd av uppvärmningen, och i IPCCs rapport (AR4, WG1, s 821) räknar man med att detta skulle bidra till en sänkning av havsnivån. Rahmstorfs invändning mot det sistnämnda är att det inte finns något stöd för en sådan effekt i historiska data [2].

Beräkning av havsnivån 1990-2100 enligt Vermeer och Rahmstorf, jämfört med IPCCs rapporterade värden i AR4. Röda data är observerad havsnivå.

Hämtat ur Vermeer & Rahmstorf 2009 (PNAS)

Varför spretar projektionerna då så mycket? En anledning är att mätresultaten som finns att tillgå har stora osäkerheter. Det finns två typer av mätningar av havsnivån: satellitmätningar som sträcker sig från 1993 och framåt, och tidvattenmätare som funnits sen slutet av 1800-talet men som anses ge någorlunda säkra mätningar först från 1961 och framåt. Tidvattenmätningarna är behäftade med ganska stora systematiska osäkerheter som kommer av att de mäter sträckan mellan botten och vattenytan. Faktorer som sedimentation får därmed stor inverkan, men även att stationerna har flyttats. Tidvattenmätarna ger en havsnivåhöjning på 1.8 +/- 0.5 mm per år för tiden 1961-2003. Detta stämmer någorlunda väl överens med modellerna, men inte med den observerade avsmältningen av is i polarområdena. Satellitmätningarna däremot, behäftade med egna osäkerheter som bland annat kommer av att det ligger en hel atmosfär mellan satelliten och havsytan, ger en ökning på 3.1 +/- 0.7 mm per år för tiden 1993-2003.

Förändring i havsnivån från 1970. Det grå fältet är projektionerna som rapporterades i IPCCs TAR från 2001. Från the Copenhagen Diagnosis, sid 39.

Rahmstorfs invändning att modellerna tydligt underskattar den uppmätta höjningen av havsnivån fanns med redan i The Copenhagen Diagnosis från i höstas (se nedan) utan att leda till någon större uppståndelse. När det gäller diskrepansen mellan maxtemperaturen hos de scenarier som används för modellering av havsnivån och maxtemperaturen som används hos övriga scenarion som rapporteras av IPCC kan man nog förvänta sig att det kommer att vara åtgärdat i nästa rapport som kommer 2013. Anledningen till att resultaten från modellkörningar med lägre temperatur och kortare tidsperiod alls är med, är att de var de modelleringsresultat som fanns att tillgängliga när rapporten skrevs, och forskningen har naturligtvis inte stannat där. Om Rahmstorfs protester får någon praktisk konsekvens återstår alltså att se, vilket inte gör det mindre viktigt att uppmärksamma frågan.

I väntan på detta kommer här en kort sammanfattning av vad som hänt på havsnivåhöjningsfronten sen sista IPCCrapporten:

Ett av de viktigare sammanfattande dokumenten är Copenhagen Diagnosis CD (n.b. att Rahmstorf står som huvudförfattare till en av de artiklar som citeras i CD). Dokumentet utgjorde underlag till COP15 i Köpenhamn, och är en halvtidsuppdatering av forskningsläget mellan senaste och nästkommande IPCCrapport. Uppsalainitiativet bloggade så klart.

Kontentan i CD var att den uppmätta höjningen av havsnivån för åren 1993-2008, de vill säga från det att det finns satellitmätningar att tillgå, är 3.4 mm/år. Detta stämmer överens med den observerade nettoavsmältningen från Grönland och Antarktis, men är 80 % högre än förväntat i IPCCrapporten Third Assesment Report (TAR) från 2001, där 1.9 mm/år angavs som bästa uppskattning för tidsperioden. Detta gällde alltså mätningar av havsnivån, modellerna som används i AR4 från 2007 indikerar fortfarande i stort sett samma ökningstakt (inom 10 %) som i TAR från 2001.

Ett antal peer-reviewade artiklar har förstås också publicerats, och här följer ett axplock av sådana som inte citerades i Copenhagen Diagnosis. [Text inom hakparentes är mina kommentarer].

Pritchard et al rapporterade i Nature att man med högupplösta satellitmätningar detekterat både snabb och långsam förflyttning av is [dvs. dynamiska responser], längs kanterna av både Grönlands och Antarktis ismassor. De beräknar att uttunningen av ismassorna tack vare dynamiska responser nu sker på alla latituder på Grönland, och även på vissa ställen i Antarktis. [Det verkar alltså här som om man bör plocka in dynamiska responser i nästa IPCCrapport]

Förändring i markytans (dvs. istäckets) höjd för perioden 2003-2007 (meter per år) på Grönland och Antarktis. Från Pritchard et al 2009 (Nature)

Velicogna rapporterar i Geographical Research Letters att avsmältningen [3] ökade i hastighet både på Grönland och på Antarktis under tidsperioden april 2002 till februari 2009. På Grönland ökade avsmältningshastigheten från 137 gigaton is per år 2002-2003, till 286 gigaton per år för 2007-2009, dvs. en ökning med 30 +/-11 gigaton per år för perioden 2002-2009. I Antarktis ökade avsmältningshastigheten med 26 +/- 14 gigaton/år för tiden 2002-2009, så på Antarktis smälter numer (2006-2009) 246 gigaton is bort per år. [Att hastigheten ökar skulle alltså innebära att ismassornas tillförsel av vatten till världshaven ökar med tiden, vilket pekar mot en ytterligare underskattning av havsnivån 2100.]

Förändring i total ismassa på Grönland för perioden april 2002 till februari 2009 (övre figuren), och motsvarande förändring för Antarktis (nedre figuren). Blå linje ofiltrerade data, röd linje flytande medelvärde för 13 månader (för att ta bort säsongsvariationer), grön linje är medelvärde beräknat med minstakvadratmetoden.
Figurer hämtade i Velicogna 2009 (Geophysical Research Letters)

Avslutningsvis så rapporterar Milne et al i Nature Geoscience att vid en genomgång av befintlig litteratur (review-artikel) fann man att majoriteten av tillgängliga studier föreslår att medelvärdet för höjningen av havsnivån kommer att bli mindre än 1 meter fram till 2100. Däremot kan höjningen skilja sig med flera decimeter beroende på var man mäter, höjningen av havsnivån kommer alltså inte att bli lika stor överallt. Milne et al föreslår därför att en viss del av den framtida forskningen bör fokusera på att skapa bättre förståelse för mekanismerna för var och hur dessa spatiala skillnader kommer att återfinnas, så att man kan identifiera högriskområden för extrem höjning av havsnivån.

Havsnivån påverkas av flera olika faktorer, vilket gör att havsytan höjs mer på vissa ställen, och till och med sänks på andra (figur a). De viktigaste faktorerna idag är tillförsel av vatten från smältande polarisar (figur b) och förändring i vattnets i densitet på grund av temperaturförändringar (figur c). Högerklicka för att öppna bilden i större format.

Ofta när man pratar om havsnivåförändringar tänker man sig att förändringen sker jämnt fördelat över jordytan, till exempel när man säger att Grönlands istäcke innehåller tillräckligt mycket vatten för att höja nivån med 7 m (vilket inte kommer att ske i brådrasket). I verkligheten är det mer komplicerat än så. När man mäter med satellit mäter man havsnivåns höjd relativt jordens centrum, och då måste man ta hänsyn till (isostatisk) deformering av den solida planeten och till att gravitationen och jordens rotation påverkar fördelningen av vatten och att denna förändras när is blir vatten och tvärt om.

Figur b visar modellerade resultat över hur avsmältning av Grönland (ovan) och avsmältning av västra Antarktis (nedan) skulle påverka havsnivån vid en smältningstakt som skulle resultera i en medelhöjning av havsytan på 1 mm per år. Största höjningen sker alltså på andra sidan jorden, sett från avsmältningsområdet, medan havsnivån sänks i närområdet.

Figur c visar havsnivåns medelförändring över tiden 1950-2003, uppskattad från den mätta temperaturen i haven.

Bild och text från Box 1 i Milne et al 2009 (Nature Geoscience)

Fotnoter

[1] De dynamiska responserna innefattar alla förändringar i ismassa som inte direkt kan kopplas till den uppmätta temperaturen eller nederbördsmängden. En av de mer citerade artiklarna i ämnet dynamiska responser (209 citeringar i dagsläget) är ett Letter to Science från 2002 av Zwally et al där man föreslår en mekanism för en dynamisk respons som skulle kunna öka avsmältningshastigheten högst väsentligt: Smältvatten från glaciärens yta skulle leta sig ner till marknivån och fungera som smörjmedel mellan markytan och isen. Detta får isen att ”flyta” ut mot havet och därmed öka takten på avsmältningen så att den blir högre än vad man kan vänta sig enbart med ledning av temperatur- och nederbördsförändringar. Den ökade avsmältningshastigheten leder naturligtvis till snabbare höjning av havsnivån.

[2] En möjlig förklaring kan vara att dynamiska responser historiskt sett har trumfat över nederbördsökningen, vilket lett till en nettoförlust av is.

[3] Gäller avsmältningen av total ismassa, dvs. inte att isen bara drar sig tillbaka vilket inte nödvändigtvis betyder att ismassan minskar i storlek.