Norsk klimaservicesenter rapport nr. 1/2015. Sea Level Change for Norway Past and Present Observations and Projections to 2100 Einar Egeland Matthew J. R. Simpson, J. Even Ø. Nilsen, Oda R. Ravndal, Kristian Breili, Hilde Sande, Halfdan P. Kierulf, Holger Steffen, Eystein Jansen, Mark Carson, Olav Vestøl. Norsk klimaservicesenter rapport nr. 1/2015. Jan Even Øie Nilsen, Nansen senter for miljø og fjernmåling, even@nersc.no

Motivasjon Norge har store verdier langs kysten Kjennskap til framtidige hav- og stormflonivåer er avgjørende for kystsoneforvaltning. Naturlig tidspunkt for oppdatert rapport Økt kunnskap og bedre klimamodeller (IPCC AR5) Oppdaterte tall for landheving Oppdatert stormflostatistikk Samarbeid mellom Kartverket og Nansensenteret/Bjerknessenteret Initiert av Miljødirektoratet Et bidrag fra Norsk klimaservicesenter Faglig grunnlag om havnivå til forvaltningen til Klima i Norge 2100

Årsaker til havnivåendring Varmere klima  Smelting av is på land Varmeutvidelse av havet Regionale, relative endringer skyldes: Totale masseendringer i havet Endringer i havets tetthet og sirkulasjon. Landheving Endringer i tyngdefeltet pga. alle typer omfordeling av masse Hvorfor stiger havet? Når verden blir varmere skjer to ting: 1) Havet utvider seg og blir dermed høyere, og 2) Is på land smelter mer enn før og vann og også is renner ut i havet. Stigningen fordeler seg ulikt i verden, p.g.a. mange effekter: ulik oppvaming, endring i havstrømmer, endring i tyngdefeltet når masse flytter på seg. I snitt globalt forventes havnivået å stige med mellom 30 cm til bortimot 1 meter til slutten av århundret. (Eventuelle overraskelser fra Antarktis er ikke tatt med her.)

Observerte bidrag til global gjennomsnittlig havnivåendring Istap noe større enn utvidelse Lukkede budsjetter Økning med tiden Figure 1.4 Global mean sea level (GMSL) budget (mm/yr) from observations, showing contributions from different sources over different time intervals, based on different studies. The coloured bars are based on AR5 (Church et al., 2013; their Table 13.1) with uncertainties of 5% to 95%. The additional black bars are based on Slangen et al. (2014; their Table 2) and Church et al. (2011) with one standard deviation uncertainties. The observed GMSL rise for the latter two studies are based on tide gauge measurements, and the full line estimate is from AR4 (Bindoff et al., 2007).

IPCC AR5 Utslippscenarioer Havnivåendring RCP8.5 RCP4.5 RCP2.6 Spenn over scenarioer og usikkerheter: 0.26–0.82 m (1986–2005 til 2081–2100) IPCC AR5 (2013) representerer et fundamentalt steg i kunnskap om havnivåendringer Regionale framskrivninger ble levert for første gang Meter, ved høye utslipp

Relative Sea Level Sea surface height (SSH) Relative sea level (RSL) SSH is relative to the reference ellipsoid Satellites measure SSH Relative sea level (RSL) RSL is relative to the solid Earth surface Tide gauges measure RSL A change in RSL is the difference between the change in SSH and the vertical land motion (VLM).

Landheving er viktig i Norge mm/år Ved høye utslipp m/100 år ∆RSL Mer enn 12 000 år siden: Fortsatt: Hvorfor stiger det ikke likt over alt i Norge? 1 Hos oss stiger landmassene, og de stiger med ulik hastighet fra sted til sted. 2 Dette er fordi at under istiden trykket de store ismassene som lå over Skandinavia, jordskorpen ned. Nå vekke. Jordskorpen forsøker å rette seg ut, men det tar 1000-vis av år. 1 Det var tykkest is over Bottenviken, så der var det mest nedtrykt og nå raskest landheving. Jo lenger vekk, jo langsommere haver landet seg. 3 Det som skjer med havnivået utenfor Norge er ikke veldig ulikt det globale middelet. Men havet må ta igjen landet og stige raskere enn landet, dersom vi skal merke noen havnivåstigning her. Resultatet vises i framskrivingene. …

Present-day Vertical Land Motion in Norway Glacial isostatic adjustment (GIA) dominates vertical land motion in Norway. New GPS data with better spatial coverage than before. Numerous levelling observations. We collocate GPS and levelling. Tested better against the longest GPS series. We have more confidence in our solution, the values and uncertainties being essentially based upon the GPS and levelling observations. Similar to that used in AR5, but smaller uncertainties. Gravitational effects of GIA on sea level are taken into account (0.2–0.5 mm/yr). GIA-model GPS Levelling GPS & levelling Modelled vertical land motion from the best fit GIA model. The vertical velocities from the GPS observations are shown as circles. Black dots mark stations with less than 3 years of data; these observations are not included in this study as they are considered unreliable. The levelling lines used. Red lines have been measured four times, orange lines three times, blue lines two times and green lines once. Levelling data from outside of Norway are included in our least-squares collocation solution but are not shown here. Vertical land motion (mm/yr) determined from least-squares collocation of the levelling and GPS observations for (a) our mean solution

Observed Sea Level Changes in Norway Relative sea level rates at the Norwegian tide gauge network reflect the pattern of land uplift. South-, west-, and northern Norway is now experiencing sea level rise in spite of land uplift (red arrows). After correcting for land uplift, the coastal average SSH rate of change is 1.9 mm/yr for 1960–2010 and 3.6 mm/yr for 1993–2014. Altimetry based rates concur with corrected tide gauge rates (1993–2014). Observations point to warming ocean and melting land ice as the main contributors to the trends. RSL-rate

Projected 21st Century Sea Level Changes for Norway - method Regional projections from AR5/CMIP5. Plus estimated self attraction and loading (SAL). Replace VLM with our own estimates. Interpolated to the 276 coastal municipalities. Projections for emission scenarios RCP2.6, RCP4.5, and RCP8.5. Sea level change from 1986–2005 to 2041–2060, 2081–2100, and 2100. We use the AR5 likely range, 5 to 95% uncertainty bounds. RCP8.5 m/100 yr ∆RSL Framskrivingene våre tar hensyn til regionale variasjoner i (1) havets tetthet, omfordeling av vannmasser og sirkulasjon, (2) totale masseendringer i havet og tilhørende endringer i tyngdefeltet, og (3) landheving og tilhørende endringer i tyngdefeltet. Det er anvendt egne beregninger for punkt (3). I tillegg er det gjort beregninger av endringer I tyngdefeltet pga. omfordeling av masse i havet.

Projected 21st Century Sea Level Changes for Norway - contributions Glaciers Antarctica Greenland Steric/dyn m/100 yr VLM m/100 yr ∆RSL RCP4.5

Projected 21st Century Sea Level Changes for Norway - results Stavanger meter RCP8.5 m/100 yr ∆RSL Contributions RCP4.5 Oslo meter The projected time series (RCP2.6 green; RCP4.5 blue; RCP8.5 red). Only small differences between the RCPs before 2050. Uncertainties best represented by observed (yellow) natural variability the next few decades. In the latter half of the century the separate projections from RCPs diverge but still large overlaps between the likely ranges (shaded areas, and bars for 2081–2100 means). Figure 5.2 Contributions to projected relative sea level change for RCP4.5 over the period 1986–2005 to 2081–2100 for the six key locations (a) Oslo (b) Stavanger (c) Bergen (d) Heimsjø (e) Tromsø and (f) Honningsvåg. The ensemble mean and -spread (5 to 95%) are shown by the circles and vertical bars, respectively. -- The Norwegian Environment Agency The Norwegian Mapping Authority Norwegian Meteorological Institute Norwegian Water Resources and Energy Directorate University of Oslo Norwegian Directorate for Civil Protection Contributions RCP4.5

Beyond the likely ranges? Antarctic ice dynamics All contributions Norway Global mean There is no new evidence that allows us to quantify probabilities outside the likely range. However, the ice sheet contributions might have a skewed probability distribution with large values in the upper tail. As a demonstration we apply a skewed distribution for the contribution from Antarctic ice dynamics, fitting the upper 95% bound at 40 cm (dashed blue). The total global projection becomes skewed (from full to dashed red). Our regional sea level projections become even more skewed with 20 cm higher upper 95% bound for Bergen (lower panel). A proper assessment would require full probability distributions for all contributions.

Extreme Sea Levels along the Coast of Norway Knowledge of future extreme water levels is important for coastal management. There are no observations or projections of wind and wave climate that can suggest storm surge activity will change significantly in the future. We obtain current return heights by statistical analysis of the 22 tide gauge records along the Norwegian coast. We use the ACER method since it allows for use of more data and is less sensitive to outliers and missing data. The 20, 200 and 1000-year return heights as well as confidence intervals are calculated. 200 year – HAT 200 year HAT Figure 6.2 Water levels along the coast: (a) the 200 year return levels in meters above mean sea level, (b) highest astronomical tide (HAT) in meters above mean sea level, and (c) the 200 year return height in meters above HAT in order to compare the significance of the extreme levels.

Hvordan kombinere stormflostatistikk og havnivåendring? 200 års RCP8.5 m/100 år ∆RSL Stavanger meter Usikkerhet ±30 cm ? + Antarktis +20 cm? Allowances (m) calculated using the 200-year return heights and projected relative sea level change over the period 1986–2005 to 2081–2100 for (a) RCP2.6 (b) RCP4.5 and (c) RCP8.5. We assume that the model range corresponds to the 17 to 83% probability bounds and fit a normal distribution.

Konsekvenser av havnivåstigning 50 100 150 200 250 300 -50 -100 350 TV2 Stormflonivåer høyere Oversvømmelser oftere I dag: Innen 2100: Jan Lillebø/BT 1 års 200 års 20 års 1000 års Væreffekter 200 års Kaikanten på Bryggen Tidevann 50 cm havnivåstigning KARTNULL Hva skjer med stormfloer? Vi kjenner frekvens og høyde på stormflohendelser i dag. Vi har ikke grunnlag for å forvente endring i stormaktiviteten. Observasjoner viser hvor mye og hvor ofte været gir høyere havnivåer. For eksempel Bryggen i Bergen … <forklaring/animasjon> … Her opplever man stormfloer som går over kaikanten. Sist i 2007, hvor vi hadde det som kalles en 20-års stormflo. Når havet stiger, løftes alle nivåene, noe som gjør at svakere, mer frekvente stormflonivåer også medfører oversvømmelser. I Bergen kan oversvømmelse bli en årlig foreteelse før midten av århundret. Utslippsendringer kan bare forsinke dette med et tiår eller to. (20 års; 40 50 60) HOVEDPOENG: Høyere nivåer + oftere oversvømmelser. Innledng til neste: Hvor fort hyppigheten endrer seg avhenger både av havnivåstigning OG hvor langt det er mellom stormflonivåene. … Hyppighet Kartverket.no/sehavniva

Endringer i returnivåer 1000 200 1000 20 200 1000 200 20 20 1 1 1 Stavanger Oslo Tromsø Figure 7.4 Changes in the 200-year return period (or risk) for the mean relative sea level projection for RCP2.6 (green), RCP4.5 (blue) and RCP8.5 (red) and at the locations (a) Oslo (b) Stavanger (c) Bergen (d) Heimsjø (e) Tromsø and (f) Honningsvåg. 100 150 190 210 80 100 115 120 170 200 220 230 Stor forskjell mellom stormflonivåer Liten havnivåstigning Liten endring i hyppighet Liten forskjell mellom stormflonivåer Stor havnivåstigning Rask endring i hyppighet Middels forskjell mellom stormflonivåer Middels havnivåstigning Middels endring i hyppighet

Landsoversikt havnivåendring og stormflo 200-års stormflonivå kan overstiges i … 1 40 40 10 10 10 … år i dette århundret. 20-års stormflonivå kan overstiges i … 10 60 60 30 30 50 … år i dette århundret. Oslo Stavanger Bergen Trøndelags- Tromsø Honningsvåg kysten Hva skjer med stormfloer? (landsoversikt) Havnivåendring i farger. Scenarioer har en effekt. Stigningen er ulik fra sted til sted. Endring i hyppigheten av stormflonivåer som kan føre til oversvømmelser flere steder: Planleggging = 200 års, endringer kan gjøres. 20 års gir allerede utfordringer og skader flere steder, Hyppigheten av disse oversvømmelsene vil øke raskt! (Oslo: Stor forskjell mellom stormflonivåer, Liten havnivåstigning, Liten endring i hyppighet Vestlandet: Liten forskjell mellom stormflonivåer, Rask havnivåstigning, Raskt hyppigere oversvømmelser Nordnorge: Større forskjell mellom stormflonivåer, Rask havnivåstigning, Senere hyppigere oversvømmelser.) --- Antall år 200-års nivå blir årlig  1 38 38 6 5 13 Antall år 20-års nivå blir årlig  9 62 59 32 28 47 -- Havnivåendring til 2081–2100 (cm)

Takk for oppmerksomheten!