Loftslagsbreytingar og áhrif þeirra á orkukerfi og samgöngur (LOKS)
Inngangur
Samkvæmt nýjustu loftslagsskýrslu Sameinuðu þjóðanna (IPCC 2007) má vænta þess að hlýnun í andrúmslofti jarðar verði að meðaltali á bilinu 1.1-6.8 °C á 21. öld. Spár benda til þess að líkleg hækkun ársmeðalhita á Íslandi á 21. öld liggi á bilinu 1.4 - 2.4 °C. Loftslagsbreytingar af mannavöldum munu hafa veruleg áhrif á vatnafar og vatnsorkuframleiðslu hérlendis, ekki síst vegna stöðugrar bráðnunar jökla, sem einnig mun breyta álagi afrennslis á samgöngukerfi.
Á Norðurlöndum hefur verið unnið að ítarlegum athugunum á áhrifum veðurfarsbreytinga á orkukerfi og orkuframleiðslu og styrkti Norræni orkurannsóknasjóðurinn (Nordic Energy Research) fjögurra ára norrænt samstarfsverkefni á þessu sviði á árunum 2007-2010. Verkefninu, Climate and Energy Systems (CES), lauk formlega á árinu 2010. Systurverkefni CES, hið íslenska Loftslagsbreytingar og áhrif þeirra á orkukerfi og samgöngur (LOKS) hefur verið unnið samhliða hinu norræna verkefni. LOKS er styrkt af Landsvirkjun, Orkustofnun og Vegagerðinni og er miðað við að því ljúki formlega árið 2011.
Þátttakendur í verkefninu eru sérfræðingar í þróun og notkun fræðilegra líkana, sem beitt er við rannsóknir á veðurfari, vatnafari og jökulafkomu.
Verkefnið miðast við breytingar á fyrri hluta 21. aldar og skiptist í eftirfarandi verkþætti:
1. Veðurfar. Reikningar á veðri á Íslandi á sl. 50 árum með mismunandi reikniupplausn. Niðurkvörðun valinna sviðsmynda um veðurfarsbreytingar á fyrri hluta 21. aldar, greining þeirra og túlkun, m.a. með tilliti til aftakaatburða.
2. Vatnafar. Frekari nýting og kvörðun nýs afrennslislíkans og gerð nýs afrennsliskorts af Íslandi. Vatnafarskeyrslur fyrir sviðsmyndir veðurfars á Íslandi, sem reiknaðar eru í 1. lið. Könnuð áhrif svæðisbundins breytileika í veðurfari á afrennsli.
3. Tímaraðir. Kannaður svæðisbundinn breytileiki í veðurfari og vatnafari á sl. öld. Greining á endurkomutíma flóða og ofviðra í framtíðarveðurfari. Athugun á næmni afrennslislíkana gagnvart reikniupplausn veðurlíkana. Þessi liður verður unninn í nánum tengslum við 1. og 2. verkþátt.
4. Jöklar. Skráning gagna um afkomu meginjökla landsins. Líkanreikningar á afkomu jöklanna og á afrennsli frá þeim í hlýnandi loftslagi. Frekari þróun ísflæðilíkana og keyrsla þeirra miðað við sviðsmyndir veðurfars. Fylgst með breytingum á jökuljöðrum og vatnafari umhverfis jökla.
5. Upplýsingatækni. Birting og dreifing niðurstaðna verkefnisins, m.a. með vefsetri þar sem veittur verður aðgangur að helstu niðurstöðum verkefnisins, bæði skýrslum og útreiknuðum gögnum, sem verða öllum aðgengileg til frekari vinnslu. Vefsíður um verkefnið, kynning á innlendum og alþjóðlegum vettvangi með fundum, ráðstefnum og útgáfu.
6. Samgöngur og orkukerfi. Rannsóknir á breyttum rennslisleiðum vatnsfalla og breyttu álagi á brýr og vegi. Einnig verða rannsakaðar breytingar í háttum jökulhlaupa og leysingarflóða í hlýnandi loftslagi. Kerfisathuganir til að meta áhrif loftslagsbreytinga á orkugetu og takmarkanir í íslenska raforkukerfinu. Spár um vatnsbúskap á fyrri hluta 21. aldar.
Nánar má lesa um vinnu einstakra hópa undir liðnum Rannsóknir hér til hægri. Niðurstöður verkhópnna geta skapað nýjar forsendur fyrir mati á áhættu við byggingu samgöngumannvirkja við breytt veður- og vatnafar. Kannað verður sérstaklega breytt eðli flóða, breytingar á tímasetningu flóða innan ársins og hvort stærð og tíðni þeirra tekur breytingum við breytt loftslag.
Bakgrunnur
Á undanförnum árum hefur tekist traust samstarf íslenskra veðurfræðinga, vatnafræðinga og jöklafræðinga, sem fást við rannsóknir á áhrifum veðurfarsbreytinga á náttúrufar á Íslandi. Á vegum norrænna og íslenskra samvinnuverkefna (CWE/VVO, CE/VO, CES/LOKS ), hefur m.a. verið unnið að ýtarlegri greiningu veðurgagna, rennslismælinga og gagna um jökulafkomu, sem safnað hefur verið frá upphafi athugana. Gögnin hafa síðan verið nýtt við þróun og keyrslu fræðilegra spálíkana, sem reikna veðurfar, jökulafkomu og afrennsli á Íslandi í framtíð. Við reikninga á þróun lofthjúps á Norður-Atlantshafssvæðinu hefur verið tekið mið af spám milliríkjanefndar SÞ um loftslagsmál (IPCC) um losun gróðurhúslofttegunda á 21. öld og hnattræna hlýnun. Líkanreikningar með óvissumörkum gera ráð fyrir hækkun á ársmeðalhita jarðar á bilinu 1.1-6.4 °C, en líklegast er að hlýnunin verði á bilinu 1.8-4.0 °C frá upphafi 21. aldar til loka hennar.
Ofangreind verkefni hafa m.a. miðað að því að spá fyrir um áhrif loftslagsbreytinga af mannavöldum á vatnafar og vatnsorkuframleiðslu hérlendis, ekki síst vegna stöðugrar bráðnunar jökla. Nýlega hafa augu manna í síauknum mæli beinst að breytingum í álagi afrennslis á vegi og brýr hérlendis, auk þess sem vænta má breytinga í háttum jökulhlaupa og leysingarflóða í hlýnandi loftslagi. Þessi aukni áhugi á álagi afrennslis á samgöngukerfi leiddi til þess að á árinu 2008 tekið var upp samstarf við Vegagerðina rannsóknaverkefni sem Landsvirkjun og Orkustofnun voru einnig aðilar að. Í þessu verkefni (LOKS) er byggt á reynslu þeirri og samstarfsgrunni, sem skapast hafði í fyrri loftslagsverkefnum, en aðalniðurstöður þeirra verkefna eru þessar helstar:
Sögulegar hitabreytingar. Frá því á síðari hluta 19. aldar hefur hlýnun hér á landi verið svipuð meðaltalinu yfir norðurhveli jarðar, en sé eingöngu litið til sl. 20-30 ára hefur hlýnun hérlendis hins vegar verið mun örari en að jafnaði á norðurhveli. Ársmeðalhiti í Stykkishólmi hækkaði t.d. um 1.25°C á árabilinu 1995-2009.
Líkangerð af veður- og vatnafari liðinna ára. Meðalúrkoma á öllu landinu á tímabilinu 1961-1990 var reiknuð með úrkomulíkani. Niðurstöður voru kvarðaðar og sannreyndar með úrkomugögnum, afrennslisgögnum og afkomugögnum frá jöklum. Reikningarnir gera ráð fyrir áhrifum landslags á úrkomu og bæta niðurstöður þeirra úr brýnni þörf fyrir upplýsingar um úrkomudreifingu yfir landinu, einkum á hálendinu. Sett var upp nýtt líkan til reikninga á vatnafari landsins og því beitt til að reikna afrennsli af landinu á árabilinu 1961-1990. Við reikningana var byggt á nýrri vatnafarsflokkun landsins. Árstíðasveifla afrennslis var rannsökuð auk þess sem rennslishættir vatnsfalla voru kannaðir til upphafs mælinga.
Framtíðarloftslag. Innan VVO verkefnisins var norrænu reiknilíkani (HIRHAM), sem byggir á hnattrænum reikningum evrópskrar reiknimiðstöðvar og nýtir tvær mismunandi sviðsmyndir um losun gróðurhúslofttegunda, var beitt til að reikna hita- og úrkomubreytingar á Íslandi fram til loka 21. aldar. Niðurstöður bentu til að hlýna myndi um 2-3°C á öldinni, aukning úrkomu yrði lítil. Nýrri reikningar sem byggja á líkönum IPCC spá heldur minni hlýnun (~ 1.5-3°C) til aldarloka, en aukningu úrkomu. [sjá Skýrslu vísindanefndar um loftslagsbreytingar; Umhverfisráðuneytið 2008 og skýrslu Nawri N og Björnsson 2010].
Jöklabreytingar. Jöklar þekja tíunda hluta landsins og vegna verulegra áhrifa þeirra á umhverfi og vatnafar hefur hlýnun loftslags hér hlutfallslega meiri áhrif á rennsli vatnsfalla og á orkuframleiðslu en í flestum öðrum löndum. Áhrif hlýnunar á afrennsli frá jöklum fela í fyrstu í sér aukið meðalafrennsli, svo og meira hámarksrennsli í flóðum, og verulega aukningu á dægursveiflu. Við rýrnun og hörfun jökla kunna vatnaskil á jökli og farvegir vatns undir jökli að breytast, en það getur haft áhrif á hönnunarforsendur brúa, vega og margra annarra mannvirkja. Viðbrögð Langjökuls, Hofsjökuls og sunnanverðs Vatnajökuls voru könnuð með líkönum sem reikna afkomu og hreyfingu jökla og þau keyrð fram í tímann miðað við sviðsmyndir um breytingar í loftslagi. Niðurstöður benda til að jöklarnir muni rýrna hratt og hverfa að mestu á næstu 100-200 árum. Afrennsli verður mest á tímabilinu 2025-2075 og mesta afrennslisaukning verður 50-100% af núverandi afrennsli frá svæðum, sem jöklarnir þekja nú.
Afrennslisbreytingar. Áhrif hlýnunar, úrkomubreytingar og breytinga á jöklum á afrennsli voru reiknuð með WaSiM-afrennslislíkaninu, með sérstakri áherslu á breytingu milli tímabilanna 1961-1990 og 2071-2100. Afrennsli mun samkvæmt sviðsmynd um framtíðarveðurfar aukast um rúmlega 25% og vegur þar þyngst bráðnun jökla. Árstíðaskipting afrennslisins breytist jafnframt verulega þannig að vetrarrennsli eykst og hámarksrennsli ársins færist frá fyrri hluta sumars yfir á síðari hluta ársins.
Áhrif veðurfarsbreytinga síðustu áratuga hafa þegar haft áhrif á rennsli fallvatna sem taka þarf tillit til í sambandi við vegamannvirki á nokkrum stöðum á landinu. Þannig stendur brú yfir Heinabergsvötn frá 1944 á þurru landi vegna þess að áin flutti sig yfir í Kolgrímu við hörfun jökulsins á fyrri hluta síðustu aldar. Breytingar á Svínafellsjökli og Hoffellsjökli í Hornafirði hafa valdið breytingum á árfarvegum neðan við jökulinn sem taka þarf tillit til varðandi vegi þar. Þá er skemmst að minnast þess að Skeiðará hvarf úr farvegi sínum sumarið 2009 svo sem spáð hafði verið og rennur nú til vesturs meðfram jaðri Skeiðarárjökuls og síðan í farveg Gígjukvíslar. Framvegis munu hlaup í Skeiðará því leita í þann sama farveg og því ljóst að brúin á Gígjukvísl þarf að anna því rennsli. Litlar líkur eru hins vegar á að Skeiðarárbrú muni í náinni framtíð þurfa að standast flóð vegna hlaupa úr Grímsvötnum, og t.d. fór ekkert vatn í gamla Skeiðarárfarveginn í hlaupinu sem varð haustið 2010. Þegar hefur myndast umtalsvert lón við jaðar Skeiðarárjökuls sem stækkar ár frá ári. Þá skipta hraðar breytingar á Jökulsárlóni vegna hörfunar Breiðamerkurjökuls miklu máli fyrir veginn yfir Breiðamerkursand og nú eru tekin að myndast lón framan við Fláajökul og Hoffellsjökul. Víða annars staðar á landinu kunna að verða breytingar á farvegum og rennslisháttum jökuláa sem kunna að hafa mikla þýðingu fyrir vegakerfi landsins.
Sérfræðingar á vegum LOKS áttu t.d. veigamikinn þátt í samningu nýrrar loftslagsskýrslu Umhverfisráðuneytisins, sem út kom 2008, skýrslunni "Physical Climate Science since IPCC AR4" sem kom út á vegum Norrænu ráðherranefndarinnar árið 2010 og eru meðal ritstjóra og kaflahöfunda í lokaskýrsla CES verkefnisins sem gefin verður út á árinu 2011.
