UVÆR
en bok av erik kolstad
INNHOLD 1
INNLEDNING
side 4
LAVTRYKK
side 6 side 8 side 11 side 14 side 15
Hvordan oppstår et lavtrykk? Uværets energi Golfstrømmen og varmetransporten i havet Atmosfærens struktur og sirkulasjon
NEDBØR
2
Den nordatlantiske svingning Hagl Snø Snøskred Isstormer
FLOM, FLO OG SKRED
3
Intenst regnvær Monsunen Norske storflommer Stormflo Oversvømmelser i Nordsjøområdet
FROST OG KULDE
4
Høytrykk Vulkanutbrudd og global dimming Maunder-minimumet Den lille istid Fimbulvintre
TØRKE OG HETE Hetebølger Tørke Store tørkekatastrofer El Niño
side 20 side 22 side 25 side 27 side 28 side 30
side 32 side 34 side 37 side 41 side 46 side 48
side 50 side 52 side 56 side 58 side 59 side 60
side 62 side 64 side 65 side 68 side 70
5 5
VIND
6
Vindstyrke Vind i fjellet
STORM
7
Utenomtropiske lavtrykk og polarfronten Lavtrykkets fødsel Historiske stormer Polare lavtrykk Store stormer i Europa
LYN, TORDEN OG TORNADOER
8
Lyn og torden Tordenstormer og tornadoer Mammatus, heat burst og shelf cloud
TROPISKE ORKANER
9
Orkanens struktur Den hyperaktive 2005-sesongen Flere orkaner i fremtiden? Store orkaner
UVÆR OG KLIMA Meteorologiens vitenskapshistorie Været i fortid og fremtid Drivhuseffekten og global oppvarming
1012
REKORDER LITTERATURLISTE NOTER KREDITERING
5
side 74 side 77 side 81
side 86 side 88 side 91 side 94 side 96 side 100
side 102 side 104 side 108 side 114
side 116 side 119 side 123 side 125 side 126
side 130 side 133 side 134 side 137
side 142 side 144 side 148 side 151
INNLEDNING I warrant you were frighted, wa'n't you last night, when it blew but a cap full of wind? A cap full d'you call it? said I, 'twas a terrible storm. A storm, you fool you, replies he, do you call that a storm why it was nothing at all; give us but a good ship and sea–room, and we think nothing of such a squall of wind as that. Daniel Defoe1
Idéen til denne boken kom da jeg fulgte med nærmest time for time på hvordan orkanen Rita sakte nærmet seg land utenfor kysten av Louisiana. Dette var bare en knapp måned etter at orkanen Katrina hadde ødelagt New Orleans, og jeg var ikke alene om å lure på hvor Rita hadde tenkt seg. Det som er så spesielt med slike orkaner er at man kan følge dem på satellittbilder i mange dager før de treffer land, om de i det hele tatt gjør det. Man kjenner ikke nok til mekanismene som driver disse monsterstormene til at man kan si med sikkerhet hvilken rute de kommer til å følge. Katrina gjorde det klart at vi ikke har mye å stille opp med mot tropiske orkaner. New Orleans er fremdeles delvis i ruiner etter at de mer enn seks meter høye bølgene skylte inn over demningene. De totale energimengdene orkanen sugde opp fra havet tilsvarer 600 ganger Norges årlige vannkraftproduksjon, eller 40 millioner Hiroshima-bomber. 2005 var året for de store værkatastrofene. Foruten å være det varmeste året globalt sett på minst 500 år, ble praktisk talt alle rekorder for tropiske orkaner slått i løpet av den hyperaktive sesongen på sommeren og høsten. Spania og Portugal ble rammet av den verste tørken på 60 år, etter at nedbøren hadde uteblitt gjennom hele den foregående vinteren. Rekorden for døgnnedbør i Bergen ble knust da restene etter en annen tropisk orkan traff Vestlandet 13. september. Tre mennesker ble drept da et jordskred begravde et boligfelt på Hatlestad. Kun to måneder etter traff et nytt lavtrykk kysten og dumpet store mengder regn i de samme områdene. Denne gangen omkom en mann i et nytt jordras. I juli regnet det nesten en meter på ett døgn i Mumbai i India, og mer enn 1 000 mennesker ble drept. Regnværet i forbindelse med orkanen Stan førte til at jordmasser rant gjennom en landsby i Venezuela. Også her mistet mer enn 1 000 mennesker livet.
4
UVÆR
De siste årene har det vokst frem en forventning om, eller i alle fall en frykt for, at vi skal få mer og verre uvær i nær fremtid. I 2003 erklærte det vanligvis trauste FN-organet World Meteorological Organization at været blir mer og mer ekstremt, og at det vil fortsette med det i fremtiden. Denne brannfakkelen kom midt i den verste hetebølgen i Europa på mange hundre år. Temperaturen på jorden har i gjennomsnitt gått opp med rundt én grad de siste 100 år, og alle de fem varmeste årene siden 1860 har forekommet siden 1998. Prognosene tilsier at det kan bli opptil fem grader varmere i løpet av de neste 100 årene. Breene smelter, og det fryktes at Nordpolen er isfri på sommeren om 50 år. Det er ingen tvil om at vi er inne i en periode med kraftig global oppvarming, og at dette er delvis vår egen skyld. Et stadig voksende utslipp av gasser som CO2 har ført til en stadig sterkere drivhuseffekt, og det er svært lite eller ingenting som tyder på at denne ugunstige situasjonen vil forandre seg med det første. Det er ikke åpenbart at global oppvarming vil føre til mer ekstremt vær. Men en oppvarming vil også påvirke havet, og de tropiske orkanene er mer intense når sjøtemperaturene øker. Fordampningen fra havene vil også øke, noe som gir mer vanndamp i luften. Denne må ned igjen på jorden til slutt, og det ser ut til at nedbørsmengdene vil bli mer intense i fremtiden. I Norge gjelder dette særlig på Vestlandet og i NordNorge. Stormer med sterkere vind er også spådd på våre breddegrader. Denne boken er et forsøk på en innføring i uvær. Hva er uvær, hvilke typer uvær har man rundt om i verden og hva er årsakene? Kan det norske uværet måle seg med uværet andre steder? Spørsmålene er mange, men svarene er ikke alltid like entydige. Selv om meteorologien og klimaforskningen er kommet langt, er det ingen forunt å kunne se inn i fremtiden. Hovedfokuset i boken er på vind- og nedbørsfulle lavtrykk. Mekanismene som ligger bak dannelse og utvikling av lavtrykk er derfor viet stor plass. De aller voldsomste stormene, tropiske orkaner og tordenstormer, har også en sentral rolle til tross for at de aldri kan oppstå i Norge. Jeg har også valgt å skrive om frost, varme og tørke, selv om det strengt tatt ikke kan defineres som uvær, men heller en ekstrem mangel på vær. Det forventes ingen forkunnskaper av leserne, men noen forklaringer kan muligens være vanskelig å forstå. Da foreslår jeg at man hopper til en annen del av boken – dette er ikke en lærebok! Forhåpentligvis vil man likevel lære noe. Det gjorde i hvert fall jeg da jeg skrev dette. God bok! Bergen, juni 2006, Erik Kolstad
5
1
LAVTRYKK Stigende luft i et lavtrykk gir voldsom skydannelse.
Natt til årets første dag i 1992 traff et uvanlig kraftig lavtrykk Nordvestlandet med full styrke. Det ble målt vindkast på rundt 200 km/t, og Nyttårsorkanen er med det den sterkeste stormen i Norge i nyere tid. Lavtrykket som skapte denne vinden beveget seg fra Island til kysten av Norge på under ett døgn, og utviklet seg nærmest eksplosivt på veien. Selv om forhåndsvarslene var gode, var man ikke forberedt på det som skulle skje – man hadde simpelthen ikke vært ute for noe slikt før. Ødeleggelsene var kolossale. Over 50 000 bygninger fikk skader, og de samlede økonomiske tapene har blitt beregnet til 2 milliarder kroner.2 Foruten å være den mest intense, er dette også den dyreste stormen i det 20. århundre i Norge. Lavtrykk er den dominerende årsaken til uvær, både i Norge og i resten av verden. Dette er fordi luften stiger i et lavtrykk, og dette fører ofte til nedbør og vind. Stormer, orkaner, tyfoner og tornadoer er alle ulike varianter av kraftige lavtrykk. I et lavtrykk er lufttrykket lavere enn trykket i luftmassene rundt. Lufttrykket er den samlede vekten av all luften over et punkt, og på høyde med havoverflaten er det som om man står under en ti meter høy søyle med vann. Jorden er nemlig omkranset av et 600 km tykt lag med luft som fortrinnsvis består av nitrogen og oksygen, men også gasser som karbondioksid og vanndamp. Dette er atmosfæren, og uten den hadde jorden vært ubeboelig for oss mennesker. Det finnes faktisk bare liv i de få tusen meterne av dette laget, og vi skal ikke mer enn 5–6 km opp fra havoverflaten før vi har halvparten av luften i atmosfæren under oss. Forskjeller i trykk og temperatur styrer lavtrykk- og høytrykksystemene, som igjen styrer det vi kaller været: skydekke, vind, nedbør, flom, varme, tørke, frost og kulde.
Hvordan oppstår et lavtrykk? Dannelsen av et lavtrykk begynner med at luften i et område ved bakken på forskjellige måter blir varmere enn luftmassene ellers. Siden varm luft er lettere enn kald luft vil den begynne å stige, og kjøligere luft strømmer inn fra siden for å erstatte den. Jo sterkere et lavtrykk er, jo kraftigere vind vil det oppstå i områdene rundt. Oppstigningen av luft kan også bli voldsom i dype lavtrykk og føre til store mengder nedbør. Dette er fordi den fuktige luften blir kjølt ned etter hvert som den stiger, helt til den blir så kald at fuktigheten går over til regndråper, snø eller hagl. Når dråpene blir tunge nok til at tyngdekraften blir sterkere enn oppdriften i luften, faller de mot bakken. Det er bare lavtrykk som kan produsere store mengder nedbør. I tillegg til vind og nedbør, kan lavtrykk også føre til store oversvømmelser når havoverflaten stiger på grunn av det lave trykket ovenfra. Igjen, det meste av uvær skyldes lavtrykk. Lavtrykk dannes altså som en reaksjon på ubalanser i naturen. Et eksempel er de tropiske orkanene som kun finner sted over de varme havmassene i tropene. Hvis det kommer kjølig luft fra kontinentene over dette varme havet, oppstår det en spenning mellom havet og atmosfæren. Havet inneholder mye mer varme-
8
UVÆR
energi enn luften i et slikt tilfelle. Naturen er ikke glad i en slik skjev fordeling, og vil prøve å utligne forskjellene. Det skjer ved at store mengder energi overføres fra havet til luftmassene. Et lavtrykk dannes der kontrastene er størst og luften lettest kan stige. Og når luften stiger, må den erstattes av ny luft på nivå med bakken, slik at store mengder relativt kjølig og tørr luft kontinuerlig blir pumpet inn i det varmeste og fuktigste området. Der suger den med seg energi i form av varm vanndamp, og stiger opp og bort fra lavtrykksenteret. Slik kan enorme mengder energi flyttes på kort tid. Et annet eksempel på naturens balanseprinsipp er at to gjenstander med ulik temperatur alltid forsøker å utligne forskjellene seg imellom. Hvis man holder en isklump i hånden, vil isen smelte (bli varmere) og hånden blir kaldere. Og når man åpner en dør til et kaldt rom, vil luften utenfor rommet bli kaldere og rommet blir varmere. Slik er det også for lufttrykk.6 Luft strømmer til fra alle kanter mot det området som har det laveste trykket. En støvsuger bruker elektrisk kraft til å opprettholde et veldig lavt trykk på innsiden. Det engelske ordet for støvsuger er for øvrig «vacuum cleaner». Støvsugeren oppfører seg nemlig nesten som et vakuum ved å suge til seg luft utenfra. Tidligere trodde man at naturen avskydde vakuum (Natura abhorret a vacua på latin), og at den derfor tilførte luft fra alle kanter for å fylle tomrommet. Innsiden av støvsugeren utgjør et svært kraftig lavtrykk i forhold til omgivelsene. Jo lavere trykket er på innsiden,
Kald luft i forbindelse med et høytrykk synker mot bakken, og varmeenergi overføres fra vannet til luften ved fordampning.
10
Virvler dannes i le av Kapp Verde-øyene utenfor vestkysten av Afrika. Disse «forstyrrelsene» i atmosfæren kan bidra til at tropiske orkaner dannes lenger vest i Atlanterhavet.
jo sterkere kraft har støvsugeren. I naturen er en tornado det nærmeste vi kommer en så kraftig effekt. Dette er små virvelvinder som amerikanerne kaller «twisters» fordi de roterer så raskt. De ser aller mest ut som hvite snabler som stikker ned fra bunnen av skyene og suger opp alt de kommer over. Dette er det aller mest ekstreme lavtrykket som finnes på jorden. Heldigvis er utstrekningen liten – en tornado har sjelden en diameter på mer enn noen hundre meter. De foregående eksemplene beskriver situasjoner hvor den lokale fordelingen av energi er ujevn. Varme er energi, og en kopp med varmt vann inneholder mer energi enn luft. Derfor vil det overføres energi fra vannet ved at luften i nærheten av koppen blir varmere, men også ved at vannet fordamper. Det kreves nemlig energi for å få vann til å fordampe, og denne tappes av varmeenergien til vannet. Denne energiformen kalles latent varme og ligger «lagret» i vanndampen – fra navnet skjønner man at den «ligger på lur». Et annet eksempel på at fordampning er energikrevende er at luften alltid blir kaldere når det begynner å regne. Vannet på bakken og i luften begynner umiddelbart å fordampe, og henter energien til dette fra omgivelsene. Hvis vi antar at det faller 1 mm nedbør på hele Oslo eller Bergen kommune, tilsvarer det omtrent en halv million tonn vann. For å få alt dette til å fordampe, kreves det ca. 300 GWt, eller nok til å forsyne 6 millioner husholdninger med strøm i ett døgn. Latent varme blir frigjort når damp går over til vann i flytende form. Dette skjer hvis den treffer på en kald overflate som speilet i et baderom eller innsiden av et kaldt vindu om vinteren. Denne prosessen heter kondensasjon, og frigjør varmen som var bundet opp i dampen. Luften og omgivelsene blir altså varmere. Dette merkes tydelig når man kaster vann på ovnen i en badstu. Da fordamper vannet og fuktigheten i rommet blir høyere. På grunn av at kroppene våre er kaldere enn luften, vil dampen derfor kondensere og danne vanndråper på huden. Den latente varmen blir frigjort mot huden, og luften føles mye varmere selv om den faktiske lufttemperaturen i badstuen er den samme. Dette er også grunnen til at luftfuktigheten har mye å si for hvor varmt det føles ved høye temperaturer. Når det er 35 grader, føles luften mye mer trykkende hvis den er fuktig og lummer, enn hvis den er tørr.
Uværets energi For at lavtrykk skal kunne oppstå og utvikle seg, trengs det store mengder energi. Når vinden blåser, er det fordi luften har hentet bevegelsesenergi fra forskjellige energikilder i naturen. Generelt kan man si at jo større de lokale ubalansene er, jo dypere og kraftigere blir lavtrykket. Et kraftig lavtrykk gir sterkere vind og mer intens nedbør. Vi har sett at tropiske orkaner henter energien sin fra det varme vannet. Et typisk lavtrykk som treffer kysten av Norge har også sin opprinnelse over havet, og kommer som regel inn fra vest eller sørvest i Atlanteren. Mye av energien blir hentet fra det relativt varme vannet, men den primære energikilden er varm og fuktig luft fra sør. Området der disse luftmassene treffer
1 LAVTRYKK
11
Polarfronten er ofte lett synlig på satellittbilder. Her dekker den store deler av Nord-Atlanterhavet.
på kald og tørr luft fra nord, kalles polarfronten. Denne frontsonen befinner seg stort sett innenfor et belte som strekker seg fra Spania til Midt-Norge, og den flytter seg med årstidene og andre forhold. Energioverføringen foregår ved at den tyngre, kalde luften trenger seg inn under de lettere, varme luftmassene og presser dem oppover. Til sammen fører disse bevegelsene til at luftens samlete tyngdepunkt synker. På samme måte som at en gjenstand akselererer mot jorden når man slipper den fra en viss høyde, frigjøres det også nå gravitasjonsenergi. (Gravitasjonsenergi kalles som oftest potensiell energi, fordi man ved å løfte en
12
UVÆR
gjenstand tilfører den «energipotensial» som kan frigjøres ved at man slipper den.) Luften omgjør denne energien blant annet til bevegelsesenergi i form av sterkere vind. På denne måten blir luftmassene blandet og de lokale temperaturforskjellene blir utjevnet. Sterk vind langs havoverflaten bidrar til å intensivere energioverføringen. Den luften som befinner seg like ved overflaten blir varmet opp og tar til seg vanndamp fra havet. Etter hvert som den varmes opp og blir mettet med damp minker evnen til å ta til seg energi. Vinden vil frakte denne luften bort og erstatte den med kjøligere, tørrere luft som kan absorbere større energimengder. Dette er grunnen til at en bolle med varm suppe kjøles ned raskere ved at man blåser på den. Stormer som produserer sterk vind vil med andre ord holde liv i og til og med forsterke seg selv. Denne prosessen pågår helt til lavtrykkene kommer over kjøligere havmasser eller treffer land. Noen ganger kan sterke ubalanser i atmofæren bygge seg opp uten at det dannes lavtrykk. Hele systemet befinner seg i en skjør likevekt, og det trengs av og til kun en liten ytre påvirkning som utløsende faktor for å sparke uværet i gang. Vanligvis kommer den ytre påvirkningen i form av en bølgebevegelse høyt oppe i atmosfæren. Bølger i luften er ikke like åpenbart synlige som bølger i havet. Vannets overflate danner en klart definert grenseflate mellom vann og luft hvor slike mønstre er lett å få øye på, mens overgangen mellom luftlagene i atmosfæren ikke er like tydelig. Et unntak er de bølgene som oppstår når en luftstrøm passerer over et fjell. Et signal forplanter seg oppover i atmosfæren, og denne «forstyrrelsen» blir hengende med strømmen på veien videre. Luften blir presset opp av fjelltoppen, slik at den strømmer videre i det horisontale, mens den i tillegg får en bevegelse i det vertikale. Etter hvert som luften stiger, blir den kjøligere og tyngre, og tyngdekraften trekker den etter hvert nedover igjen. På vei ned blir den varmet opp igjen og blir varmere enn luften rundt seg, slik at den stiger igjen. På den måten kan luftstrømmen bevege seg som en bølge etter at den har passert fjellet. Dette fenomenet kalles gravitasjonsbølger siden tyngdekraften spiller en så sentral rolle. Slike bølgebevegelser er ofte synlige fordi fuktigheten i den kalde luften på bølgetoppene kondenserer og danner skyer. På grunn av den særegne formasjonen kalles disse skyene gjerne makrellskyer. Fjellbølger har imidlertid ikke bare en visuell funksjon. Bølgene som dannes på grunn av påvirkningen fra landskapet skaper også uregelmessigheter i lufttrykket, og utgjør ofte den lille forstyrrelsen som skal til for at det dannes lavtrykk langs fronter. Luften som strømmer ut over Atlanterhavet fra det østlige Afrika bærer med seg en «signatur» fra landskapet, og kan derfor bidra til å sette i gang tropiske orkaner. På våre breddegrader dannes det gravitasjonsbølger i le av Grønland fordi vestavinden blir tvunget over fjellene, og disse har stor påvirkning på lavtrykksdannelsen rundt Island. Samtidig fører bølger som skyldes passasjen over Rocky Mountains i USA og Canada til lavtrykksdannelse langs frontene i Atlanterhavet utenfor Newfoundland i øst. De lavtrykkene som treffer Norge dannes som regel i ett av disse to områdene.
1 LAVTRYKK
13
Golfstrømmen og varmetransporten i havet De fleste intense stormene oppstår over havet. Dette er fordi vann kan lagre større mengder energi enn luft. Man kan tåle å oppholde seg i varm luft så lenge den er tørr, mens det er svært ubehagelig å komme i kontakt med vann som holder like høy temperatur. Av denne grunn bidrar de store havstrømmene i stor grad til å transportere energi bort fra områdene rundt ekvator. Uten Golfstrømmen fra sør ville vårt klima vært betydelig kjøligere enn det er i dag. På illustrasjonen ser vi den gjennomsnittlige sjøtemperaturen i havets overflate om vinteren, og det er åpenbart at kysten av Norge har et uvanlig mildt klima med tanke på hvor langt nord vi bor. Temperaturen om vinteren i innlandet i Canada på samme breddegrad er opptil 30 grader kaldere enn på vår vestkyst. At Norskehavet og Barentshavet er isfritt om vinteren er også helt enestående i global sammenheng. Grovt sett kan vi si at vi får tilført denne energien den lange veien fra tropene. Returstrømmene som bringer kaldt vann fra Arktis holder seg stort sett ganske langt vest og bidrar til at østkysten av Grønland er dekket av is det aller meste av vinteren.
Gjennomsnittlig temperatur i havoverflaten i januar. Noen av de viktigste havstrømmene er tegnet inn med piler.
14
UVÆR