Data rescue of historical wind observations in Sweden since the 1920s

Instrumental measurements of wind speed and direction from the 1920s to the 1940s from 13 stations in Sweden have been rescued and digitized, making 165 additional station years of wind data available through the Swedish Meteorological and Hydrological Institute&rsquo;s open data portal. These stations measured wind through different versions of cup-type anemometers and were mainly situated at lighthouses along the coasts and at airports. The work followed the protocol "Guidelines on Best Practices for Climate Data Rescue" of the World Meteorological Organization consisting of (i) designing a template for digitization; (ii) digitizing records in paper journals by a scanner; (iii) typing numbers of wind speed and direction data into the template and (iv) performing quality control of the raw observation data. Along with the digitization of the wind observations, meta data from the stations were collected and compiled as support to the following quality control and homogenization of the wind data. The meta data mainly consist of changes in observer and a small number of changes in instrument types and positions. The rescue of these early wind observations can help improve our understanding of long-term wind changes and multidecadal variability (e.g., the "stilling" vs. "reversal" phenomena), but also to evaluate and assess climate simulations of the past. Digitized data can be accessed through the SMHI open data portal: https://www.smhi.se/data, last access: 26 December 2022, and Zenodo repository: https://doi.org/10.5281/zenodo.5850264, last access: 26 December 2022, (Zhou et al., 2022).</p

Variations of observed near-surface wind speed across Sweden since 1926

Trabajo presentado en el III Encuentro Extremeño de Climatología, celebrado en Badajoz (España) del 29 al 30 de septiembre de 2022

The contribution of large‑scale atmospheric circulation to variations of observed near‑surface wind speed across Sweden since 1926

This study investigates the centennial-scale (i.e., since 1926) variability of observed nearsurface wind speed across Sweden. Results show that wind speed underwent various phases of change during 1926–2019, i.e., (a) a clear slowdown during 1926–1960; (b) a stabilization from 1960 to 1990; (c) another clear slowdown during 1990–2003; (d) a slight recovery/stabilization period for 2003–2014, which may continue with a possible new slowdown. Furthermore, the performance of three reanalysis products in representing past wind variations is evaluated. The observed low-frequency variability is properly simulated by the selected reanalyses and is linked to the variations of different large-scale atmospheric circulation patterns (e.g., the North Atlantic Oscillation). However, the evident periods of decreasing trend during 1926–1960 and 1990–2003, which drive most of the stilling in the last century, are missing in the reanalyses and cannot be realistically modeled through multiple linear regression by only using indexes of atmospheric circulation. Therefore, this study reveals that changes in large-scale atmospheric circulation mainly drive the low-frequency variability of observed near-surface wind speed, while other factors (e.g., changes in surface roughness) are crucial for explaining the periods of strong terrestrial stilling across Swede

Sub-daily rainfall extremes in the Nordic–Baltic region

Short-duration rainfall extremes are associated with a range of societal hazards, notably pluvial flooding but in addition, e.g., erosion-driven nutrient transport and point-source contamination. Fundamental for all analysis, modelling and risk assessment related to short-duration rainfall extremes is the access to and analysis of high-resolution observations. In this study, sub-daily rainfall observations from 543 meteorological stations in the Nordic–Baltic region were collected, quality-controlled and consistently analyzed in terms of records, return levels, geographical and climatic dependencies, time of occurrence of maxima and trends. The results reflect the highly heterogeneous rainfall climate in the region, with longitudinal and latitudinal gradients as well as local variability, and overall agree with previous national investigations. Trend analyses in Norway and Denmark indicated predominantly positive trends in the period 1980–2018, in line with previous investigations. Gridded data sets with estimated return levels and dates of occurrence (of annual maxima) are provided open access. We encourage further efforts towards international exchange of sub-daily rainfall observations as well as consistent regional analyses in order to attain the best possible knowledge on which rainfall extremes are to be expected in present as well as future climates

Snödjup i Sverige 1904/05 – 2013/14

Rapporten ger en beskrivning av snöförhållandena i Sverige under vintrarna 1904/05 till 2013/14. Speciellt har vinterns största snödjup, antal dagar med snötäcke och stora snödjupsökningar under ett dygn studerats. Snödjupsrekord för olika månader och landsdelar har sammanställts. Svåra snövintrar beskrivs liksom olika exempel på extrema snöfall och snödjup med återkomsttiden 10 och 50 år.Vid en jämförelse av vintrarna under perioderna 1991 – 2014 med 1961 – 1990 så har vinterns största snödjup och antal dagar med snötäcke minskat i nästan hela landet.Stora snödjupsökningar från en dag till nästa beror ofta på så kallade snökanoner som oftast bildas över Östersjön vid vind från öster. Speciellt utsatt för snökanoner är Norrlandskusten från Skellefteå ner till Gävle men även Smålandskusten, Vänern och Vättern är drabbat.Den vinter som varit snörikast är 1965/66 om man ser till vinterns största snödjup i Sverige som helhet. I olika delar av Sverige har det under andra vintrar förekommit större snödjup än under 1965/66. Exempelvis var det extremt mycket snö i fjällen 1988/89 och vintern 2009/10 var den snörikaste vintern i Götaland under hela den studerade perioden

Luftfuktighet : Variationer i Sverige

I denna rapport ges en allmän beskrivning av vattenånga som är en genomskinlig luktfri gas. Hur gasen varierar utomhus i Sverige beskrivs såväl geografiskt som under året och dygnet. Luftfuktighetsdata från 121 automatiska väderstationer som varit i drift under perioden 1996 – 2012 har använts. Mätningarna har gjorts på 1,5-2 meter över mark. Olika mätinstrument för luftfuktighet presenteras liksom olika fuktighetsmått som daggpunkt, våt temperatur, absolut fuktighet, blandningsförhållande, entalpi mm.Den absoluta fuktigheten som anger hur stor massa vattenånga en kubikmeter av luften innehåller är högst sommartid och lägst när det är som kallast. Värdena är högst längs kusterna i södra Sverige och avtar norrut och med avståndet från kusten. Dygnsvariationen av den absoluta fuktigheten är i genomsnitt inte så stor.Dessutom har månadsmedelvärdet av vattenånga studerats för olika månader sedan 1951. Digitaliserade fuktighetsdata har inte funnits att tillgå före 1951. Tio stationer har använts, från Bredåkra i söder till Arjeplog i norr, för att beräkna månadsmedelvärden. Månaderna maj, augusti och november har valts tillsammans med årsvärdet. Den absoluta fuktigheten har ökat under alla tre månaderna och för årsvärdet, men enbart för maj, augusti och för årsvärdet är ökningen statistiskt säkerställd.Ingen statistisk säkerställd förändring finns av den relativa fuktigheten för perioden 1951-2012 för medelvärdet av de tio utvalda stationerna under månaderna maj, augusti och november.Om temperaturen sjunker till daggpunkten blir luften mättad med vattenånga och den relativa luftfuktigheten blir 100 %. Om temperaturen sjunker ytterligare kondenserar vattenångan till vattendroppar, dimma, dagg eller frost bildas. Den högsta daggpunkten som rapporterats i Sverige är 23,8 °C på Fårö vid Gotland 29 juli 1994 och i Hällum i Västergötland 30 juni 1997. Vid det senare tillfället var temperaturen samtidigt 28,4 °C och den relativa fuktigheten 76 %.Den relativa luftfuktigheten anges vanligen i procent (%) och är ett mått på hur mycket vattenånga luften innehåller i förhållande till hur mycket vattenånga som maximalt kan förekomma i gasform vid rådande temperatur. Mängden vattenånga som kan förekomma i gasform ökar med temperaturen. Lägst relativ fuktighet är det i genomsnitt dagtid under vår och försommar medan det är högst relativ fuktighet nattetid och under vintern. I maj, då havet kyler, är den relativa fuktigheten högre längs den svenska kusten än i inlandet. I november då vattnet värmts upp under sommaren råder det omvända förhållandet, den relativa fuktigheten är lägre vid kusten än i inlandet.I Helsingborg är den relativa fuktigheten i genomsnitt 50-60 % då temperaturen är 25 °C men när temperaturen är mellan 0 och 10 plusgrader är fuktigheten betydligt högre, 90-100 %.This report gives a general description of water vapour which is a transparent and odourlessgas, how this gas varies geographically outdoors in Sweden as well as the diurnal and annualvariation. Humidity data from 121 automatic weather stations that were operational during theperiod 1996-2012 was used. The measurements were taken at 1.5 to 2 meters above the groundlevel. Different measuring instruments for humidity are presented and also different humiditymeasurements like dew point, wet bulb, absolute humidity, mixing ratio, enthalpy etc.The absolute humidity which is the mass of water vapour in a cubic meter of air is highest insummer and lowest during the coldest days in winter. The highest values are measured alongthe coasts of southern Sweden and the value decreases northwards and with distance from thecoast. Diurnal variation of the absolute humidity is in average relatively small.In addition, monthly mean water vapour is studied for various months since 1951. Digitizedhumidity data have not been available before in 1951. Ten stations are used, from Bredåkra inthe south of Sweden to Arjeplog in the north, for calculating monthly averages. The monthsMay, August and November have been chosen together with the annual value. The absolutehumidity increased during the three months and also the annual value. For the annual value andfor May and August the increase is statistically significant not for November.There is no statistically significant change of the average relative humidity during the period1951-2012 for the average of ten selected stations for the months of May, August or November.If the temperature drops to the dew point the air becomes saturated with water vapour and therelative humidity becomes 100 %. If the temperature drops further the water vapourcondensates to water droplets and fog, dew or frost is formed. The highest dew point reportedin Sweden is 23.8 °C at Fårö north of the island Gotland on 29 July 1994 and in Hällum inVästergötland on 30 June 1997. At the latter occasion the temperature was 28.4 °C and therelative humidity 76%.The relative humidity is usually given in percentage (%) that is a measure of how much watervapour the air contains compared to how much water vapour that the air can contain as amaximum at the ambient temperature. The amount of water vapour that can occur as gas formincreases with temperature. Low relative humidity is common during spring and early summer,while high relative humidity occurs during nights and during winter. In May, when the seawater is cool, the relative humidity is higher along the Swedish coast compared to inland. InNovember, when the sea water is warmer than the land, there is a reverse relationship; therelative humidity is lower on the coast compared to inland. In Helsingborg, the relative humidity is in average 50-60% when the temperature is +25 °C, butwhen the temperature is between 0 and +10 °C the humidity is much higher, 90 to 100 %

Korttidsnederbörd i Sverige 1995 - 2008

Korta men intensiva regnhändelser är mycket viktiga inom bland annat urban hydrologi då vi här har att göra med snabba förlopp där avrinningen sker från små ytor som till stor del är hårdgjorda. Nederbördsserier med hög upplösning har därför mycket stor betydelse för all planering, analys och dimensionering av dagvattensystem, oavsett om det är frågan om rörnät eller öppna diken. Regn med varaktighet 15 min till 96 timmar har studerats genom att analysera nederbördsdata från SMHIs nät av automatiska väderstationer.Dessa stationer började installeras under våren 1995 och från början av 1996 var de flesta stationer igång. Den period vi har studerat är maj 1995 till september 2008. 114 automatstationerna har registrerat nederbörd under någon del av denna period. Sammanlagt finns 1211 stationsår med 15 minuters nederbörd. Data har granskats och ett mindre antal orimliga observationer har tagits bort eller rättats. Sammanställningar av årets största regn med olika varaktigheter har gjorts. Nederbördsmängder med olika varaktighet från 15 min till 96 timmar för olika återkomsttider har beräknats med extremvärdesanalys.Den studerade perioden är för kort och antalet stationer är för få för att bestämma regionala skillnader i Sverige av korttidsnederbörd. Därför har medelvärden av korttidsnederbörd för hela Sverige beräknats. Resultat har jämförts med tidigare studier av Dahlström (2006) och Hernebring (2006). Överensstämmelsen är god för kortare regn och kortare återkomsttider

Sveriges vindklimat 1901-2008 : Analys av trend i geostrofisk vind

En studie har gjorts hur vinden har varierat i Sverige under perioden 1901 - 2008. Eftersom det saknas långa homogena mätserier av vindhastighet i Sverige har vi utgått från tryckmätningar och beräknatden s.k. geostrofiska vinden i elva trianglar som täcker Sverige. Eftersom bara tre observationer per dag (morgon, middag och kväll) har funnits att tillgå så kan det ha blåst mer mellan observationerna.Ett stort arbete har lagts ner på att kontrollera och rätta felaktiga observationer. Mellan åren 1951 och 2008 har varje observerat värde jämförts med ett interpolerat värde. Om skillnaden varit mer än 4 - 5 hPa har en karta analyserats för att kunna avgöra om det i databasen lagrade värdet varit korrekt. Kanske tusen tryckkartor har analyserats. Även två närliggande stationers observationer har jämförts till exempel Bromma och Observatoriekullen. Före 1951 har granskningsarbetet varit begränsat eftersom digitaliserade data saknas för fler stationer än de som ingår i denna undersökning.Förändringen av vindklimatet i elva trianglar som täcker huvuddelen av Sverige har studerats medhjälp av flera olika mått, bland annat:- Årets högsta vindhastighet- Årets medelvindhastighet- Antal fall på minst 25 m/s under året- Potentiell vindenergi under åretÅrets högsta geostrofiska vindhastighet har även jämförts med högsta havsvattenstånd och skogsskador.I det studerade materialet inträffade den absolut högsta geostrofiska vindhastigheten den 13 januari 1984 i den sydligaste triangeln Göteborg - Visby - Lund. Då beräknades den geostrofiska vindhastigheten till 66 m/s och vindriktningen var 235°.Denna undersökning visar bland annat att:- Årets högsta vindhastighet har ökat i fem trianglar och minskat i sex trianglar sedan 1951. Den sammanvägde trenden i Sverige visar på en svag ökning som inte är statistiskt signifikant.- Antal tillfällen per år då vindhastigheten varit minst 25 m/s har minskat i sju av de elva trianglarna sedan 1951.- Medelvindhastigheten har minskat i tio av de elva trianglarna sedan 1951. För fyra trianglar i norra Sverige är denna minskning statistiskt signifikant. Sammantaget för Sverige har medelvindhastigheten minskat med 4 %.- På samma sätt har den potentiella vindenergin minskat i dessa tio trianglar sedan 1951-talet. Minskningen är statistiskt signifikant i de fyra nordliga trianglarna. Sammantaget för Sverige har energin minskat med 7 %

Uppföljning av de svenska riktlinjerna för bestämning av dimensionerande flöden för dammanläggningar

De svenska riktlinjerna för bestämning av dimensionerande flöden (Klass I-flöden) för dammanläggningar publicerades första gången för snart 30 år sedan (Flödeskommittén, 1990). SMHI har på uppdrag av Svenska kraftnät undersökt om de parametrar som används för flödesbestämningarna har förändrats över tiden. Riktlinjerna föreskriver att simuleringar med en hydrologisk modell ska användas för beräkningarna, och ett antal parametrar anges för dessa beräkningar. En uppdelning av Sverige i fem regioner gjordes och parametrarna avser ett snötäcke med 30 års återkomsttid en dimensionerande nederbördsekvens över 14 dygn och 1000 km2 korrektioner av denna nederbördssekvens med avseende på avrinningsområdets storlek korrektioner av nederbördssekvensen med avseende på årstid extrem vind Dessutom framhålls tillämpningen i ett klimat i förändring i den senaste upplagan (Svensk Energi m.fl. 2015). För att undersöka om de parametrar som används för flödesbestämningen har förändrats över tiden, och därmed behöver justeras, har analyser gjorts av huruvida det går att se någon trend i nederbörd, snötäcke och extrem vind sedan de första riktlinjerna skrevs. Förutom detta har även analyser gjorts av de högsta årliga flöden som uppmätts vid vattenföringsstationer i Sverige för att undersöka om det finns någon trend i dessa data. En första uppföljning gjordes för 10 år sedan (Berström, m.fl., 2008) och föreliggande rapport är en uppdatering med tillgång till längre mätserier både efter 2008 och bakåt i tiden. Långa serier med mätdata från ett urval av SMHI:s klimatstationer och hydrologiska stationer har använts i analyserna och resultatet av uppföljningen sammanfattas nedan. Utvärdering av den dimensionerande nederbördssekvensen har gjorts dels genom att analysera tillfällen med nederbörd större än 90 mm över 1000 km2 under såväl 24 timmar som två dygn för perioden från c:a 1930 till 2018, och dels av den totala nederbördssumman under en 14-dygnsperiod 1961-2018. Även den högsta stationsnederbörd som varje år uppmätts (punktnederbörd) har analyserats för perioden 1945-2018. Ingen av dessa analyser uppvisar en trend över de analyserade perioderna. Detta står i kontrast mot det resultat som framkom i den uppföljningen 2008, då man konstaterade en trend mot ökande punktnederbörd för perioden 1961-2007. För att undersöka om det finns anledning att justera arealkorrektionen av nederbördssekvensen har såväl den stationsvisa dygnsnederbörden som den ackumulerade 14-dygnsnederbörden över olika stora arealer analyserats. De årliga variationerna är likartade över tid och över landet, och ingen trend kan ses. Anpassningen av de nu analyserade värdena för den ackumulerade 14-dygns nederbörden över 100, 1000 respektive 10 000 km2 ger något olika resultat beroende på analysmetodik. Ingen av metoderna är identisk med den som användes när riktlinjerna togs fram. Ingen entydig avvikelse från riktlinjerna finns dock. Årstidskorrektionen av nederbörden har utvärderats genom att dela upp 14- dygnsnederbörden respektive den observerade punktnederbörden större än 90 mm på de månader den inträffade, dels perioden 1961- 1990 och dels 1991-2018.Resultatet visar att säsongsfördelningen uppvisar ett liknande mönster för de bådaperioderna, och som, även åskådliggörs i Flödeskommittén, (1990), och således finns inget skäl till att justera årstidskorrektionen i riktlinjerna. För utvärderingen av eventuella trender i snötäcket har analyser gjorts av medelvärdet av varje års största snödjup vid 42 klimatstationer. Variationerna är stora mellan år under hela den analyserade perioden i hela landet, och även ett flytande 10-årsmedelvärde varierar. Sett över hela perioden 1904/05–2017/18 kan dock ingen trend ses, och inte heller för perioden 1961-2018, utan endast variationer över kortare tid. Eftersomberäkningar av 30-årssnön förutsätter att ingen trend finns i tidsserien som används för den statistiska analysen, kvarstår rekommendationen i riktlinjerna att frekvensanalysen för snön ska göras för så lång period som data finns tillgängliga. Analysen av varje års högsta dygnsmedelvärde på vattenföringen har gjorts för 69 oreglerade eller endast obetydligt reglerade vattenföringsstationer med långa tidsserier. Antalet stationer varierar för olika delar av landet, men analysresultatet visar inte på någon långsiktig trend i storleken av flödestopparna. Den geostrofiska vinden, som är en slags idealiserad genomsnittlig vindhastighet beräknad från lufttrycksobservationer, har beräknats, uppdelat i nio områden fördelade över Sverige. Antalet tillfällen från och med 1940 med geostrofisk vind på minst 25 m/s uppvisar ingen långsiktigt trend som kan föranleda justeringar i kriterierna för beräkningen av vågor och seicher. Analysen av förhållanden mellan Klass I-avrinningen och 100-årsflödet tyder på att kvoten ökar med minskande avrinningsområden. Här kan det finnas en anledning att följa utvecklingen vid nya beräkningar för att eventuellt kunna se något orsakssamband. Slutsatsen är att inga förändringar av kriterierna i riktlinjerna för beräkning av dimen- sionerande flöden för dammanläggningar behöver göras i dagsläget. Likaså framkommer vikten av långa tidsserier som underlag för bedömning av trender.Commissioned by Svenska kraftnät, the Swedish Meteorological and Hydrological Institute has carried out a follow-up study on the Swedish guidelines for determination of designs floods for dams. The main purpose was to investigate whether the Swedish meteorological and hydrological observation data show any signs of climatic change, which could affect the validity of the guidelines, formulated in 1990 (Flödeskommittén, 1990), later updated twice, in which the edition of 2015 (Svensk Energi et.al., 2015), emphasize the application also in a changing climate . The first follow-up study was performed in 2008 (Bergström m.fl., 2008), and the present study has used longer time series, both after 2008 and earlier than in the study of 2008. The guidelines prescribe that the calculation of design flood should be carried out using a hydrological model, and the following parameters are decided to be used in the simulations: a snow cover with a statistical return period of 30 years a 14-day precipitation sequence over 1000 km2 corrections of this sequence regarding the area of the catchment corrections of the sequence regarding elevation above sea level and month of the year extreme wind speed The present analyses have used long series of observation data from SMHI climatological and hydrological databases, mostly using the division of Sweden into five regions, described in the guidelines. The analyses of the 14-day precipitation sequence has been made by analysing precipitation higher than 90 mm over 1000 km2 during 24 hours and 2 days during the period 1930-2018, as well as the 14-day precipitation sum 1961-2018. Also the highest point precipitation values have been analysed for the period 1945-2018. It is not possible to find a trend in the data for neither of these analyses, in contrary to the findings in the previous follow-up, where an increase in the highest point precipitation was seen for the period 1961-2007. Two adaptations of accumulated 14-day precipitation over three areas: 100, 100 and 10 000 km, to the areal correction curve in the guidelines show some discrepancies. However, the present analyses are made using another database than the basis of the original curve, and the results indicate that there is no immediate need for adjustment of the areal correction in the guidelines. The distribution of high precipitation over the year has been studied, and it shows the same pattern as the monthly corrections of the sequence in the guidelines. The pattern is similar for the periods 1961-90 and 1991-2018. The mean values of yearly largest snow cover have been analysed for the period 1904/05-2017/18. The results do not indicate any trend, only shorter time variations, neither for the whole period nor for the period 1961-2018. As the determination of snow cover with a return period of 30 years should be made using frequency analysis, the recommendations in the guidelines to use a long data period for the analyses are still valid. An analysis of the daily highest flood peaks was made for data from 60 unregulated or very slightly regulated discharge stations. No long time trend that could reveal changes in flood risks can be seen in the results. The geostrophic wind, an idealized average wind speed, computed from observations of air pressure, has been studied 1940-2017. For geostrophic wind of at least 25 m/s no signs of long term trend can be seen. The analyses of the ratio between the design flood for flood design category I and the flood of a 100-year return period indicates increasing ratio with decreasing catchment area. This could The overall conclusion of the study is that there is presently no need for adjusting the parameters in the guidelines. The importance of using long time series for trend analyses is revealed