Klimateffekter - framtidens vatten

För Sveriges del pekar klimatscenarierna på att det blir varmare, framför allt på vintern och i norr, samt att kalla dagar påverkas mest. Det blir mer nederbörd, framförallt i väster och norr, skyfallen blir intensivare och havet stiger. Men osäkerheterna i beräkningarna är stora och det är oklart vad effekterna blir på framtidens vatten. SMHIs Hydrologiska forskning studerar hur en framtida klimatförändring kan påverka vattentillgång och flödesdynamik i vattendrag.

Ser vi trender i mätserierna?

De ökande temperaturer som observerats i Sverige under de senaste decennierna har satt tydliga avtryck också på Sveriges hydrologi (Figur 1). Högre vintertemperaturer har lett till större tillrinning vintertid samt en mindre vårflod, beroende på ett tunnare snötäcke.
 

Klimat_FoUh
Figur 1. Beräknad genomsnittlig årlig tillrinning till Vänern under perioderna 1961-1990 och 1991-2008.
Förstora Bild

Om man däremot studerar en längre tidsperiod är det svårt att se någon tydlig trend i vattnets avrinning, även om det finns trender i nederbörd och temperatur (Figur 2). Det är alltså svårt att fastlägga hur klimatet har påverkat vattenbalansen historiskt och ännu svårare att göra bedömningar för framtiden.
 

Klimateffekter_fig2_2013
Figur 2. Avvikelser (från 1961-90) i observerad temperatur, nederbörd och avrinning, medelvärden för hela landet, 1901-2010 ( från Lindström, 2011).
Förstora Bild

Modeller för framtidens hydrologi

För att bedöma framtidens hydrologi används hydrologiska beräkningsmodeller (t ex HYPE eller HBV) med indata, främst temperatur och nederbörd, från framtida klimatprojektioner beräknade med globala (GCM) och regionala (RCM) klimatmodeller (Figur 3). 
 

Nedskalning av klimatmodelldata för hydrologisk modellering
Figur 3. Schematisk bild av olika vägar för nedskalning av data från en global klimatmodell (GCM) via regional klimatmodell (RCM) och statistiska metoder till hydrologisk modellering.
Förstora Bild

De olika klimatmodellerna ger dock olika signaler och det finns problem med att omsätta resultaten direkt i de hydrologiska modellerna. Effektstudier är dessutom ofta relaterade till dagens klimat och detta kan vara ett problem eftersom klimatmodellerna representerar ett statistiskt klimat och inte det observerade. Inom SMHIs hydrologiska forskning försöker man därför förbättra kopplingen mellan klimatmodeller och hydrologiska modeller i samarbete med Rossby Centre.

Dessutom är det oklart om de olika antagandena i de hydrologiska modellerna verkligen gäller även i ett framtida klimat och hur andra faktorer kan ändras samtidigt som påverkar framtidens vatten, t.ex. markanvändning eller vattenhantering. Detta är aktuella vetenskapliga problem för de hydrologiska forskarna att reda ut.

Effekter på storskaliga mönster

Klimatmodellernas resultat används av hydrologerna för beräkningar av vattencykeln i modellsystem som täcker stora geografiska områden. På så sätt kartläggs effekter på vattentillgång och storskaliga variationsmönster.

Många olika variabler analyseras, såsom medelavrinning, extremt höga eller låga flöden, grundvattenvariation, snötillgång och markfuktighet. Förändringar över stora regioner analyseras med relativt hög upplösning. Beräkningar finns tillgängliga i webprodukter för Sverige och Europa, samt för andra delar av världen från olika forskningsprojekt.

Effekter för vattnets kvalitet

Vattenstatus beror på utsläpp av föroreningar men även på biogeokemiska processer, vattnets mängd och flödesvägar. De senare påverkas av temperatur och nederbörd som kan ändras i framtidens klimat.

Med hjälp av beräkningsmodeller studeras hur vattenkvalité och transport av föroreningar kan ändras i framtiden och vilka osäkerheter som finns i dessa beräkningar.

I samband med övergödningsproblem studeras även hur effektiva olika åtgärder är för att minska läckage av kväve och fosfor i dagens och framtidens klimat, bl.a. har HELCOMs Baltic Sea Action Program (BSAP) utvärderats för ett antal klimatprojektioner inom projektet ECOSUPPORT.

Effekter på stadens dagvatten

Dagens regionala klimatmodeller har normalt en rumslig upplösning på c:a 25×25 km, vilket är för grovt för vissa hydrologiska tillämpningar. Till exempel i städer där avrinningsområdena är små (~1 km²) och översvämningsproblem ofta orsakas av lokal intensiv nederbörd såsom åskskurar. I dessa fall krävs också en hög tidsupplösning för att beskriva de snabba flödesförloppen.

I olika forskningsprojekt utvecklas metodik för att statistiskt skala ned klimatmodellernas resultat ytterligare till den lokala skala som krävs. I samarbete med städer och kommuner (t.ex. Stockholm, Göteborg och Arvika) testas metodiken i fallstudier för att bedöma framtida klimateffekter (Figur 4) och utvärdera effekten av anpassningsåtgärder.
 

FoUH_klimat_fig3
Figur 4 Framtida beräknad bräddning av orenat dagvatten till Saltsjön i två klimatprojektioner (M, H) jämfört med dagens volym (referens).

Fler eller färre skogsbränder?

Risken för skogsbrand är nära kopplad till ett områdes hydrologi och ofta används hydrologiska modeller som ett verktyg för denna riskbedömning. Dock behövs också annan information som normalt inte används i hydrologisk modellering, såsom vindhastighet och luftfuktighet. För klimateffektstudier har metodik utvecklats för att från klimatmodeller skapa skräddarsydda indata till brandriskmodeller.

Internationellt samarbete

SMHI deltar i ett flertal internationella projekt som på olika sätt bidrar till forskning och utveckling kopplad till klimatet. Inom EU-projekt studeras olika typer av klimateffekter i olika regioner, t.ex. runt Östersjön, eller i fallstudier spridda över Europa.

Så kallade ”climate services” utvecklas, som syftar till att öka tillgängligheten till och användbarheten av klimatmodellresultat för effektstudier på regional eller lokal skala.

Samarbeten finns i andra världsdelar såsom Afrika, Arktis, Asien och Sydamerika, vilket ger värdefull kunskap om global utveckling och hydrologisk modellering i olika klimatregioner, som också kan vara användbar i framtida effektstudier för Sverige.

Referenser

  • Andersson, L., Wilk, J., Graham, P., Warburton, M., 2009. Local assessment of vulnerability to climate change impacts on water resources in the Upper Thukela River Basin, South Africa – Recommendations for adaptation. SMHI Rep. Climatology No 1, September 2009. SMHI, Norrköping, Sweden. ISSN 1654-2258, 47 pp.
  • Andersson, L., Samuelsson, P. and Kjellström, E., 2011. Assessment of climate change impact on water resources in the Pungwe river basin. Tellus, 63A(1), 138-157. DOI: 10.1111/j.1600-0870.2010.00480.x
  • Andréasson, J., Bergström, S., Carlsson, B., Graham, P.L., Lindström, G. (2004) Hydrological change - climate change impact simulations for Sweden. Ambio, 33:4-5.
  • Andréasson, J., Hellström, S-S., Rosberg, J. och Bergström, S. (2007). Översiktlig kartpresentation av klimatförändringars påverkan på Sveriges vattentillgång – Underlag till Klimat- och sårbarhetsutredningen. SMHI Hydrologi, nr 106, Norrköping.
  • Arheimer, B., Andréasson, J., Fogelberg, S., Johnsson, H., Pers, C.B. and Persson, K. 2005. Climate change impact on water quality: model results from southern Sweden. Ambio 34(7):559-566.
  • Arheimer, B., Dahné J., and Donnelly, C. 2012. Climate change impact on riverine nutrient load and land-based remedial measures of the Baltic Sea Action Plan. Ambio 41 (6):600-612.
  • Dahné, J., Donnelly, C, and Olsson, J. (2013). Post-processing of climate projections for hydrological impact studies: how well is the reference state preserved? Proceedings of H01, IAHS-IAPSO-IASPEI Assembly, Gothenburg, Sweden, July 2013. IAHS Publ. 359
  • Donnelly, C., Arheimer, B., Bosshard, T. and Pechlivanidis, I. 2013. Uncertainties beyond ensembles and parameters – experiences of impact assessments using the HYPE model at various scales. Proceedings ImpactsWorld 2013. International Conference on Climate Change Effects. (in press)
  • Donnelly, C. Dahne, J. and Yang, W. 2013. River Discharge to the Baltic Sea in a Future Climate. Climatic Change (accepted with major revisions, May 2013)
  • Donnelly, C., Strömqvist, J. and Arheimer, B. 2011. Modelling climate change effects on nutrient discharges from the Baltic Sea catchment: processes and results. IAHS Publ. 348:145-150.
  • Graham, L.P., Andréasson, J. and Carlsson, B., 2007. Assessing climate change impacts on hydrology from an ensemble of regional climate models, model scales and linking methods - a case study on the Lule River Basin . Climatic Change 81, 293-307.
  • Graham, L. P., Olsson, J., Kjellström, E., Rosberg, J., Hellström, S.-S. & Berndtsson, R. 2009: Simulating river flow to the Baltic Sea from climate simulations over the past millennium. Boreal Env. Res. 14: 173–182.
  • Hellström, S. & Lindström, G. (2008) Regional analys av klimat, vattentillgång och höga flöden. SMHI Rapport Hydrologi nr 110.
  • Olsson, J., Berggren, K., Olofsson, M., Viklander, M. (2009) Applying climate model precipitation scenarios for urban hydrological assessment: A case study in Kalmar City, Sweden. Atmospheric Research 92:364-375.
  • Olsson, J., Dahné, J., German, J., Westergren, B., von Scherling, M., Kjellson, L., Ohls, F., and A. Olsson (2010) En studie av framtida belastning på Stockholms huvudavloppsnät, SMHI Reports Climatology No 3, SMHI, SE-601 76 Norrköping, 42 pp.
  • Olsson, J., Yang, W., Graham, L.P., Rosberg, J., and J. Andréasson (2011) Using an ensemble of climate projections for simulating recent and near-future hydrological change to Lake Vänern in Sweden, Tellus, 63A, 126–137.
  • Wetterhall, F, Graham, P, Andréasson, J, Rosberg, J and Yang, W., (2011), Using ensemble climate projections to assess probabilistic hydrological change in the Nordic region, Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 11, 2295–2306
  • Yang, W., Andreásson, J., Graham, LP., Olsson, J., Rosberg, J. and Wetterhall, F. (2010) Distribution-based scaling to improve usability of regional climate model projections for hydrological climate change impacts studies. Hydrology Research, 41.3–4, 211-228.