Folke Rydéns och Ulrika Björksténs dokumentärfilm ”Vårt grisiga hav” om övergödningen av Östersjön har nyligen visats fyra gånger på Sveriges Television. Filmen är en del av ett stort medieprojekt som har finansierats av stiftelsen Baltic Sea 2020. Vissa inslag i filmen är väldigt relevanta, som att Vitryssland är svårt att motivera till åtgärder och att dess befolkning har svårt att få tillgång till Östersjöns stränder. Helheten solkas dock av den omotiverade alarmismen i filmen. Budskap om att Östersjön riskerar att ”sakta kvävas till döds” trummas in och varvas med en begravningsmässig berättarstämma. Kontroversiella och spekulativa åtgärdsförslag får större utrymme än de okontroversiella förslagen. Dessutom får vi inte veta sidoeffekterna av att minska övergödningen, exempelvis att även fisktillgången bör förväntas minska.

Läs gärna fortsättningen på Newsmill.

A statistical meaningfulness test is a method in time seriesanalysis which separates statistically meaningful trends from not statistically meaningful trends. The method can be used for determining whether a variable is increasing or decreasing over time.

The statistical meaningfulness test is a stricter quality criterion than using a confidence level of a least-squares fit. Both methods use confidence levels while the statistical meaningfulness test also accounts for the extent to which data are scattered from the trendline^[1].

Illustration of the difference between high statistical significance and statistical meaningfulness of time trends

Definition

The statistical meaningfulness test is based on the probability (p-value) and the coefficient of determination (the R² value). If the least-squares fit of a time series yields R² ≥ 0.65 at p ≤ 0.05, then the test result is positive. A positive test result can also be determined by dividing the time series into intervals, if the least-squares fit of interval mean values yields R² ≥ 0.65 at p ≤ 0.05^[1].

Difference compared to least-square fits

The confidence level of a least-square fit of a trend is affected by the number of data in a time series. A standard least-squares fit of a time series with a very large number of data can be statistically significant at the 95% or 99% confidence level even if the data are scattered far away from the trendline. Such a time series is less likely to pass a statistical meaningfulness test since this test is also based on the R² value which measures the spread of data from the trendline.

Thus, the main two differences between least-square fit and the statistically meaningfulness test are

• least-squares fits are easier to perform
• the statistical meaningfulness test is stricter and disqualifies long time series which have significant trends despite containing many data points far away from the trendline.

Software for performing the test

The statistical meaningfulness test can be performed using Microsoft Excel with an application (add-in) which is freely downloadable from the website of the journal PLoS ONE^[1]. The journal also has an instructions manual for installing and using the add-in.

See also

• Trend estimation
• Regression analysis
• Trend analysis
• Least squares
• Probability
• P-value
• Coefficient of determination
• Linear regression

References

^ ^{a b c} Bryhn AC, Dimberg PH (2011). ”An operational definition of a statistically meaningful trend”. PLoS ONE 6 (4): e19241. http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0019241.

Avloppsrening i St Petersburg. Speglad från kp.ru

Avloppsreningen i Sankt Petersburg går framåt sedan det internationella samarbetet för att förbättra den påbörjades 2005. Målet var att minska fosforbelastningen till Östersjön med mer än 1000 ton per år, skriver organisationen Clean Baltic Sea.

Nyhetsbyrån Interfax uppger att Vodokanal Sankt Peterburg i slutet av månaden påbörjar en ny delutbyggnad av reningen. År 2009 renades 95% av avloppen i staden och 2015 väntas siffran öka till 98%.

Hur läget i Finska Viken var 1989 framgår i detta reportage från finländska Yle.

KP.ru skriver att ”finländska ekologer” ”redan” har uppmätt minskade halter cyanobakterier i östra delen av Finska Viken under ”förra sommaren” som ett ”resultat av att ny avloppsreningsteknologi införts i Sankt Petersburg”.

Den uppgiften tar jag med en nypa salt, inte bara för att jag inte hittar originalkällan till påståendet. Variationen mellan åren när det gäller cyanobakterieblomningars intensitet kan nämligen vara stor och om den minskar kraftigt från ett år till ett annat så är det inget man bör höja på ögonbrynen för.

Finländska Statens Miljöförvaltning skriver dessutom att blomningarna i finländska havsområden var ”normala” i år.

I Lettlands huvudstad Riga har avloppsreningen minskat fosforbelastningen med mer än 100 ton per år, skriver PURE  Baltic Sea. Reningsverket Daugavriva kan ta emot avloppsvatten från en miljon människor, vilket motsvarar knappt hälften av Lettlands befolkning.

PURE Baltic Sea berättar även om liknande projekt i Jurmala (Lettland) samt i Estland, Polen och Vitryssland.

Torsk (speglad från Wikimedia Commons)

Algblomningarnas* ökade intensitet i Östersjön har av allt att döma spelat en viktig roll även för fisken.

Ju mer näringsämnen (kväve och fosfor), desto mer växtplankton*, desto mer djurplankton och bottendjur och desto mer mat tycks det finnas för fiskarna så att de kan växa till sig och föröka sig.

Att hög växtplanktonhalt generellt sett gynnar fisken började vissa forskare ana under första halvan av 1900-talet (1, 2) och på 1960-talet gjordes försök att beräkna hur många ton fisk som fanns i världshaven utifrån halten av växtplankton (3).

På senare år har det gjorts jämförande studier som har visat ett positivt samband mellan växtplanktontillväxt (primärproduktion*) och fiskproduktion per kvadratmeter i olika havsområden. Alltså, ju mer växtplankton i ett havsområde desto mer fisk.

Här är två grafer över sambandet mellan växtplankton och fisk med data från 66 respektive 14 ekosystem. Graferna kommer från två olika studier (se referenser 4 och 5 längst ner i inlägget).

FY betyder fiskproduktion, PrimP betyder primärproduktion. Baltic Sea är det engelska namnet på Östersjön och finns med som en datapunkt i vardera graf. Lägg märke till att enheterna i de båda graferna är olika.

——————————————————————————

Även antalet ton fisk i Östersjön har ökat under det senaste århundradet, samtidigt som det har blivit mer växtplankton där fram tills på 1970-talet. Här är en graf från (6) som visar fiskförändringarna från 1920 fram tills sent 1970-tal.

Ökningen omfattade såväl torsk som strömming och skarpsill. Även om syrgashalten har varit väldigt låg i bottenvattnen under senare årtionden, så har födotillgången för fisken sannolikt ökat, sammantaget sett, till följd av övergödningen.

En annan viktig orsak till ökade fiskbestånd var minskningen av rovdjuren säl och tumlare, och denna utveckling var särskilt påtaglig fram tills 1940 (6).

I takt med den ökade fisktillgången intensifierades fisket i Östersjön, vilket under senare årtionden har fått som följd att torsken periodvis har varit hotad medan strömming och skarpsill har klarat sig bättre.

Vad kommer då att hända om övergödningen minskar i Östersjön? Jo, fisken kommer i så fall sannolikt också att minska.

Sambandet i (4; se den första grafen) innebär att en tioprocentig minskning av växtplankton i Östersjön skulle kunna krympa fiskbeståndet med nio procent. Sambandet i (5; se den andra grafen) antyder att en tioprocentig växtplanktonminskning kan minska fiskbeståndet med femton procent.

Uppdelat på fiskarter bör en sådan förväntning gälla för samtliga av de stora bestånden; av torsk, strömming och skarpsill (7). Citat från (7):

”[Studien] belyser potentialen för konflikter bland förvaltningsmål som ‘blomstrande fiske, återställda sälpopulationer och kraftigt minskad övergödning’ och detta måste erkännas och adresseras politiskt”.

Under våren, eller allra senast till midsommar, släpper Springer Verlag en ny bok av mig och två medförfattare. Boken heter ”The fish production potential of the Baltic Sea” och bokomslaget syns i bloggens högerkant.

Mer om denna kluriga miljömässiga konfliktsituation då.

Referenser:

(1) Sverdrup, H. U., m. fl., 1942. The oceans. Prentice Hall, New York, 1087 s.
(2) Ivlev, V. S., 1945. Biologitjeskaja produktivnost’ vodojomov (Vattenvolymers biologiska produktivitet). Uspechi sovremennoj biologii, 19: 98-120.
(3) Ryther, J. H., 1969. Photosynthesis and fish production in the sea. Science, 166:72–76.
(4) Håkanson, L. och Boulion, V. V., 2001. Regularities in primary production, Secchi depth and fish yield and a new system to define trophic and humic state indices for lake ecosystems. International Review of Hydrobiology, 86: 23–62.
(5) Chassot, E. m. fl., 2007. Bottom-up control regulates fisheries production at the scale of eco-regions in European seas. Marine Ecology Progress Series, 343: 45-55.
(6) Thurow, F. 1997. Estimation of the total fish biomass in the Baltic Sea during the 20th century. ICES Journal of Marine Science, 54: 444–461.
(7) Hansson, S., m. fl., 2007. Managing Baltic Sea Fisheries under contrasting production and predation regimes — ecosystem model analyses. Ambio, 36: 265-271.

——————–

*Jag är här lite medvetet slarvig med begreppen för att försöka underlätta läsningen. Primärproduktion sker när organismer genom fotosyntes med solljus som energitillgång, omvandlar koldioxid och vatten till vävnad och andra kemiska föreningar som kan ”ätas upp” av andra organismer. Primärproduktionen ute i vattenmassan utförs framför allt av friflytande, mikroskopiska växtplankton. När växtplankton blommar beskrivs det ofta som ”algblomningar”, men det är inte helt taxonomiskt korrekt eftersom vissa växtplankton som blommar inte hör hemma bland algerna – cyanobakterierna är till exempel inte alger, genetiskt sett, utan bakterier.

Aralsjöns dramatiska förändring under senare årtionden har nyligen uppmärksammats av Aftonbladet , Svenska Yle och FN:s generalsekreterare Ban Ki-Moon.

Sjöar kan även förändras och rentav försvinna av naturliga orsaker. Som läroboksförfattaren i limnologi, Robert G Wetzel, uttryckte det*:

”Ekosystemen förändras, efterträder varandra och utvecklas hela tiden, till stor del beroende på sedimentation. Till exempel bildas sjöar vanligtvis under katastrofiska geologiska händelser, och genomgår en serie tillstånd tills de slutligen fylls igen. Ofta upphör sjöar att vara sjöar som sådana och inlemmas i det terrestra landskapet”.

Men i fallet Aralsjön har de naturliga förändringarna dramatiskt överskuggats av förändringar orsakade av människan. Denna studie (pdf)** från 2007 sammanfattar läget så här:

”1. Aralsjön har genomgått allvarlig uttorkning sedan 1960-talet på grund av expansionen av konstbevattning i tillrinningsområdet, vilket betydligt har minskat flodtillförseln av vatten till denna vattenmassa.
2. År 2006 hade sjöytan sjunkit med 23 m, ytan minskat med 74%, volymen minskat med 90%, och salthalten i sjöns södra del ökat med mer än 1000% till mer än 100 g/l.
3. Sjön och dess tillflödesdeltan har fått enorma ekologiska, miljömässiga och ekonomiska skador som har drabbat lokalbefolkningen.
4. Under dess sista år startade Sovjetunionens regering program för att hantera de ekologiska, miljömässiga och mänskliga problem som sammankopplades med Aralsjöns uttorkning.
5. Efter Sovjetunionens kollaps har regeringar i de nya centralasiatiska staterna, i samarbete med internationella donatorer, fortsatt att driva program för att förbättra situationen.
6. Att fullt återställa sjön inom överskådlig framtid förefaller omöjligt.
7. Det finns emellertid hopp för Aralsjön vilket visas av det sentida och (uppenbarligen) framgångsrika projektet att rehabilitera den avskilda norra delen av sjön och av slutförda och pågående program för att förbättra ekologin i den nedre deltat till Amu Dar’ja-floden”.

Källor:

*Wetzel, R. G., 2001. Limnology, tredje upplagan. Academic Press, San Diego, s. 805.

**Micklin, P. The Aral Sea disaster. Annu Rev Earth Planet Sci, 35:47-72.

Isytan uppgick preliminärt räknat till 240000 kvadratkilometer. Detta innebär att vi har haft en normal isvinter – alla tillbud och medieinslag om svårigheter för fartygen till trots. Isvintern var ”normal” enligt klassificeringssystemet i Seinä & Palusuo (1996).

SMHI uppger att isläget denna vinter ändå har varit det svåraste sedan 1987.

År 1987 var även senaste tillfället då vi hade en extremt svår isvinter. Som mest var 405000 kvadratkilometer detta år täckta av is – vilket innebär att endast 15000 kvadratkilometer av havsytan från Bottenviken till linjen mellan Grimstad och Skagen i Skagerrak var isfria (Seinä & Palusuo, 1996).

Att de senaste årens isvintrar har varit förhållandevis milda framgår av nedanstående graf speglad från Helcoms hemsida. Isvintern 2007/2008 var den mildaste som har dokumenterats. Vid den maximala isutbredningen 2008 var ”bara” Bottenviken, norra Bottenhavet samt vissa andra kuststräckor istäckta.

Källa utöver länkar: A. Seinä & E. Palosuo, 1996: The Classification of the Maximum Annual Extent of Ice Cover in the Baltic Sea 1720-1995 – Based on the material collected by Rirto Jurva (winters 1720-1940) and the material of the Ice Service of the Finnish Institute of Marine Research (winters 1941-1995) – Meri – Report Series of the Finnish Institute of Marine Research No. 27, 1996.

Litet tillägg till förra inlägget som handlade om tillförsel (belastning) och koncentrationer av fosfor till/i Östersjön.

Efter att min artikel blev klar för publicering hittade jag två studier som tar upp att både kväve- och fosforbelastningen från land plus atmosfär till Östersjön var som högst på 1980-talet.

De två studierna är (finns tyvärr inte som Open Access):

Neumann, T. och Schernewski, G., 2008. Eutrophication in the Baltic Sea and shifts in nitrogen fixation analyzed with a 3D ecosystem model. Journal of Marine Systems, 74: 592-602.

samt

Savchuk, O. P. och Wulff, F., 2009. Long-term modeling of large-scale nutrient cycles in the entire Baltic Sea. Hydrobiologia, 629: 209-224.

Ökad fosforhalt är ett tecken på övergödning och det finns många exempel i världen på att övergödningen av naturliga vatten har kunnat åtgärdas genom att belastningen (tillförseln) av fosfor har minskats – via avloppsrening och/eller andra åtgärder.

Fosforbelastningen till Östersjön har minskat sedan 1970- och 1980-talet – men ”inget” händer – jo, tvärtom mot vad man kunde ha förväntat så har fosforhalten i ytvattnet (ovanför vågbasen) faktiskt ökat istället för att minska.

Det gäller för fyra av Östersjöns fem stora delbassänger (Egentliga Östersjön, Bottenhavet, Finska Viken och Rigabukten). I endast en av delbassängerna (Bottenviken) har fosforhalten minskat – men det handlar där om en blygsam minskning.

Bilden här nedanför visar att fosforbelastningen till Östersjön minskade långsiktigt från ca 40 000 ton per år på 1970-talet via ca 48 000 ton per år på 1980-talet till ca 28 000 ton per år under perioden 2000-2005.

Fosforhalten i den största delbassängen, Egentliga Östersjön (alltså, i ytvattnet), har däremot ökat från ca 15 mikrogram per liter 1968-1979 via ca 21 mikrogram per liter på 1980-talet till ca 22 mikrogram per liter under perioden 2000-2007. Se bild nedan (klicka för större bild).

Hur kan man förklara detta?

Fyra möjliga förklaringar:

1) Ökningen är en fördröjd effekt av många års hög fosforbelastning.

2) Antalet högintensiva saltvattensinflöden via Öresund och Bälten har varit förhållandevis litet under de senaste årtiondena. Låg salthalt minskar benägenheten för att stora, snabbt fallande partiklar ska bildas. Låg salthalt gör alltså att fosforn dröjer sig kvar i vattnet längre än om salthalten är hög.

3) Saltvattensinflödena har även potential att syresätta Östersjöns djupvatten. Få saltvattensinflöden kan ha minskat syrehalten i djupvattnet och ökat läckaget av fosfor från de djupa bottnarna.

4) Även om vi detta år har en kall vinter så har isutbredningen i Östersjön generellt sett varit jämförelsevis begränsad under de senaste årtiondena. När isen är borta kommer vågorna i större utsträckning åt att riva upp fosforhaltiga partiklar från grunda bottnar så att partiklarna hamnar i vattnet. Frånvaron av minskad uppgrumling under vintermånaderna kan ha ökat tillförseln av fosfor till ytvattnet.

Läs mer i min nypublicerade artikel ”Trends in Total Phosphorus Loadings and Concentrations Regarding Surface Waters of the Baltic Sea, 1968-2007″, i The Open Oceanography Journal (kan laddas ner här).

Jag ska tillägga att jag själv inte tror på förklaring nummer tre här ovanför.

Östersjöns djupbottnar består framför allt av glaciala och postglaciala lerpartiklar med låg fosforhalt. Den begränsade mängd fosfor som finns i dessa sediment är hårt bunden till partiklarna och det potentiella fosforläckaget är därför under alla omständigheter litet (läs mer i denna bok).

Fler argument mot förklaring nummer tre återkommer jag till inom några månader när mer forskning om detta är publicerat.

Sveriges Radios rubrik går ut på att vindkraftparken ”gynnade fisken” men jag tvivlar starkt på att det finns tillräckligt med belägg för att hävda det. Det finns många andra viktiga faktorer som påverkar fiskbiomassan – till exempel fisketrycket samt produktionspotentialen. Ur artikeln (med min kursivering):

Undersökning som har gjorts vid Sveriges första vindkraftpark, Lillgrund i Öresund, visar att verken inte skrämt bort fisken.

– Det finns ingen art som direkt tycks avskräckas från området som det ser ut. På en generell nivå har antalet individer och antalet arter inom parken ökat, berättar Lena Bergström på Fiskeriverket.

Undersökningen av bottenlevande fisk vid Lillgrunds vindkraftpark visar att många fisksorter har blivit vanligare sen parken byggdes. Bland andra har rödsimpan och den starkt hotade ålen ökat. Och torsken, som ju har gått tillbaka kraftigt i närområdet i Kattegatt, har inte minskat vid Lillgrund. I parkområdet under den här perioden har det inte blivit mindre torsk.

Till en viss del kan man se en tendens till en ökning. Om tendensen visar sig stämma så kan det bero på att torsken har lättare att hitta föda inne i vindkraftparken än utanför. Det behöver inte nödvändigtvis ha blivit mera torsk i hela havsområdet. Man försöker nu ta reda på varför fisken verkar gynnas i vindkraftparken.

– De kan få ökat skydd och kanske ökade möjligheter att hitta mat. Sedan har vi också andra effekter som kan styra fördelningen, till exempel att fisketrycket i området är mycket lägre nu än runtomkring, säger Lena Bergström”.

Hur som helst – om fisken inte störs så är väl det bra nog!

Han har även rekonstruerat långa historiska tidsserier på Östersjöns isutbredning, sötvattensinflöden, syrehalt och salthalt, m.m.

– Klimatförändringarna har hittills endast haft en försumbar effekt på syresituationen i Östersjön. Den främsta orsaken till syrebristen och de stora döda bottnarna är att utsläppen från jordbruk och orenat avloppsvatten ökade kraftigt, inte minst i samband med en ökad användning av konstgödsel i mitten av 1900-talet, sade Daniel Hansson i pressmeddelandet i anslutning till disputationen.

Östersjöbottnarnas syresituation 2006. Speglad från Fimr.fi

Jag vill samtidigt rekommendera Daniel Hanssons flitigt uppdaterade blogg med många intressanta inlägg, bland annat detta om vattenkraften:

”vattenkraft är inget större problem för Östersjön. Om det överhuvudtaget har någon effekt är den väldigt liten och knappast avgörande för Östersjöns syrebrist”.

Här skriver Daniel Hansson om kväve, fosfor och cyanobakterier i Östersjön:

”Här kan cyanobakterier (eller blågröna alger som man också kaller dem) leva gott på fosfortillskottet, eftersom fosfor är begränsande i Östersjön. Den andra närsalten, kväve, tar cyanobakterierna från atmosfären istället”.

(Som sig bör håller jag naturligtvis inte med om allt som Daniel Hansson skriver. Mer om det kommer kanske vid senare tillfälle.)