Iskanten i Barentshavet

Kan en svakere sol de neste tiårene føre til at iskanten i Barentshavet vandrer sørover?

Figur 1. Hollandsk hvalfangst ved Svalbard. Maleri av Abraham Storck (1644-1708)

Høsten 2014 ble Havforskningsinstituttets tokt på nordsiden av Svalbard stoppet av drivisen på vel 80 grader nord.  

I 1931 derimot, gjennomførte vår store havforsker H.U. Sverdrup fysiske og biologiske studier på 82 grader nord i Nordishavet (Sverdrup 1933), og i 1693 gikk de to franske fregattene Aigle og Favorie nord for Svalbard (Henrat 1984) og kapret 12 nederlandske skip som drev hvalfangst i Sorgfjorden i Hinlopenstredet.

Også på 1690-tallet lå iskanten nord for 82 grader nord. Hvordan henger dette sammen?

Både i fagpressen og media generelt blir vi fortalt at det aldri har vært så lite is nord for Svalbard som nå. Har det også i tidligere perioder de siste århundrer vært like lite is som i dag?

Her bruker vi en av de lengste klimatidsseriene, isutbredelsen i Barentshavet fra 1580 til 2015, for å studere om det er en sammenheng mellom variasjon i solinnstrålingen og isutbredelse i Arktis.

Hvis det er en sammenheng – kan da iskanten i Barentshavet vandre sørover igjen som følge av en svakere sol de neste tiår?

Iskanten vandrer

Ved å bruke informasjon fra dekksdagbøker til hval- og selfangere, tidligere ekspedisjoner, og i moderne tid fra fly og satellitter er vi i stand til å beskrive isutbredelsen i det nordlige Barentshavet og Norskehavet helt tilbake til 1579 (Vinje 1999; Falk-Petersen et al. 2015).  

Denne tidsserien viser at det har vært perioder med like lite is som i dag og andre perioder med mye is, som på 1860-tallet da isen lå nær Finnmarkskysten (figur 2).

I 1881 rapporteres det at iskanten var 10 kilometer nord for Øst-Finnmark og det strandet isfjell på kysten av Troms (Eng 2012).

Figur 2. Maksimal isutbredelse i april 1769-1995. (Norsk Polarinstitutt Årsmelding 1999)

 Figur 3. Isdekke i Arktis ved smeltesesongens slutt i 2015 basert på satellittmålinger sammenlignet med historiske sommerisminima og gjennomsnitt for 30 år (oransje). (http://www.iup.uni-bremen.de:8084/amsr2/#Minimum).

Minimum isutbredelse i Arktis – satellittmålinger

Siden 1972 har havisens utbredelse blitt beregnet ved satellittmålinger. Data er bearbeidet og daglige iskart er tilgjengelige fra Institute of Environmental Physics, University of Bremen (Spreen et al. 2008).

Figur 3 viser deres beregning av minimum isutbredelse i Arktis ved smeltesesongens slutt 6. September 2015 sammenlignet med middelverdien for årene 1981-2010 og årene 2007 og 2012 da det var ekstremt lite is.

Minimum i 2015 var det fjerde laveste siden disse målingene startet.

Iskanten i Barentshavet

Hvor iskanten ligger i Barentshavet påvirker næringsaktivitet som fiske og fangst, maritim trafikk og klimaet i Europa.  

I det følgende skal vi beskrive variasjonene i sommeriskantens (august) beliggenhet mellom Svalbard og Franz Josefs siden 1579.

Vår analyse er basert på innsamling av data av Torgny Vinje, og inspirert av hans funn av samvariasjon mellom beliggenheten av iskanten og solens aktivitet (Vinje og Goosse 2003), har vi sett nærmere på samvariasjonen mellom solinnstråling og iskantens beliggenhet.

Sannsynligheten for en svakere sol de nærmeste tiårene antyder en mulighet for at iskanten igjen beveger seg sørover. I tillegg viser Argo observasjoner (59N, 30-0W, 0-800m) at kaldere vann i Nord-atlanteren er på vei nordover.

I farvannet nord for Svalbard var det hvalfangst i perioden 1680-1790.  Da var sommeriskanten ofte nord for 79N, og noen ganger så langt nord som 82N.

Dette er dokumentert i et pionerarbeid av Torgny Vinje (1999), basert på studium av skipslogger fra hvalfangere og tidlige oppdagelsesreisende, supplert med moderne målinger fra fly og satellitter.

Dette arbeidet er videreført av Stig Falk-Petersen og medarbeidere (2015), nå oppdatert til og med sommeren 2015.

Estimert beliggenhet av iskanten var 82,5N i 1690. Denne rekorden ble ikke slått før i 2013 da iskanten ble beregnet å ligge på 83,4N.

Figur 4. Iskantens posisjon (grå stolper) i august for farvannet mellom Svalbard og Franz Josef land for perioden 1553-2012, angitt som midlere breddegrad mellom sektor 20-45E (modifisert etter Vinje (1999) og oppdatert til sommeren 2012: den sorte kurven er 10 års glidende middelverdi; 2011* er året med minst isdekke i perioden (Falk-Pettersen et al. 2015)

I figur 4 varierer sommeriskantens beliggenhet mellom 75,5N og 82,5N.

Vi ser at det var mye is i perioden 1624 -1671 da iskanten lå så langt sør som 76N (unntatt for 1664 da den er på 82N).

Mellom 1695 og 1723 er det kun to observasjoner (1706 og 1707).  

Siden perioden 1640-1720 faller sammen med Den lille istid, en svært kald periode i Europa, kan vi ikke se bort fra at mangelen på observasjoner i deler av denne perioden skyldes at isen lå såpass langt sør at ingen ekspedisjoner gikk til Arktis.

Rundt 1680 trekker isen seg hurtig nordover og i perioden 1680 til 1785 er det svært lite is i farvannet rundt Svalbard og i Barentshavet, hvor isgrensen et år (1690) er så langt nord som 82,5N.

Denne perioden faller sammen med den europeiske hvalfangsten på Grønlandshval som varte i over 100 år. En regner at bestanden av Grønlandshval var på mellom 60 000 og 100 000 dyr før fangsten startet.

Figur 5. Den norske havforskeren H.U. Sverdrup gjennomførte i 1931 studier av innstrømningen av Atlanterhavsvann nord for Svalbard med U-båten Nautilus. Iskanten lå da på 80 grader nord.

En rask forskyvning av iskanten sørover skjer mellom 1780 og 1785 da den går fra 80 til 76N.

Denne ekspansjonen faller sammen i tid med vulkanutbruddene Krakatau og Laki i 1783, som også bidrar til et kaldere klima i 1780-årene.

I hele perioden fra 1785 til 1925 er det mye is. Det er imidlertid store variasjoner og midt i denne isrike perioden er det en kort periode med mindre is fra 1844-64 da iskanten lå på 80N.

Fra 1910 trekker isen seg raskt nordover og fra 1928 ligger iskanten stort sett nord for 79N.

I 1931 er isen svært langt nord og H.U. Sverdrup når 82 grader nord med ubåten Nautilus. (figur 5).

I siste del av 1930-årene er det relativt lite is og den tyske hjelpekrysseren Komet går i 1940 gjennom Nordøstpassasjen.

Det er igjen to korte perioder med mer is, først midt på 40-tallet og så på 60-tallet, men isen trekker seg kontinuerlig tilbake og fra år 2000 lå iskanten nord for 81N de fleste år og i enkelte år nord for 82N.

De siste to årene har iskanten ligget på 80N (2014) og 82,6N (2015).

Periodiske variasjoner

Figur 6. Et wavelet diagram av iskantens beliggenhet 1579-2012. Den stiplete linjen angir grensen for et område hvor resultatet kan være forstyrret på grunn av seriens lengde og nærhet til kantene

Figur 6 viser en waveletanalyse av iskanttidsserien. En slik analyse kan avsløre periodiske variasjoner i iskantens beliggenhet.

Ryggene i figuren indikerer stabile perioder. Vi ser at det er ingen stabile korte perioder, men at perioder på 28-30, 37-42 og 55-60 år forekommer gjennom deler av serien i tillegg til en lengre periode på omkring 200 år.

Fram til 1900 eksisterte en periode på omkring 17 år som er forsvunnet i nyere tid.

En Fourier Transform analyse av hele serien viser kun signifikante lange perioder på 81, 153, 250, og ca. 500 år.

I figur 7 viser vi tidsserien med en syntetisk kurve konstruert av disse fire periodene. Tilsvarende perioder er også funnet i en serie med isotopene ¹⁰Be og ¹⁴C som viser kosmisk stråling påvirket av solaktivitet gjennom 9 400 år (McCracken et al. 2014).

Den syntetiske iskantkurven i figur 7 gjengir hovedtrekkene i tidsserien. En forlengelse tilbake i tid viser et tydelig maksimum omkring 1525 og at iskanten etter 2020 igjen går mot sør med et minimum omkring 78N etter 2050.

Figur 7. Beregning av sørlig grense for sommeriskanten 1579 – 2015 og en syntetisk kurve (blått) basert på 4 perioder bestemt ved Fourier Transform analyse av tidsserien

Iskanten og solvariasjoner

I sine arbeider viser Vinje (Vinje and Goose 2003) at iskantens beliggenhet er dominert av naturlige variasjoner og er sterkt korrelert (r=0,93) med arktisk temperatur.

Han finner også en god korrelasjon (r=0,77) med lengden av solflekkperiodene, slik at lange solflekkperioder betyr en sørligere iskant.

Denne korrelasjonen ble dårligere etter 1960, og han tolker det som at et antropogent bidrag da gjør seg gjeldende.

Figur 8. Iskantens beliggenhet 1723 – 2013 sammenlignet med total solinnstråling (TSI) (rød kurve – med skala på høyre akse i W/m²)

Det som først og fremst setter grense for hvor mye is vi får i Arktis er varmt vann som kommer med Den norske atlanterhavsstrømmen nordover.

Hvor mye varme som strømmen tar med seg avhenger av soloppvarmingen på lavere breddegrader. Vi kan tenke oss at det kan være en sammenheng mellom total solinnstråling (TSI) og beliggenheten av iskanten.

Den totale solinnstrålingen er målt med satellitter etter 1979 og beregnet til en midlere avstand fra solen, slik at den er korrigert for årstidsvariasjoner. For perioden før 1979 er den beregnet ut fra ulike typer soldata (Scafetta og Willson, 2014).

Samvariasjonen mellom iskantens beliggenhet og TSI siden 1723 er vist i figur 8.

Vi finner en korrelasjon r=0.63 mellom TSI og beliggenheten av iskanten, basert på en lineær sammenheng. Det vil si at ca. 40 prosent av iskantvariasjonene kan forklares ved variasjoner i solintensitet, slik at iskanten flytter seg 0.90±0.08 grader nordover for 1 W/m2 økning av total solinnstråling.  

I denne beregningen har vi ikke tatt hensyn til at det kan ta tid før varmere vann fra sør når fram til iskanten. Kyststrømmen langs Norge tar tre år fra sør til nord, og en regner ca. ti år fra Karibien til norskekysten.

Effekten av Jordas bane

Figur 9. Forskjellen mellom observert iskant og iskanten beregnet ut fra variasjon i total solinnstråling (TSI)

I figur 9 viser vi differansen mellom observert iskant og iskanten modellert ut fra solinnstrålingen (rød kurve i figur 8) basert på den lineære sammenhengen omtalt ovenfor.

I denne differansekurven er det ikke tegn til økende avvik etter 1960 slik som Vinje fant.

Derimot finner vi at avvikene øker lineært gjennom hele perioden fra 1723. Den er av størrelsesorden en breddegrad på 300 år.  

En mulig forklaring på dette er at jordas bane endrer seg slik at dato for perihel (solnære) flytter seg en dag per 56 eller 57 år. Nå er perihel omkring 4. Januar, og den har flyttet seg ca. 5 dager fremover siden 1723.

Jorda går raskest i sin bane omkring perihel, og det betyr at vinter og vår blir kortere, noe som fører til at snø og is tiner tidligere på den nordlige halvkule. Dette forandrer bakkens albedo og gir en sterk oppvarmingseffekt.  

Dette kan også forklare at havisen minker i Arktis mens den øker i Antarktis, der vinter og vår blir lengre – med mindre solinnstråling fordi jorda da er i aphel (solfjerne).

Avkjøling i Nord-atlanteren og svakere sol

Figur 10. Variasjon av varmeinnhold i Nordatlanteren (60-0W,30-65N) til 700 m dybde. Måndedsdata og glidende midling over 3 år. Data fra National Oceanographic Data Center (NODC). (www.climate4you.com). Figuren oppe til høyre viser hvor temperaturutsnittet er gjort

Målinger av varmeinnholdet i havet fra 0 – 700 meter dybde i en sektor av Nord-atlanteren er vist i figur 10. Vi finner at det har blitt betydelig kaldere siden 2006. Dette er også dokumentert i et temperatursnitt langs 59N som er vist i figur 11.

Langs denne breddegraden har temperaturen i havet sunket 0,8 °C siden 2006. Siden Den norske atlanterhavsstrømmen bringer dette kaldere vannet nordover, er det høyst sannsynlig at det om noen år vil få innvirkning på iskanten i Barentshavet, som da vil trekke seg sørover.

Figur 11. Temperaturmålinger langs et snitt 59N, 30-0W, 0-800m dybde basert på Argo data hentet fra Global Marine Argo Atlas. Månedsdata og glidende midling over 3 år.  (www.climate4you.com)

Det er nå mange tegn på at solens aktivitet, slik den beskrives ved solflekker og solinnstråling, er for nedadgående.  

Vi har hatt en ekstra sterk aktivitetsperiode som har gitt toppene i solinnstråling siden 1920 som er vist i figur 8. Prognoser for solens utvikling basert på mange forskjellige analyser, viser stor sannsynlighet for en svakere solinnstråling de nærmeste tiår.

Det er uklart hvor svakere mye den blir. Mest sannsynlig er at vi kan få et minimum som kan minne om perioden 1790-1820, også kaldt Dalton minimum.

Det er også forskere som hevder at vi kan få noe tilsvarende Maunder Minimum som fant sted i perioden 1640-1710.

I begge disse perioder vandret sommeriskanten sørover til 76N. Den langsomme oppvarmingen på grunn av jordbanens dreining vil antakelig holde den nord for 75N.

Referanser

Eng, V. 2012, Nordnorsk uvær i 215 år, met.no info, No. 14

Falk-Petersen S. et al., 2015, At the rainbow’s end: high productivity fueled by winter updwelling along an Artic shelf,Polar Biology, DOI 10.1007/s00300-014

Henrat, P. 1984, French Naval Operations in Spitsbergen during Louis XIV’s Reign. ARCTIC 37 (4): 544-551

McCracken, K. G., et al., 2014, Evidence for Planetary Forcing of the Cosmic Ray Intensity and Solar Activity Throughout the Past 9400 Years, Solar Phys, 289,3207-3229

Scafetta, N. og Willson, R. C. 2014, ACRIM total solar irradiance satellite composite validation versus TSI proxy models, Astrophysics and Space Science, DOI:10.1007/s10509-013-1775-9

Spreen, G. Kaleschke, L og Heygster G. 2008, Sea ice remote sensing using AMSR-E 89 GHz channels J. Geophys. Res.,vol. 113, C02S03, doi:10.1029/2005JC003384

Sverdrup, H. U. 1933. Scientific results of the Nautilus expedition. Papers in physical Oceanography and meteorology. Published by Massachusetts Institute of technology and Woods Hole Oceanographic Institution. Vol II, No.1: 1-74

Vinje, T. 1999,  Barents Sea ice edge variation over the past 400 years. Extended abstract. Workshop on sea-ice charts of the Arctic,
Seattle, WA. World Meteorological Organization, WMO/TD No. 949, 4-/6

Vinje, T. og  Goosse, H. 2003, Ice extent variations during last centuries. Observation and simulation of natural and antropogenic effects, Poster at Final ACSYS Science Conference, Arctic and Antarctic Research Institute, St. Petersburg, 11-14 November 2003