Sunnanáttarvæntingar

Nú er sunnanáttarhljóð í reiknimiðstöðvum. Við lítum á kort sem sýnir stöðuna í háloftunum síðdegis á mánudag, 8. janúar.

Jafnhæðarlínur eru heildregnar, þar sem þær eru þéttar er vindur mikill. Þykktin er sýnd í lit en hún mælir hita í neðri hluta veðrahvolfs, því meiri sem hún er því hlýrra er loftið. 

Ísland er á kortinu í mikilli sunnanátt og hlýnandi veðri - og þar með trúlega mikilli úrkomu um tíma um landið sunnanvert. Að undanförnu hefur verið ákveðin tilhneiging til hæðar- eða hryggjarmyndunar yfir Skandinavíu og kannski er nú að verða af slíku. Bylgjugangurinn úr vestri er reyndar nokkuð stríður og bæði ræðst hann á hrygginn og byggir hann upp - má vart sjá hvort hefur betur upphleðsla eða niðurrif. 

Kuldapollurinn Stóri-Boli er aftur að komast í sæti sitt eftir nokkra útrás til suðurs að undanförnu og eitthvað er að hlýna aftur í Bandaríkjunum - í bili að minnsta kosti. Í Evrópu fer framhaldið mjög eftir því hvort hryggurinn slitnar frá og myndar sjálfstæða hæð - fari svo gæti kalt loft úr austri skotið sér vestur úr og valdið vandræðum - jafnvel verulegum. En um þann möguleika eru spár ekki sammála. 

Hér á landi er gert ráð fyrir nokkrum hlýjum landsynningshvassviðrum í röð - en vægum sunnanáttum eða hægum svalari útsynningi á milli. - Lengra framhald ræðst svo auðvitað af örlögum hæðarinnar - víki hún gætum við lent aftur í norðanáttum - standi hún sig og setjist að fyrir norðan eða norðaustan land gæti tíð orðið góð hér á landi. Um þetta vitum við þó ekkert - auðvitað. 

Hvað getur hiti orðið lágur á Íslandi?

Hér fylgja mjög langar vangaveltur og lítið er um svör. Löng og torsótt leið er að því svari sem þó er gefið. Munu margir gefast upp áður en komið er á leiðarenda og aðeins mestu þrekmenn komast alla leið. Hvað finna þeir þar? Gengu þeir framhjá svarinu á leiðinni?

Við byrjum á umræðum um „þykktina“, hugtak sem oft kemur við sögu á hungurdiskum.

Þykktin (fjarlægðin) milli 500 og 1000 hPa flatanna er ágæt nálgun á hita í neðri hluta veðrahvolfs. Því minni sem hún er því kaldara er loftið. Venja er að mæla hana í dekametrum (1 dam = 10 metrar), 500 hPa flöturinn er á vetrum að meðaltali í um 5,2 km hæð, en það eru 520 dam, 1000 hPa flöturinn þá að meðaltali mjög nærri yfirborði eða í 0 dam.

Sé notast við þessar tölur væri þykktin 520 dam (520-0). Sé þrýstingur við jörð lægri en 1000 hPa er 1000 hPa-flötinn strangt tekið hvergi að finna, en til að þykktin sé reiknanleg er miðað við að þrýstingur breytist um 1 hPa á hverja 8 metra og þrýstingur við jörð er framlengdur niður fyrir sjávarmál. Sé þrýstingur t.d. 995 hPa er 1000 hP-flatarins að leita í fjarlægðinni 5*8 = 40m = 4dam undir sjávarmáli eða í -4 dam hæð. Sé 500 hPa hæðin á sama tíma 520 dam yrði þykktin 524 dam (520 mínus -4 = 520+4)).

Mjög sjaldgæft er hérlendis að þykkt fari niður fyrir 495 dam og sömuleiðis er sjaldgæft að hún fari yfir 550 dam að vetrarlagi. Frá og með 1949 hefur hún minnst orðið 489 dam yfir landinu (aðfaranótt 1. mars 1998), næstlægstu gildin eru 490 dam (aðfaranótt 28. desember 1961) og 493 dam (4. janúar 1968 og 18. desember 1973).

Afburðakalt var á landinu alla þessa daga og má af ráða að aftakalágri þykkt fylgja aftakafrosthörkur. Það lætur nærri að hver dekametri samsvari u.þ.b. 0,5°C fyrir allt loftlagið milli þrýstiflatanna tveggja. Að vetrarlagi ræður útgeislun mjög hita yfir landi, þykktin „ofmetur“ þá hita í neðstu lögum, mismikið þó.

Fyrsta myndin sýnir tíðnidreifingu þykktarinnar yfir Íslandi 1949 til 2016. Til aðstoðar var bandaríska endurgreiningin svonefnda notuð auk gagna frá evrópureiknimiðstöðinni. Aðeins var litið á gildi yfir miðju landi (65°N, 20°V) og í greiningu á hádegi hvers dags. Ítrustu aftök vantar því í skrána – þau hitta hvorki á mitt land, né á hádegi. Í safninu eru 24.837 dagar.

Í þessum pistli höfum við einkum áhuga á lágri þykkt – köldum dögum. Gögnin segja okkur að á því 68 ára tímabili sem undir liggur hafi hádegisþykktin verið 500 dam eða lægri aðeins 53 sinnum, innan við einu sinni á ári að meðaltali. – Enda sést varla marka fyrir þeim á tíðniritinu. Þykktin er 510 dam eða minni í um 3,4 prósent daga. Það eru þó 12 dagar á ári.

Á næstu mynd má sjá dæmi um samband þykktar og lægsta lágmarkshita á landinu. Gögnin voru matreidd þannig að eftir að þykkt dagsins var fundin var jafnframt leitað að lægsta lágmarkshita í byggðum landsins sama dag. Að því loknu var meðaltal reiknað fyrir hvern dekametra í þykkt, auk þess sem lægsta lágmark og hæsta lágmark sama dekametra var fundið.

Bláu krossarnir á myndinni sýna lægsta landslágmark hvers þykktarbils fyrir allt árið og víkur mjög frá beinni línu. Rauðu krossarnir sýna hæsta landslágmark í hverju þykktarbili, vik frá beinni línu er mun minna en frávik bláu krossanna en vikið stafar trúlega af fjöldarýrum þýðum hæstu og lægstu þykktarbilanna (sjá fyrri mynd), líklegt er að eftir því sem stökum í bilunum fjölgar (með árunum) muni tilviljun sveigja efsta og neðsta hluta „bláa þýðisins“ nær beinni línu.

Meðallandslágmark hvers þykktarbils er merkt með grænum krossum og er beina græna línan aðfallslína meðalþýðisins sem fellur mjög vel að gögnum. Hafa ber í huga að á myndinni er ekki tekið tillit til árstíðasveiflu af neinu tagi. Takið eftir því að hallatala grænu línunnar er hér 0,40°C/dam sem er ívið minna en þau 0,5°C/dam sem minnst var á að ofan.

Sitthvað athyglisvert má sjá á myndinni og skal bent á nokkur atriði.

(i ) Lægsti lágmarkshiti á landinu hefur alltaf verið undir frostmarki þegar þykktin er undir 520dam.

(ii) Ekki er tryggt að frostlaust sé á öllum stöðvum jafnvel þó þykktin sé í algjöru hámarki, líkur eru þó sáralitlar sé þykktin yfir 557dam. Í þessum tilvikum má þó ætíð reikna með því að um „gamalt“ loft sé að ræða sem ekki hefur blásið burt þegar hlýja loftið kom yfir - eða að kalt sjávarloft ráði ríkjum á útnesjum. Örfáar stöðvar á landinu geta „leyft sér“ að hegða sér með þessum hætti – kynna mætti þær við annað tækifæri.

(iii) Lægstu gildin (frost meir en 30°C) eru öll á þykktarbilinu 507 til 520, við lægri þykkt eru lægstu landslágmörk hærri. Þetta stafar af einhverju leyti af því hversu miklu algengari þykkt á efra bilinu er en því neðra og lítið úrtak neðri gildanna hafi enn ekki skilað lægstu mögulegu gildum við þá þykkt.

Ef við t.d. framlengjum gráu línuna sem sett hefur verið nærri neðstu punktunum á bilinu 540 til 510 niður til 490 sitjum við uppi með rúmlega 40 stiga frost í lægstu þykktinni. Miðað við þetta þurfum við ekki að gera ráð fyrir því sem skýringu á metkuldanum um 20. janúar 1918 að þykktin hafi verið undir 490dam. Dagarnir þeir hafi bara „hitt vel í“ – rétt eins og aðrir dagar sem nærri gráu línunni liggja - nýtt landslágmarksmet mun geta fallið án þess að lágþykktarmet sé endilega slegið. Líkur á nýju lágmarkshitameti verða þó meiri fari þykktin enn neðar - sem hún getur gert. 

Að minnsta kosti tvær aðrar skýringar á háum lægstu lágmörkum við lága þykkt koma til greina.

(i) Kuldaköst ráðast mjög af aðstreymi, en Ísland er eyja og kalt loft sem berst til landsins þarf að streyma yfir sjó sem er miklu hlýrri. Sé aðstreymið tiltölulega hægt hitnar loftið mjög að neðan og verður mjög óstöðugt með þeim afleiðingum að uppstreymi hefst og þar með blöndun (og þykktin hækkar smám saman). Því kaldara sem aðstreymisloftið er (því minni sem þykkt þess er) því óstöðugra verður það yfir sjó. Á bak við dreifingu landslágmarks má finna stöðugleikaróf, en það (rófið) er ekki eins fyrir öll þykktarbil. Sé þykktin mikil eru möguleikar á afbrigðilega miklum stöðugleika í neðstu lögum miklir, eftir að loft er orðið kaldara heldur en sjórinn hraðminnka möguleikar á miklum stöðugleika í neðstu lögum. Þetta þýðir að jafnvel þótt stök í þykktarbili við t.d 495 væru jafn mörg og stök í bili við 515 væri líklegra að finna gildi fjarri meðallínunni í síðarnefnda bilinu en því fyrra. Af þessari ástæðu mætti því búast við því að sjórinn „spillti fyrir“ möguleika köldustu dagana til landsmeta fari þykkt niður fyrir ákveðin mörk sem gögnin benda til að séu hér á landi nærri 510dam. En muna skal að þessir dagar eru þrátt fyrir allt þeir köldustu á landsvísu því ofsafrost við sjóinn er einungis mögulegt þegar þykktin er mjög lág.

(ii) Kalt loft (lág þykkt) sem berst með hvössum vindi til landsins verður síður fyrir áhrifum af sjónum en loft sem kemur í hægviðri, einfaldlega vegna þess að það er styttri tíma yfir hlýrri sjó. Í hvassviðri blandast loft hins vegar í neðstu lögum vegna kviku og stöðugleiki í kvikulaginu er lítill. Hvassviðrið breytir því stöðugleikarófi þykktar rétt eins og sjávarhitinn einn og sér og spillir fyrir stórum neikvæðum hitavikum við lága þykkt.

Þegar veðurlagið 1918 og 1881 er skoðað frekar kemur í ljós að kuldaköstin um 20. jan 1918 og 20. mars 1881 eiga það sameiginlegt að vindur var hægur og veður bjart dagana sem kaldast varð. Óvenju kalt loft kom að landinu í báðum tilvikum í ákveðinni norðanátt, lyftist og kólnaði innrænt á leið sinni fram dali, metin urðu síðan þegar loftið kólnaði enn frekar með hjálp útgeislunar. Hitahvörf myndast þá skammt frá yfirborði, en við slík skilyrði verður hiti ekki lægstur á fjallatindum heldur í skálarlaga sléttlendi fram til heiða þar sem loft sér aðeins hæga útrás, Svartárkot, Möðrudalur, Grímsstaðir og Mývatn eru einmitt dæmi um slíka staði.

Trúlega má finna svipaðar aðstæður heldur hærra yfir sjó, fjölgun sjálfvirkra veðurstöðva verður til þess að slíkir staðir finnast um síðir, en hægt væri einnig að leita að þeim með hjálp landupplýsingakerfa og veðurlíkana. Ritstjóri hungurdiska (og fleiri) sitja yfir spákortum harmonie-líkansins og leita að afburðalágum tölum þásjaldan mikil kuldaköst gerir.

Landfræðilega svipaða staði má einnig finna á láglendi en líkur á algjörum metum eru minni þar vegna þess að það munar um innrænu kólnunina sem átti sér stað þegar loftið streymdi upphaflega til hærri staða. Sömuleiðis eru algjör met ólíkleg sunnan vatnaskila vegna þess að þar ríkir loft sem er á niðurleið.

Í hvassviðri er hins vegar kaldast á fjallatindum því þá er loft oftast vel blandað og hitahvörf ekki að finna fyrr en komið er upp fyrir flesta ef ekki alla tinda hér á landi. Fyrsti dagur fárviðrisins sem gerði í lok janúar 1881 (kennt við póstskipið Fönix) var afspyrnukaldur, þá var hiti í Stykkishólmi -25,4°C í norðaustan 5 vindstigum að fornum hætti (20-25m/s). Líklegt er að hiti í 1000 m hæð hafi þá verið -34 til 35°C og jafnvel -40°C í 1500m (sem aldrei hefur gerst á síðari áratugum). Af þessu má sjá að ólíklegt er að kuldamet verði slegin á veðurstöð sem er undir 1200 til 1500 m hæð vegna innræns hitafalls eingöngu, en á tindi Öræfajökuls gæti frostið við slík skilyrði orðið meira. - Eins konar „útgeislunarviðbót“ þarf að koma til. 

Hiti hefur verið mældur í Möðrudal eða á Grímsstöðum í hátt í 140 ár og í um 90 ár við Mývatn. Lágmörkin 1918 teljast því nokkuð örugglega 100 ára gildi landslágmarks, miðað við þetta gisið stöðvakerfi. Lágmarkið frá Neslandatanga við Mývatn frá 1998 virðist í fljótu bragði vera 40 til 50 ára lágmark þar ef miðað er við samtímalágmörk nágrannastöðva, en varlegt er þó að fullyrða þar um fyrr en mælt hefur verið í enn fleiri ár.

Hafís eykur greinilega líkur á því að mjög kalt loft berist að landinu (það sýnir hegðan kuldakasta á hafísárunum svonefndu, 1965 til 1971) – heimskautaloftið er þá styttri tíma yfir sjó á leið til landsins. Líklegra verður því að telja að algjört lágmarksmet verði sett í hafísári fremur en hafíslausu, en þó skal bent á það að marslágmarkið í Möðrudal 1962 kom án hafíss og við tiltölulega háa þykkt. Samsvarandi tilvik með lægri upphafsþykkt gæti því gefið nokkru lægri hita og þar með orðið ógnun við aðalmetin frá 1918.

Útgeislunarskilyrði hljóta að hafa verið með besta móti 1962, ef sá ólíklegi kostur kemur upp að jafngóð skilyrði skapist við þykktina 490 dam og gerði þá við 520 dam gæti hitinn, þykktarinnar vegna, orðið 15 stigum lægri en -33°C, þ.e. -48°C. Loftið sem lá yfir Möðrudal 1962 var að vísu þangað komið við nokkru minni þykkt en var sjálfan metdaginn, viku áður hafði þykktin farið niður í 500 dam, sé miðað við þá tölu gefa 490 um 5°C lægri hita en -33°C, þ.e. -38°C. Það er hins vegar mikill „vandi“ að halda lofti yfir sama stað i viku, til þess má ekkert loft renna burt svo heitið geti, en í stað þess sem rennur burt kemur hlýrra loft að ofan og spillir metum auk þess sem hinn minnsti vindur blandar hlýju lofti að ofan niður í kalda lagið neðst. Snjór verður auk þess að vera á jörðu til að jörðin fari ekki að velta þunnu loftlagi neðan hitahvarfa. 

Að vetrarlagi getur loft kólnað mjög í neðstu lögum vegna útgeislunar og þar sem þannig hagar til að loftið rennur ekki jafnóðum í burtu getur kuldi legið yfir jafnvel dögum saman sé vindur hægur eða enginn og blöndunarmöguleikar því takmarkaðir. Þegar sól hækkar á lofti endist útgeislunarkuldi yfirleitt ekki nema frá sólarupprás og fram á dag sé kalda loftlagið þunnt. Kalt loft rennur að jafnaði burt eftir halla undan þunga sínum ekki ósvipað og um vatn væri að ræða. Sé land bratt á leið þess aukast líkur á ókyrrð og þar með blöndun við hlýrra loft ofan við. Þetta veldur því að kuldamet eru sjaldan slegin þar sem brattlendi er nærri þó skýranlegar undantekningar megi finna frá meginreglunni.

Loft sem leitar niður á við vegna áhrifa þyngdaraflsins hlýnar að sjálfsögðu vegna þrýstihækkunar, en jafnframt heldur útgeislun áfram þannig að það kólnar. Fer þá eftir aðstæðum hvort hefur betur, sé hreyfingin mjög hæg og landlækkun ekki mikil er líklegt að loftið haldi áfram að kólna eftir að það leggur af stað.

Sömuleiðis kemur fyrir að það hittir annað loft sem líka er á niðurleið upprunnið á annarri heiði eða í öðrum dal. Sé vindur nægilega hægur er ekki ólíklegt að það loft sem hærri mættishita hefur lendi ofan á hinu. Þetta gæti t.d. gerst inni í Eyjafirði, veikur straumur lofts með mjög lágan mættishita leitar út breiðan dalinn en loft úr hlíðunum sem kemur hærra að og að auki úr meiri bratta (blandað) og hefur því hærri mættishita, lendir ofan á loftinu í miðjum dalnum sem heldur áfram sinni hægu hreyfingu til Akureyrar. Þetta veldur því að lægsti hiti í Eyjafirði öllum getur orðið á svæðinu rétt við fjarðarbotninn.

Eitt atriði vill gjarnan gleymast í umræðunni um útstreymið, loftið sem kemur í stað þess sem streymdi burt. Leki loft af stórri sléttu hægt í átt til sjávar verður hægfara niðurstreymi yfir, þar er ætíð fyrir loft með hærri mættishita og sé lekinn nægilega mikill endar þetta loft niður undir jörð og hitinn á sléttunni hækkar. Hér er auðvitað einnig um samkeppni útgeislunar og niðurstreymis að ræða eins og í dæminu að ofan. En svo virðist vera sem miklir kuldar í hægum vindi haldist sjaldan við til lengdar vegna þess að kalda loftið er svo fljótt „búið“.

Mestra kulda er því að vænta á stöðum langt frá sjó þar sem frárennsli er lítið (og helst ekkert). Flatneskjan í kringum Möðrudal, Svartárkot og frosið Mývatn er sú sem næst kemst þessu á þeim stöðvum sem nú eru í rekstri. Líklegt má þó telja að kaldasti staðurinn sé ekki fundinn ennþá.

Útgeislunarhitahvörf eru að jafnaði mjög þunn og standast ekki vind að ráði, e.t.v. mætti giska á að hinn minnsti þrýstivindur blandaði þeim upp. Aðstreymishitahvörf eru dýpri en það er aðeins í undantekningartilvikum að engin hitahvörf finnast undir veðrahvörfum. Algengt er hins vegar að neðstu 1-3 km lofthjúpsins myndi svokallað kvikulag og hitahvörf séu við efra borð þess, en mættishiti sé hinn sami í því öllu. Kalt loft berst venjulega með vindi að landinu í lagi sem þessu, það telst oftast fremur grunnt. Um leið og lægir yfir landinu fer loftið að kólna neðanfrá (tapar varmaorku, mættishiti þess lækkar) og útgeislunarhitahvörf myndast. Jafnframt fer útgeislunarlagið að renna niður í móti og þá dregur það loft niður í staðinn sem lendir alveg niður undir jörð.

Svo lengi sem niðurstreymisloftið uppruna sinn í gamla kvikulaginu verður hlýnunar af völdum niðurstreymisins lítið vart (mættishiti í kvikulaginu var þvínæst hinn sami í því öllu), en um leið og loft ofan hitahvarfanna (þar sem mættishiti er hærri) nær til jarðar hlýnar. Eigi kuldi að haldast er því heppilegt að kvikulagið hafi verið sem þykkast í upphafi, sömuleiðis er heppilegast að niðurstreymið sé sem minnst þannig að langur tími líði þar til hlýrra loftið er komið niður. Niðurstreymið er minnst þar sem lítið getur lekið burt af kalda loftinu, en það er á flatlendi.

Á hájöklum landsins getur orðið mjög kalt í hvassviðri og allra fyrst eftir að lægir. Á flatneskju og í breiðvöxnum dældum á Vatnajökli rennur loft ekki greiðlega burtu. Þar gæti því orðið kaldast á Íslandi. Sífelldir kaldir straumar renna niður skriðjökla og jökulbungur, þeir hlýna hins vegar innrænt í niðurstreyminu (um 1°C/100m lækkun) og verða þá jafnvel hlýrri en loftið á hásléttunni umhverfis þar sem loft streymir hægar burt. Þetta hefur sést vel bæði í mælingum og í veðurlíkönum.