Årets medelvattenstånd

Årets medelvattenstånd används som referensnivå när vattenstånd anges relativt medelvattenståndet. När medelvattenståndet beräknas filtreras mellanårsvariationer och långsamma trender som global havsnivåförändring och landhöjning bort. Årets medelvattenstånd är inte samma sak som årsmedelvärdet.

SMHI tar regelbundet fram årets medelvattenstånd för varje mätposition längs Sveriges kust. Medelvattenstånden representerar havets genomsnittliga nivå över åren och utgör referensnivå för höjdsystemet RW – Relative Water Level. Höga och låga vattenstånd som uppkommer under året pendlar kring den nollnivå som definieras av årets beräknade medelvattenstånd.

Skillnad på årets medelvattenstånd och årsmedelvärdet

Årets medelvattenstånd är inte samma sak som årsmedelvärdet av vattenstånden. Årsmedelvärdet är det statistiska medelvärdet av alla observationer vid en station under ett år. Årets medelvattenstånd, eller medelvattenståndet om man inte syftar på ett specifikt år, är istället ett värde längs en trendlinje. Vid beräkning av medelvattenståndet används årsmedelvärdena.

Genom att använda trendlinjen som årsreferens för medelvattenståndet istället för det statistiska årsmedelvärdet går det att jämföra olika år med varandra på ett helt annat sätt. I figuren nedan ser man tydligt skillnaden mellan de kraftigt varierande årsmedelvärdena och den raka trendlinjen som beskriver medelvattenståndet. Vissa år är årsmedelvärdet betydligt högre än medelvattenståndet, andra år lägre. Att det blir så beror på storskaliga regionala variationer i vädret som har längre tidskalor än ett år.

Stockholm-Skeppsholmen 1889-2016 RH2000
I den långa mätserien från Stockholm är kurvan med störst variation det statistiska årsmedelvärdet. Två regressionslinjer är inritade. Den svarta är baserad på hela mätseriens längd och är den SMHI använder för årets medelvattenstånd. Den ljusblå utgår från en kortare referensperiod (30 år) med startår 1986 och illustrerar att valet av period har betydelse för beräkningen. Både linjens lutning och höjdnivå skiljer lite. Att vattenståndet i Stockholm uttryckt i RH2000 över tid sjunker beror på att landhöjningen här fortfarande är högre än den globala havsnivåhöjningen. Förstora Bild

Årets medelvattenstånd i olika referenssystem

Årets medelvattenstånd beräknas i RH2000 för att kunna relateras till fixa punkter på land. Uttryckt i RH2000 är medelvattenståndet vanligtvis skilt från noll och det förändras över åren i takt med att havsnivån stiger och landet höjs.

Uttryckt i RW är medelvattenståndet noll för alla år. Detta för att medelvattenståndet är den definierade nollnivån i höjdsystemet RW.

Medelvattenståndet beräknas med regressionsanalys

För att beräkna medelvattenståndet använder SMHI linjär regression av stationens årsmedelvärden uttryckta i RH2000. Med hjälp av en regressionslinje går det att bestämma årets medelvattenstånd både framåt och bakåt i tiden.

När medelvattenstånd bestäms av en rät trendlinje, som i linjär regression, beror medelvattenståndet på två viktiga konstanter, riktningskoefficienten och höjdkoefficienten. Riktningskoefficienten ger lutningen på linjen och höjdkoefficienten på vilken höjd linjen ligger för ett godtyckligt valt referensår. Riktningskoefficienten kan även ses som ett mått på den apparenta landhöjningen, dvs ett mått på hur fort havet stiger eller sjunker relativt en fix landpunkt under den referensperiod regressionsanalysen beräknas över.

Matematiskt ser ekvationen för trendlinjen som beskriver medelvattenståndet (MWyyyy) för en mätstation ett önskat år (yyyy) ut såhär:

MWyyyy = Hk1986 - Rk * (yyyy - 1986)

I denna ekvation är 1986 valt som referensår och därför återkommer 1986 i termen kopplad till riktningskoefficienten (Rk). Höjdkoefficienten (Hk) motsvarar i detta fall 1986 års medelvattenstånd på stationen utifrån regressionslinjen.

Varje enskild mätstation får specifika värden på de två koefficienterna utifrån de lokala förhållanden som gäller just där. Det går alltså inte att ta fram koefficienter som gäller generellt för alla stationer. Ekvationerna med sina koefficienter finns stationsvis specificerade i en lista för Ekvationer för medelvattenståndet i RH2000.

Längden på mätserien påverkar beräkningen

Något som påverkar beräkningarna är valet av referensperiod, dvs de år som regressionsanalysen beräknas över. Valet går att göra på olika sätt men för att någorlunda väl bestämma regressionslinjen behövs minst 30 års data. Skillnaden i beräknade värden av årets medelvattenstånd utifrån olika val av referensperiod ligger på några cm för SMHIs stationer. Se figuren ovan från Stockholm där två regressionslinjer är inritade. Den ena bygger på hela mätseriens längd och den andra bygger på en 30-års tidsserie med startår 1986.

SMHI har i sina beräkningar valt att använda sina mätserier i dess fulla längd så länge kvalitén på data tillåter detta. Om data från vissa år har saknats i för stor utsträckning har inte det årsmedelvärdet tagits med. I vissa fall har några av dagens nyare stationer ”förlängts” med data från närliggande stationer som inte längre är i drift eller har flyttats.

Konsekvenser för äldre vattenståndsdata uttryckta i RW

Ekvationerna för medelvattenstånden (trendlinjen) ses över i början på året genom att lägga till det senast tillkomna årsmedelvärdet för varje station. Det är endast om stationens nya årsmedelvärde betydligt ändrar lutningen på linjen eller dess höjdnivå som SMHI tar fram nya värden på koefficienterna och beräknar nya medelvattenstånd. Varje gång en ekvation ändras måste nämligen alla data i RW, även historiska, för den stationen räknas om. Detta eftersom det är de nyuträknade medelvattenstånden som hädanefter blir den nya referensnivån för den stationens data.

Vattenståndsdata uttryckta i RH2000 förändras däremot aldrig av nya beräkningar av årets medelvattenstånd. Något som förändras är förstås värdet på årets medelvattenstånd uttryckt i RH2000 men även förhållandet mellan mätvärden uttryckta i RH2000 och RW. Detta får betydelse vid konverteringar av vattenstånd mellan referenssystemen. En konvertering gjord ett år kan ge andra värden på vattenstånden om en ny konvertering görs ett annat år ifall ekvationerna däremellan förändrats. Av den anledningen är det viktigt att alltid dokumentera vilken ekvation som ligger till grund för beräkningen av medelvattenståndet på stationen i samband med uttag av data i RW från SMHIs databas.

En annan konsekvens av att alla vattenståndsdata som uttrycks i RW räknas om vid en ny referensnivå är att även vattenståndsrekord blir omräknade. Rekorden kan alltså bli både högre och lägre i och med detta. De kan även infalla på nya datum. Ett värde som varit nära rekordet tidigare kan vid en omräkning bli det nya högsta (eller lägsta) värdet och infalla på ett helt annat datum än det tidigare rekordet. Detta förekommer då och då.

På sikt förändrad metod

Så länge landhöjningen var den primära faktorn för långsamma havsnivåförändringar har linjär regression över hela tidsserien varit en bra metod för att bestämma årets medelvattenstånd. Landhöjningen kan över dessa tidsrymder anses vara konstant. Men i takt med att den globala havsnivåhöjningen ökar behöver metoden ses över.

Den globala havsnivåhöjningen och landhöjningen påverkar havsnivån i motsatta riktningar vilket gör att trenden framöver inte längre kan anses vara linjär över långa tidsperioder. Linjens lutning kommer i större utsträckning förändras vid varje ny beräkning istället för att, som tidigare, i princip ha behållit sin lutning och bara förlängts i sin befintliga riktning.