Hydrologiska beräkningar

Klimatmodellberäkningarna i den hydrologiska delen av Klimatscenariotjänsten är en del av de internationella forskningsprogrammen CORDEX (cordex.org) och Copernicus Climate Change Service (climate.copernicus.eu).

Referensdata

Den hydrologiska modellen är kalibrerad för att återge korrekt vattenföring när den drivs av meteorologiska data från ett referensdataset som kallas PTHBV (Johansson och Chen, 2003). PTHBV byggs upp av flera hundra dagliga observationer av nederbörd och temperatur för Sverige på ett gridnät med 4x4 km² upplösning. PTHBV används även för biasjustering av klimatmodeller inför de hydrologiska simuleringarna.

Biasjustering

Klimatmodellerna som används i Klimatscenariotjänsten har olika systematiska avvikelser i temperatur och nederbörd. vilket justeras med en så kallad biasjustering . Inför hydrologiska klimatberäkningar är det viktigt att dessa avvikelser justeras, eftersom en avvikelse i till exempel nederbörd kan leda till stora fel i beräkningar av vattenflöden. Den biasjusteringsmetod som används är MIdAS (MultI-scale bias AdjuStment; Berg m.fl., 2021, 2022). MIdAS har utvecklats på SMHI och är noggrant utvärderad med goda resultat. För den historiska perioden beräknas en algoritm som justerar alla modellens värden på så sätt att de överensstämmer med observationer; allt från låga värden och medelvärden, till höga värden justeras. Samma algoritm används sedan på framtida scenarier, som sedan är väl lämpade för hydrologisk modellering och indikatorproduktion.

Regleringsscenarier

Regleringsscenarier ger dig möjlighet att se hur vattenflöden i svenska vattendrag skulle förändras med eller utan påverkan från vattenkraftens dammar och magasin – det hjälper dig att förstå och synliggöra klimatförändringarnas verkliga effekter på hydrologin.

I Klimatscenariotjänsten kan användaren välja mellan regleringsscenarierna Nuvarande regleringar och Oreglerat vattenflöde.

• Nuvarande regleringar innebär att vattenflödet beräknas med villkor som efterliknar nuvarande regleringar för vattenkraft i större vattendrag. Detta jämnar ut flödena under året och tenderar att jämna ut extrema hög- och lågflöden.
• Oreglerat vattenflöde innebär att modellen beräknar vattenflödet som det skulle varit utan påverkan genom regleringar och överledningar för vattenkraft.

Det är viktigt att förstå skillnaden på regleringsscenarierna och hur valet påverkar förståelsen av klimatförändringarnas effekt på vattenflödesmönster. Denna förståelse är avgörande för att tolka framtida klimatdata korrekt och fatta välgrundade beslut.

Scenario: Nuvarande reglering

Att ett vattendrag är reglerat innebär att det finns dammar, överledningar och andra konstruktioner som styr och kontrollerar vattennivåer och flöden. I Sverige är de flesta stora vattendrag reglerade, främst för elkraftsproduktion. Detta gör att vattenflödet styrs av elmarknadens efterfrågan, vilket bland annat leder till att vattnet i många vattendrag omfördelas från vår och sommar till höst och vinter för att elproduktionen ska stämma med efterfrågan. På så vis jämnas vattenflödet under året ut. I klimatscenariotjänsten visas förändrade vattenflöden för 241 områden. Av dessa är 114 områden utan reglering, där blir resultaten desamma oavsett valt regleringsscenario. Vissa vattendrag, såsom Luleälven, Skellefteälven, Göta älv, Ångermanälven, Indalsälven, Umeälven, Dalälven, Ljusnan och Ljungan, är kraftigt reglerade vilket har stor påverkan på vattenflödena. Det finns också många vattendrag, främst i södra Sverige, som är påverkade av reglering, men inte lika mycket. Även i dessa vattendrag jämnar regleringen ut vattenflödena, men möjligheten till magasinering och påverkan på vattenflödena är generellt mindre.

Regleringsgraden, som anger hur stor andel av årsvattenföringen som kan lagras i regleringsmagasin, är ett grovt mått på regleringens påverkan. En hög regleringsgrad innebär oftast att vattenflöden påverkas i stor utsträckning.

I SMHIs hydrologiska modell S-HYPE, som används för beräkningar av klimatscenarierna för hydrologin, är regleringar beskrivna för cirka 700 sjöar och regleringsmagasin. Regleringsmodellen fokuserar främst på de större magasinen, vilket innebär att många mindre regleringar främst i södra Sverige, inte finns inkluderade. Beräkningarna med Nuvarande reglering innehåller också överledningar mellan olika avrinningsområden. Modellen tar enbart hänsyn till säsongsvariationer. Dygnsvariationer fångas inte.

Scenario: Oreglerat vattenflöde

Oreglerade vattenflöden beskriver de flöden som sker om vi tar bort aktiv reglering för vattenkraft av vattnet som flödar genom dagens magasin och sjöar.

Väljer du regleringsscenariot Oreglerat kommer utflödet från sjöar och magasin som idag är reglerade att beräknas med hjälp av schematiska naturliga avbördningskurvor. Detta val ger en bild av hur vattenflödena skulle se ut i en mer naturlig miljö, utan regleringar för elproduktion. Dock finns vissa regleringar, som inte är gjorda i elkraftssyfte, kvar i modelleringen; exempelvis regleringen av Mälaren vars syfte är att förhindra havsvatteninträngning och undvika alltför extrema nivåer i Mälaren.

För de vattendrag där det inte finns regleringar, eller i vattendrag med mindre dammar och kraftverk som saknas i modellen, kommer resultatet från de olika regleringsscenarierna att bli detsamma.

Hur påverkas klimateffekten av regleringsscenarier?

Klimatförändringen leder till förändrad temperatur, nederbörd och avdunstning, vilket påverkar flödet i svenska vattendrag. Klimatförändringar påverkar framför allt extremer och säsongsvariationer i vattenföring – förändringar som regleringar tenderar att jämna ut. Därför är effekten av ett förändrat klimat tydligare i det oreglerade scenariot. Skillnaden mellan scenarierna är därför mest framträdande för medelvattenföring månadsvis samt hög- och lågflöden.

Osäkerheter och rekommendationer vid användning

Om syftet är att visa klimatförändringens direkta effekt på vattenflöden ska scenariot Oreglerat användas.

För vattendrag som är oreglerade, eller där vattendragens flöde påverkas lite av regleringar och därför saknas i modellen, är resultaten desamma för de båda regleringsscenarierna. För de måttligt reglerade vattendragen är resultaten liknande för båda regleringsscenarierna, och osäkerheterna är något större än för vattendrag som är oreglerade. För de kraftigt reglerade vattendragen är osäkerheterna samt skillnaden mellan regleringsscenarierna som störst.

För några av de kraftigt reglerade vattendragen visas inte något resultat vid indikatorn hög vattenföring för vissa återkomsttider i klimatscenariotjänsten, om användaren väljer alternativet Nuvarande reglering. Detta på grund av att metoden för att beräkna återkomsttider inte är applicerbar för kraftigt reglerade vattendrag.

Framtida reglering

Vi vet inte hur framtida regleringar av svenska vattendrag kommer att se ut. Utvecklingen av framtida el- och energisystem, tillsammans med kommande miljöanpassningskrav, kommer sannolikt att ha en större påverkan på vattenflödet än klimatförändringen i kraftigt reglerade vattendrag. Detta gör det ännu mer komplicerat att tolka resultaten och planera för framtiden.