Återkomsttider

Återkomsttid är ett begrepp som används i flera sammanhang för att beskriva hur pass vanlig eller ovanlig en händelse är. Begreppet används också vid dimensionering, då någon konstruktion ska avpassas för att klara av en viss nivå eller ett visst flöde.
 

Återkomsttid är ett mått på hur ofta förekomsten av extrema naturliga händelser kan förväntas. Med en händelses återkomsttid menas att händelsen i genomsnitt inträffar eller överträffas en gång under denna tid. Återkomsttider beräknas med statistiska metoder genom extremvärdesanalys av långa serier av kontinuerliga mätningar.

Återkomsttider kan beräknas för olika parametrar, förutsatt att det finns relevanta mätdata. Det kan vara vattennivå, regnmängd, vattenflöde, temperatur, vindhastighet eller snödjup.

Höga flöden och återkomsttider

SMHIs hydrologiska prognos- och varningstjänst utfärdar varningar för höga flöden enligt beräkningar för de förväntade vattenflödenas återkomsttider. Först beräknas prognoser för flöden i vattendragen. De jämförs sedan med framräknad statistik över flöden med olika återkomsttider för respektive vattendrag. Därefter utfärdas varningar vid behov för de aktuella områdena enligt graderingen högt-mycket högt- extremt högt.

Vädervarning klassVattenföring med återkomsttidKan medföra
1 Högt flöde2-10 åröversvämningsproblem på utsatta ställen
2  Mycket högt flöde10-50 år

allvarliga översvämningsproblem på utsatta ställen

3  Extremt högt flöde>50 årmycket allvarliga översvämningsproblem på utsatta ställen

Varningarna är viktiga beslutsunderlag för samhället. Förutom att de finns på smhi.se och i SMHIs väderapp skickas de direkt till länsstyrelser, kraft- och vattenregleringsföretag, vissa centrala och regionala myndigheter och massmedia. Det kan exempelvis leda till anpassningar av kollektivtrafik och förberedelser för insatser på vägnätet. Konsekvenserna av höga flöden kan lokalt bli mycket olika och därför behövs lokal kännedom för att bedöma behov av åtgärder.

Malmöregnet 2014

Ett regntillfälle kan beskrivas på olika sätt. Även om regnet pågår under längre tid, kanske flera dagar, så har det olika intensitet under tiden.

Den 31 augusti 2014 föll mycket regn över Malmö på kort tid och orsakade många skador. Omfattande översvämningar av vägar, översvämmade avlopp och vattenskador på byggnader. Försäkringsbolagen uppskattade de materiella skadorna till 300 Mkr.

Återkomsttiden för Malmö-händelsen är svår att bedöma beroende på alltför kort dataserie. Under 1 timme föll 35 mm och under 6 timmar kom det 85 mm, enligt registreringar på SMHIs automatiska nederbördsstation. I en studie över korttidsnederbörd (15 minuter), för Sverige som helhet, beräknades ett regn med varaktigheten 1 timme och återkomsttiden 50 år uppgå till 31 mm, vilket motsvarar Malmö-fallet. För varaktigheten 6 timmar och återkomsttiden 50 år visade beräkningen 47 mm. I det fallet var intensiteten betydligt större i Malmö. Malmö kommun har bedömt återkomsttiden till över 200 år baserat på lokala mätare.

Rekorden för Sverige är: 61 mm under 1 timme (Daglösen år 2000) och 92 mm under 6 timmar (Kerstinbo 2002).

Malmöregnet 2015.
Malmöregnet 2015.
Foto Erik Mårtensson, DHI

Återkomsttid, sannolikhet och risk

Ett värde som har en återkomsttid på 100 år uppnås eller överträffas i genomsnitt en gång på 100 år. Det innebär att sannolikheten är en (1) procent varje enskilt år. Eftersom man exponerar sig för risken under flera år blir den ackumulerade risken avsevärt större.

För en konstruktion vars livslängd beräknas till 100 år blir den ackumulerade risken hela 63% att 100-årsvärdet överskrids någon gång under 100 år.  Om säkerhetsnivån väljs till 100-årsvärdet är risken att det värdet överskrids större än att det underskrids. Med andra ord, det är troligare att konstruktionen, under sin livslängd, kommer att utsättas för förhållanden utöver den nivå som valts än att den nivån aldrig inträffar.

Åter-
komst 
tid (år)

Sannolikhet under 2 år (%)

Sannolikhet under 10 år (%)

Sannolikhet under 50 år (%)

Sannolikhet under 100 år (%)

275 100100100
10196599100
50 4186487
100 2103963

Vilken återkomsttid bör användas?

Enkelt uttryckt kan återkomsttid sägas vara ett sätt att beskriva säkerheten. Hur återkomsttiden väljs beror på vilka konsekvenser ett överskridande av värdet får och vilka risker man är beredd att ta. Det måste avgöras från fall till fall och sammanvägas med de kostnader en högre säkerhetsmarginal innebär.

För dammanläggningar som vid dammbrott ger risk för människoliv sätts säkerhetsmarginalen mycket högt. För dessa anläggningar har därför en särskild metod utvecklats för att beräkna ett dimensionerande flöde som har en bedömd återkomsttid på över 10.000 år.

Noppikoski-dammen.
Noppikoski-dammen.

Beräkna återkomsttid

Återkomsttider beräknas statistiskt och vanligen utifrån de högsta värdena för varje år. Värdena antas vara oberoende och följa samma sannolikhetsfördelning. Det finns flera sannolikhetsfördelningar som används för återkomsttidsanalys och det är viktigt att verifiera att vald fördelning passar till datasetet. Två vanliga fördelningar är Generalized Extreme Value (GEV) och Lognormal.

Kungsholmsfort, återkomsttidskurvor
I diagrammet visas återkomsttidskurvor för havsnivåstationen Kungsholmsfort, beräknat med GEV- och Lognormalfördelningar. Observationsdata är varje års maximala vattenstånd för perioden 1887-2013 (127 år). Källa: Länsstyrelsen Blekinge, 2014:7.
Förstora Bild

Ur diagrammet kan exempelvis utläsas att ett havsvattenstånd på 98 cm har återkomsttiden 10 år vid Kungsholmsfort och för 100 års återkomsttid uppnås havsvattenståndet 124 cm.

Begränsningar i mätserier

Vid statistisk återkomsttidsanalys kan i princip återkomsttider över 100 år beräknas. Det är dock mycket ovanligt att ha tillgång till så långa mätserier att beräkningarna blir relevanta för så långa återkomsttider.

För Kungsholmsfort är serien hela 127 år och av bra kvalitet på mätdata, Datamaterialet följer väl de valda fördelningarna och därför kan återkomsttider betydligt längre än mätserien användas. Det är dock vanligt att återkomsttider beräknas på betydligt kortare mätserier och då får större försiktigt iakttas vid tolkningen.

För flöden i vattendrag finns ofta långa tidsserier men för intensiva regn baseras analyserna oftast på nederbörd uppmätt var 15:e minut och de använda stationerna upprättades först runt 1995. Därför blir osäkerheterna stora för de längre återkomsttiderna 50 år och 100 år.

Klimatförändringar ändrar statistiken

Eftersom återkomsttider beräknas på uppmätta data förutsätts ett beteende som, över tid, är likartat. En ovanlig händelse är lika ovanlig statistiskt sett år 1920 som år 1975 exempelvis. Om klimatet blir alltmer nederbördsrikt ändras det statistiska underlaget så att en ovanligt nederbördsrik händelse i det torrare klimatet blir mindre ovanlig i det blötare klimatet.

Eftersom klimatet nu är i förändring går det inte att baserat på äldre mätdata bedöma återkomsttider i framtiden. För detta behövs analyser av klimatscenarier som beskriver det framtida klimatet. I exemplet nedan visas beräkningar av förändringen för regn med varaktigheten 30 minuter mot slutet av seklet jämfört med referensperioden 1961-1990.  Enligt beräkningarna ökar 30-minuters regnen med drygt 25 procent i medeltal för de olika återkomsttiderna, men med stor spridning mellan de olika klimatscenarierna. Dock visar samtliga på en ökning.

Korttidsnederbörd Södermanlands län
Ett exempel på beräknad förändring av korttidsnederbörd avseende Södermanlands län. Diagrammet avser varaktigheten 30 minuter för återkomsttiderna 1, 5, 10, 20, 50 och 100 år. Den procentuella ökningen är beräknad för perioden 2071-2100 jämfört med 1961-1990. Punkter avser medelvärden för sex klimatscenarier och linjerna visar spridningen mellan dem.

Förklaring av termer

Nederbörd eller regn: Nederbörd innefattar både regn, snö och hagel dvs. vatten i olika former som faller från atmosfären till jorden. Det heter således nederbördsstation och de data som används i de statistiska analyserna innefattar alla mätningar. Tillfällen med mycket nederbörd är i form av regnskurar och därav används regn som beteckning för dessa tillfällen.

Varaktighet: Tidrymd under vilken något pågår. I detta sammanhang regn. Det är de maximala intensiteterna som avses, dvs. hur mycket som kan komma under den avsedda tiden.