Wind throw damages on forests : frequency and associated pressure patterns 1961-1990 and in a future climate scenario

Abstract

Many different simulations of the future climate have shown a probable change of the
climate of the earth, mainly caused by anthropogenic emissions. A change in the climate
influences many parameters. In this report the frequency of extreme wind situations in
Southern Sweden and associated pressure patterns during the period 1961 to 1990 are
compared to the conditions for the years 2070-2099.
Different methods are tested. The first attempt is based on analog situations. Selected
situations associated with observed strong winds during the period 1961-1990 are
identified. Reanalyzed mean sea level pressure data from the National Centers for
Environmental Predictions (NCEP) is used to find the pressure field associated to each
storm situation. Analog situations to these days are then searched in the Hadley Center’s
circulation model HadAM3, present day (COM) and future conditions (A2) simulations.
The second attempt is based on calculated geostrophic wind. Days with a geostrophic
wind exceeding 25 m/s in the NCEP dataset are divided into groups by cluster analysis.
Days in the HadAM3COM and A2 simulations that are associated with geostrophic wind
speeds over 25 m/s are then divided into these classes. The frequency of each group in
HadAM3COM and HadAM3A2 is then compared. Principal component analysis is
applied to the days in each run associated to strong geostrophic winds, and the main
principal components of the present day and future simulations are compared.
The first method is not able to detect any significant differences between the two
different simulated periods. The second revealed a slight decrease in total storm
frequency, most notable at occasions with a widespread low over Northern Scandinavia
and for easterly storms with a high over northern Finland and Russia. No significant
changes between HadAM3COM and HadAM3A2 can be seen in their main principal
components.

Abstract (Swedish)

Populärvetenskaplig sammanfattning: Flera olika klimatsimuleringar har visat på en sannolik förändring av jordens klimat, till
största delen beroende på utsläpp orsakade av mänsklig aktivitet. Eftersom klimatet
påverkar såväl ekosystem som livsmiljö är det av största intresse att kartlägga vilka
konsekvenser en eventuell klimatförändring kan få. Även om människans vardag för det
mesta påverkas av det normala klimatet är det förändringen av extrema situationer som
ofta hamnar i blickfånget. Detta arbete är ett bidrag till studierna av en eventuell
förändring av extrema vädersituationer. Fokus i arbetet är riktat mot extrema vindar som
kan orsaka betydande skador på till exempel skogsbestånd och som i högsta grad kan
påverka samhället i stort.
För att simulera eventuella klimaförändringar har flera globala cirkulationsmodeller
(GCM) utvecklats. I detta arbete har data använts från modellkörningar vid den brittiska
vädertjänstens klimatcenter, Hadley Centre. En global cirkulationsmodell för atmosfären
som använder randvärden från en kopplad havs- och atmofärsmodell har körts för två
perioder. Den första perioden, åren 1961-1990, används här för att jämföra modellen med
observationer och benämns ’common period’ (COM). Den andra perioden, 2070-2099, är
ett simulerat framtida klimat med ett scenario för utsläpp av växthusgaser som kallas A2.
Syftet med arbetet är att jämföra frekvensen av extrema vindsituationer i södra Sverige
och den därtill associerade tryckbilden under perioden 1961-01-01 till 1990-12-31 med
frekvens och därtill associerad tryckbild för extrema vindsituationer i ett framtida
klimatscenario för perioden 2070-2099. Olika metoder har testats. Den första bygger på
analoga situationer. Först identifierades datum för ett antal observerade kraftiga stormar
under perioden 1961-01-01 till 1990-12-31. Återanalyserade data för trycket vid havsnivå
från den amerikanska vädercentralen NCEP användes för att hitta en till stormtillfällena
associerad trycksituation och geostrofisk vind. Därefter gjordes en sökning av liknande
situationer till dessa både i perioden 1961-1990 och 2070-2099 i data från
klimatmodellen HadAM3. Det andra försöket baserades på beräknad geostrofisk vind.
Den geostrofiska vinden är den vind som krävs för att Corioliskraften skall balansera
tryckgradientkraften, dvs ett luftpaket följer en bana parallell med isobarerna. Dagar med
en beräknad geostrofisk vind på mer än 25 m/s i NCEP-data grupperades med hjälp av
klusteranalys, där dagar som liknar varndra tillräckligt mycket hamnar i samma grupp.
Dagar i HadAM3COM resp HadAM3A2 som är associerade med lika höga
vindhastigheter klassificeras sedan in i dessa grupper. Genom att jämföra frekvensen av
respektive grupp i respektive simulering kan eventuella förändringar avslöjas i tryckbilden
vid blåsiga tillfällen. Vidare jämfördes de viktigaste principalkomponenterna från
blåsiga situationer i HadAM3COM och HadAM3A2 för att hitta eventuella skillnader.
Den först applicerade metoden kunde inte uppvisa några signifikanta skillnader i
stormtillfällen mellan de båda modellkörningarna. Den andra visade en viss minskning
totalt i stormtillfällen. Detta var mest markant för stormtillfällen associerade med ett
utbrett lågtryck över norra Skandinavien samt för ostliga stormar associerade med ett
högtryck över N Finland och Ryssland. Denna skillnad återpeglades inte i analysen av
principalkomponenter.

• author: Svensson, Jacob
• supervisor: Lars Bärring
• organization: Dept of Physical Geography and Ecosystem Science
• alternative title: Skador på skogar orsakad av kraftiga vindar
• year: 2003
• type: H1 - Master's Degree (One Year)
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: geomorfologi, naturgeografi, climatology, climate change, simulations, klimatologi, kartografi, marklära, physical geography, storm frequency, geomorphology, cartography, pedology
• publication/series: Lunds universitets Naturgeografiska institution - Seminarieuppsatser
• report number: 97
• language: English
• additional info: This is a diploma work in physics and meteorology performed; in cooperation between the Dept. of Physics at Lund University and the Dept. of Geophysics at Copenhagen University.; This work was done in association with the European project MICE contract no. EVK2OCT2001-0018.
• id: 1332984
• date added to LUP: 2005-10-20 00:00:00
• date last changed: 2011-12-07 11:48:16