Globalt havnivå: Slik måles havnivåstigningen

Globalt havnivå stiger. Det viser både vannstandsmålinger langs verdens kyster og havnivå målt fra satellitt. Figur 1 viser endring i globalt havnivå basert på tilgjengelige vannstandsmålinger fra land siden 1880 (svart kurve) og satellittmålt havnivå siden 1992/93 (rød kurve).

Basert på vannstandsmålinger har globalt havnivå steget med rundt 25 cm siden 1880. Videre ser vi at endringen basert på vannstandsmålinger og satellitt i stor grad er samstemte, og at stigningen av globalt havnivå akselererer.

Basert på satellittmålingene det siste tiåret er det nå en stigning av globalt havnivå på rundt 3,6 mm per år. Vi kan anta en større havnivåendring enn 36 cm i løpet av de neste 100 år. Mer om dette senere.

Havnivå målt langs verdens kyster

Havnivå blir bestemt langs verdens kyster ved å måle gjennomsnittlig høyde til havet relativt til fast fjell hvor målerne står, kalt relativt havnivå. Dette kan gjøres med flottører, eller med for eksempel radar- eller lydsignal som sendes ned på havoverflaten fra en rigg forankret på land.

For å kunne si noe om hvordan havnivået endrer seg, må en også kjenne til vertikal bevegelse av landjorden hvor vannstandsmålerne befinner seg. Dette gjøres i dag med GPS-målinger med stor nøyaktighet. Tilbake i tid må en benytte andre metoder for å estimere vertikal landbevegelse. Variasjoner i havnivå er da differansen mellom relativt havnivå og vertikal bevegelse av land.

Selv om de eldste vannstandsmålingene – som fra Stockholm (fra 1774), Brest (1807) og Boston, USA (1825) – strekker seg rundt to hundre år tilbake i tid, er det generelt for få målesteder til å estimere globalt havnivå før 1880. Dette er årsaken til at tidsserien i figur 1 starter i 1880.

En kompliserende faktor for vannstandsmålinger langs verdens kyster er at disse ikke kan si noe om havnivået langt fra kysten, eller i åpent hav. Men stiger eller faller havnivået for eksempel på begge sider av Atlanterhavet, kan en også forvente tilsvarende endring for havet mellom USAs østkyst og Europa. Derfor gir vannstandsmålinger langs verdens kyster også et bilde på hvordan globalt havnivå endrer seg.

Både antall vannstandsmålinger, deres geografiske plassering, global dekningsgrad og vertikal landbevegelse gir opphav til usikkerhet. Dette er vist med den blåfargede skraveringen i figur 1. Selv med en usikkerhet tilbake i tid på anslagsvis 6 cm, er økningen av globalt havnivå siden 1880 mye større, så det er ingen tvil om at globalt havnivå stiger.

Havnivå målt fra satellitt

Den eneste måten å direkte måle globalt havnivå på er å benytte satellitter. Siden årsskiftet 1992/93 har fire ulike satellitter målt havnivået over mesteparten av verdenshavene, med unntak av polområdene som faller utenfor satellittenes bane.

Metoden satellittene benytter – kjent som altimetri – er at en radarstråle sendes ned på havet. Deler av signalet reflekteres av havoverflaten og returneres til satellitten. Tiden det tar fra signalet sendes til det returneres kan så omgjøres til avstanden mellom satellitt og havnivå. Dersom tiden fra sendt til mottatt signal avtar over tid, betyr dette at havnivået stiger. Dette er vist med rød kurve i figur 1.

En forutsetning for altimetrimålingene er at satellitten er nøyaktig posisjonert, inkludert en meget nøyaktig bestemmelse av satellittens høyde over jorden. En rekke landbaserte instrumenter og stasjoner kommuniserer med satellittene for å sikre dette. Over en tidsperiode på ti dager måler satellittene globalt havnivå til en nøyaktighet på tre til fire mm. Dette er imponerende når vi vet at satellittene det er snakk om, går i en bane rundt 1300 km over jordoverflaten!

Havnivå bestemt fra vannstandsmålinger og satellitt er basert på to helt uavhengige metoder. Perioden med overlapp mellom de to, se figur 1, viser meget godt samsvar mellom de to metodene. Dette styrker vissheten om at globalt havnivå stiger.

Viktige bidrag til å bestemme havnivå

Temperatur og saltholdighet

I tillegg til vannstandsmålinger langs kystene og havnivåmålinger fra satellitt, er det mulig å indirekte bestemme to hovedbidrag til globalt (og lokalt) havnivå.

For det første er det velkjent at sjøvann øker sitt volum når vannet varmes. Dette gjelder for alle temperaturer, fra sjøvannets frysepunkt på rundt minus 1,8 grader til temperaturer godt over 30 grader i tropene. Tilsvarende avtar sjøvannets volum når saltholdigheten øker.

Dette betyr at målt temperatur og saltholdighet i verdenshavene, fra overflate til dyphav, kan benyttes til å beregne hvor mye havoverflaten vil stige – eller falle – for en gitt temperatur- eller saltendring.

I 1999 startet et globalt koordinert program med drivende målebøyer. Disse bøyene kan dykke ned i havet – ofte ned til 2000 meters dyp – for så å stige til overflaten, gang etter gang. Ved overflaten sender bøyene informasjon om målt temperatur og saltholdighet til satellitt, slik at verdenshavene er under konstant overvåkning. Siden 2007 har det vært mer enn 3000 slike ARGO-bøyer drivende i havet. Disse bøyene, sammen med andre temperatur- og saltmålinger, gjør at vi i dag kan bestemme bidraget til havnivå fra variasjoner i temperatur og saltholdighet.

Havets masse

I tillegg til å bestemme virkningen av temperatur og saltholdighet på havnivå, er det også mulig å måle hvor mye vann det er i havet – det vil si måle havets masse. Dette ble muliggjort med de såkalte GRACE-satellittene i 2002.

Metoden som benyttes, er å måle endringer i jordens tyngdefelt mellom to identiske satellitter, hvor den ene satellitten følger etter den andre med en gjennomsnittlig avstand på rundt 200 km. Små variasjoner i faktisk avstand mellom de to satellittene følger av variasjoner i jordens tyngdefelt, som igjen kan overføres til for eksempel variasjoner i hvor mye vann det er under satellittene.

GRACE-satellittene kan ikke si noe om virkningen av at havvannet varmes opp eller kjøles ned siden massen av havvann ikke endrer seg i dette tilfellet. Men de fanger opp om vann tilføres eller forsvinner fra havet, samt om breer eller iskapper mister masse, eller om det er endringer i mengden grunnvann på land. For havnivået betyr dette at bidraget fra breer, iskapper, snø og vann på landjorden, og variasjoner i mengden grunnvann på land, kan tallfestes.

Summen av de to bidragene nevnt over – virkningen av variasjoner i havets temperatur og saltholdighet, og variasjoner i havets masse – gir oss følgelig et estimat av globalt og lokalt havnivå som kan sammenstilles med variasjoner av havnivå fra vannstandsmålinger og satellittmålt havnivå. Siden de fire metodene er uavhengige av hverandre, gir dette et mye mer robust – eller sikkert – resultat enn om én metode benyttes.

De viktigste bidragene til global havnivåstigning

Ved å sammenstille jord- og satellittbaserte målinger kan de ulike bidragene til globalt havnivå tallfestes, se tabell under.

Basert på både vannstandsmålinger og satellittmålt havnivå økte globalt havnivå i gjennomsnitt med 3,6 mm per år for perioden 2006 til 2015. Av dette utgjorde oppvarming av havet rundt 39 prosent (virkningen av variasjoner i saltholdighet er liten og kan derfor sees bort fra i denne sammenheng). Smelting av breer, samt smelting av iskappene på Grønland og i Antarktis, utgjorde i sum 50 prosent. Og endelig, økt lagring av vann på land (som grunnvann og økt fuktighet i jorden) bidro med minus 6 prosent, altså til noe fallende havnivå.

Det totale bidragene fra faktorene over (fra breer, pluss Grønland og Antarktis, pluss lagring av vann på land) gir en havstigning på 3,0 mm per år, eller mellom 2,6 og 3,4 mm per år dersom en tar med usikkerheten til de ulike bidragene. Målt havnivå langs kystene og fra satellitt er på 3,6 mm per år, med en usikkerhet på pluss/minus 0,5 mm per år.

Selv om de to «metodene» gir noe forskjellig resultat (3,0 mm per år og 3,6 mm per år), overlapper de når vi tar hensyn til metodiske usikkerheter. Vi kan derfor konkludere med at havnivået er forstått i den forstand at summen av de ulike enkeltfaktorene er i samsvar med direkte målt havnivå.

Hvor mye kan havnivået stige frem mot år 2100 og 2300?

Høyt globalt havnivå vil være en av de lengst varende effektene av global oppvarming. Det er to hovedårsaker til dette: Grunnet menneskeskapte klimagassutslipp vil havet få tilført ekstra varme i hundrevis, sannsynligvis tusenvis, av år fremover. Dette betyr at global havtemperatur vil øke, som medfører fortsatt termisk ekspansjon av vannmassene.

Den ekstra tilførte varmen vil også bidra til at breene, samt iskappene på Grønland og i Antarktis, fortsetter å smelte. Skulle alle breene smelte, vil dette føre til en global havstigning på rundt 0,5 m. Tilsvarende havnivåverdier for total nedsmelting av iskappene på Grønland og i Antarktis er på rundt 7 og 58 m. Disse verdiene – og da særlig bidragene fra Grønland og Antarktis – viser den formidable mengden vann som i dag er lagret på land i form av is.

Mens mesteparten av verdens breer forventes å være tapt i løpet av 100 år, vil store deler av iskappene på Grønland og i Antarktis være intakte. Men selv en svak akselerering av smeltingen av de to iskappene vil ha direkte – og store – følger for globalt havnivå.

En sammenstilling av mulig, fremtidig endring av globalt havnivå for perioden år 2000 til 2300 er vist i figur 2. To scenarioer er vist, et «høyutslippsscenario» hvor de globale klimagassutslippene fortsetter å øke i dette århundre (rød farge), og to grader-scenarioet hvor utslippene avtar fra rundt nåtid og går mot null rundt 2050 (blå farge).

For inneværende århundre kan vi forvente at globalt havnivå øker et sted mellom 43 og 84 cm. Til sammenligning tilsvarer dagens økningstakt 36 cm i løpet av 100 år. Usikkerheten for de to scenarioene er store, vist med rød og blå skravering i figur 2. En hovedårsak til denne usikkerheten er manglende kunnskap om hvor raskt – og hvor mye – iskappene på Grønland og i Antarktis vil smelte.

Frem mot år 2300 vil globalt havnivå fortsette å stige. To grader-scenarioet gir en stigning på rundt én meter, mens høyutslippsscenarioet gir en stigning et sted mellom 2,5 og 5,5 meter. Mens det ennå er mulig å begrense klimagassutslippene i tråd med to grader-scenarioet, er det høyst sannsynlig at de globale utslippene vil være vesentlig lavere enn hva som ligger til grunn for høyutslippsscenarioet. For globalt havnivå betyr dette en økning et sted mellom de to scenarioene, kanskje nærmest to grader-scenarioet.

Havet stiger ikke jevnt

Vertikal landbevegelse

Endringer i globalt havnivå er en særdeles sentral og viktig klimaindikator. Kanskje den aller viktigste. Men at globalt havnivå stiger, betyr ikke at havnivået stiger like mye over alt. Noen steder kan endatil havnivået synke.

Én av årsakene til ulik havstigning – sett fra land – er vertikal landbevegelse. Denne kan være stor, opp til 1 m per 100 år innerst i Bottenviken og i området rundt Hudsonbukten i Nord-Amerika. Årsaken til den raske løftingen av land er den store ismassen som lå over disse områdene under siste istid. Tyngden av isen presset landet ned. Etter at isen forsvant for rundt 11000 år siden, har landet langsomt løftet seg opp igjen, og denne prosessen fortsetter i dag.

For Norges del er landhevingen størst innerst i Oslo- og Trondheimsfjorden, og minst langs sør- og vestlandskysten. Følgelig vil sør- og vestlandskysten merke størst virkning av havnivåstigning langs Norges kyst, mens indre deler av Oslo- og Trondheimsfjorden får minst virkninger av stigende hav.

Ismassenes fingeravtrykk

Smeltevannet fra Grønland fører til stigende havnivå globalt sett, men stigningen er ikke jevnt fordelt i havet. Faktisk vil havstigningen fra et smeltende Grønland være størst langt borte fra Grønland, som i tropene og på den sørlige halvkule. Tilsvarende vil smeltende is i Antarktis gi størst stigning av havnivået i tropene og på den nordlige halvkule.

Årsaken til dette paradokset er å finne i endringer i jordens gravitasjonsfelt. Vi kan bruke Grønland som et eksempel, men fenomenet gjelder for enhver endring av masse på jorden.

I en tenkt «normalsituasjon» er det mye is på Grønland. Ismassen vil trekke til seg alt i sin nærhet. Følgelig “buler” havnivået oppover i havområdene rundt Grønland.

Når Grønlandsisen smelter, skjer to ting. For det første tilføres smeltevann til havet. Dette gir havstigning. Når isen forsvinner, forsvinner også massen som har fått havnivået til å bule. Følgelig er virkningen av smeltende landis størst langt borte fra hvor smeltingen finner sted.

De to bidragene – tilført smeltevann til havet og redusert gravitasjonstiltrekning nær Grønland – er forklaringen på stigende havnivå langt fra Grønland (hvor gravitasjonsvirkningen er svak) og fallende havnivå nær Grønland (hvor gravitasjonsvirkningen er størst).

En illustrasjon av denne virkningen – som altså er hvordan globalt havnivå endrer seg grunnet smeltende landis – er vist i figur 3. Området i tropene innenfor de grønne linjene har en havstigning opptil 15 prosent over globalt gjennomsnitt. Dette smeltebidraget fra begge poler gir bidrag i tropene. Norskekysten, i hovedsak grunnet vår nærhet til Grønland, har et bidrag rundt halvparten av globalt gjennomsnitt. Skulle iskappen i Antarktis smelte mer enn Grønlandsisen, vil havstigningen langs norskekysten øke relativt til det som er vist i figuren.

Havnivåendring langs norskekysten

Det er 20 vannstandsmålere langs norskekysten med relativt lange måletidsserierHonningsvåg, Hammerfest, Tromsø, Harstad, Narvik, Kabelvåg, Bodø, Rørvik, Heimsjø, Kristiansund, Ålesund, Måløy, Bergen, Stavanger, Tregde, Oslo og Oscarsborg. med observasjoner tilgjengelig fra Kartverket. For perioden 1960-2019 er det en gjennomsnittlig havnivåstigning utenfor norskekysten, det vil si når vi ser bort fra landheving, på 2,9 mm per år (Richter mfl. (2012), med oppdaterte verdier).

Relativt til land stiger havnivået i Finnmark (mellom Vardø og Hammerfest) og på Sør-Vestlandet (mellom Ålesund og Tregde). Ellers faller havnivå relativt til land med størst fall i Oslofjorden. Variasjonene langs norskekysten skyldes som nevnt i stor grad varierende landheving, med svakest landheving i sørvest og klart størst heving innerst i Oslo- og Trondheimsfjorden.

Målt vannstandsnivå relativt til land i Bergen og Oslo er vist i figur 4. For Bergen har vannstanden falt frem til rundt 1980, for deretter å stige. Stigningen siden 1960 er på 0,9 mm per år. Siden vertikal landheving er tilnærmet konstant (rundt 15 cm per 100 år i Bergen), betyr dette at havnivået utenfor vestlandskysten steg saktere enn landhevingen fram til 1980 og raskere deretter.

I Oslo har havnivået falt frem til rundt år 2000, med en utflating deretter. Gjennomsnittlig fall siden 1960 er på 2,2 mm per år. Dette er som forventet da landheving innerst i Oslofjorden er på rundt 45 cm per 100 år.

Med akselererende global havnivåstigning kan vi også forvente stigende havnivå langs norskekysten, muligvis unntatt innerste Oslo- og Trondheimsfjord. En grundig gjennomgang av dette finnes i rapporten «Sea level change for Norway. Past and Present Observations and projections to 2100».

 

Artikkelen er skrevet av Helge Drange, klimaforsker tilknyttet Bjerknessenteret, Universitetet i Bergen. Først publisert i Energi og klima