ilmastomallit

Ensimmäisenä viime vuoden tilastoja ennätti esittelemään EU:n Copernicus -maanhavainnointiohjelman tietojen varassa työskentelevä C3S -tutkijaryhmä (Copernicus Climate Change Service), jonka mukaan maailmanlaajuinen keskilämpötila vuonna 2016 oli 14,8°C. 

Se ylittää vähän, mutta selvästi edellisen vuoden: 2015:n oli 0,2°C viileämpi.

Kun tilastoja katsotaan kauemmaksi, 1700-luvun puoliväliin, niin nyt mennään 1,3°C korkeammalla tasolla. Kun tätä verrataan Pariisin ilmastokokouksessa vuonna 2015 sovittuun alle kahden asteen lämpenemistavoitteeseen, on kehitys menossa jopa nykyisin päästöleikkauksin huonoon suuntaan.

Ilmastonmuutoksen arviointi ja ennustaminen ei ole helppoa, mutta se on mahdollista.

Kaikkiaan 28 erilaista tarkasteltavana ollutta mallia povaavat, että Suomen vuotuinen keskilämpötila nousee lähes kaksi kertaa niin nopeasti kuin koko maapallon keskilämpötila.

Suuret tulivuorenpurkaukset viilentävät Maan ilmastoa jopa kymmeneksi vuodeksi, selvittivät tutkijat. Tutkimuksessa selvitettiin purkausten vaikutukset ennennäkemättömällä tarkkuudella viimeisen 2500 vuoden ajalta. Tutkimus julkaistiin heinäkuun alussa tiedelehti Naturessa.

Kosmisten säteiden vaikutusta hyödyntäneen tutkimuksen anti oli, että purkausten ja ilmaston lämpötilavaihtelun aikaskaalat kyettiin sitomaan toisiinsa paljon tarkemmin kuin ennen.

Samalla päästiin eroon tähän asti ilmastotulkintoja vaivanneista turhauttavista oletuksista. Tulokset tarkentavat roimasti muunmuassa IPCC:n malleja tulevaisuuden lämpötiloista.

Jäätä, puuta, tulivuoria ja kosmisia säteitä

Tutkijat käyttivät apunaan maanulkoisia tapahtumia. Alkuvuonna 775 sekä vuonna 994 planeetan ilmakehän koostumus muuttui hyvin äkisti - tosin vain vähän. Tämä tiedetään siitä, että hiilen raskaan ¹⁴C-isotoopin suhteellinen määrä kasvoi tuolloin ympäri maailmaa eläneiden puiden vuosirenkaissa. Vastaavasti sekä Gröönlannin että Antarktiksen jääkairauksista erottuu selvä berylliumin ¹⁰Be -isotoopin piikki. Syynä kumpaiseenkin oli luultavasti kosmisten säteiden aalto, joka muutti ilmakehän isotooppijakaumaa hetkellisesti. Kumpikin havainto on ainutlaatuinen, ja sopii hyvin oletukseen. Aikojen saatossa anomaliat jäivät puiden renkaiden sisään ja tuoreempien jäämassojen alle.

Sekä jääkairauksia että puiden vuosirenkaita on jo pitkään käytetty ilmastohistorian tulkinnassa. Kun jäästä löydetään merkittäviä vulkaanisen tuhkan jäämiä, tiedetään, että jossain tapahtui suuri purkaus. Pohjoisella pallonpuoliskolla sattunut purkaus erottuu lähinnä Gröönlannin jäässä, eteläiset taas Antarktiksella. Päiväntasaajalla alkunsa saava tuhkapilvi näkyy kummassakin. Useimmiten purkauksen aikaan eläneiden puiden vuosirenkaat ovat tuolloin myös normaalia ohuempia. Tästä sitten päätellään, että ilmasto viileni purkauksen aikoihin, koska ilmaan tupsahtaneet rikkiyhdisteet ja muut aerosolit heijastavat auringon säteilyä.

Vaikka puiden ja jään tarjoamat aikasarjat täsmäävätkin erittäin hyvin suuressa mittakaavassa, niissä on kuitenkin tarkemmin katsottuna pientä, 10 - 15 vuoden heittoa. Syy- ja seuraussuhteita on vaikea todeta pitävästi, ja päättelyssä joudutaan luottamaan malleihin ja moniin oletuksiin. Tuollaiset selitykset ovat aina avoimia tulkinnoille ja kritiikille.

Viime vuoden havaintojen perusteella tehtyjen Nasan Goddardin avaruuslentokeskuksen tutkijoiden laskelmien mukaan vuosi 2012 oli yhdenneksi kuumin vuosi maailmanlaajuisesti sitten tilastoinnin alun. Globaali keskilämpötila oli 14,6°C, mikä on 0,6°C enemmän kuin pitkän ajan keskiarvo. Tuoreen laskelman mukaan maapallon keskilämpötila on noussut 1,4°C sitten vuoden 1880, jolloin tilastojen kerääminen aloitettiin. Suoria ja epäsuoria havaintoja on myös aiemmilta ajoilta, mutta tiedot vuodesta 1880 alkaen ovat tarpeeksi kattavia, hyviä ja vertailukelpoisia.

Kuvassa on maailmanlaajuisesti keskilämpötilan muutos vuodesta 2008 vuoteen 2012. Kymmenen kuuminta tilastoitua vuotta ovat olleet sitten vuoden 1998, ja suunta on ollut koko ajan voimistuvasti ylöspäin. Kartassa punainen tarkoittaa keskiarvoa kuumempaa ja sininen viileämpää. Kuten kuvasta näkyy, on lämpeneminen ollut eritysen voimakasta pohjoisella napa-alueella.

On selvää, että ihmisen toiminta on vaikuttanut – ja vaikuttaa edelleen mitä suurimmissa määrin – kotiplaneettamme nopeaan kuumenemiseen. Samalla ääri-ilmiöiden, myrskyjen ja nopeiden säävaihteluiden määrä on lisääntynyt, ja ennusteiden mukaan tämä kehitys tulee myös jatkumaan. Ennätyslämpimien vastapainoksi on siis myös epänormaalin kylmiä säitä!

Tietojen lähde: Nasa Goddard Institute for Space Studies
Visualisointi: Nasa Goddard's Scientific Visualization Studio

Katso edellisiä päivä kuvia täältä.

Uuden mittauksia ja mallinnusta yhdistävän tutkimuksen tulokset ilmakehän pisaroiden kasvunopeuksista useissa eri ympäristöissä on julkaistu Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America -lehdessä. Tulokset osoittivat, että erityisen hitaasti kasvavia hiukkasia ei löydy tai ne ovat niin harvinaisia, että niillä ei ole merkittävää vaikutusta pilvien muodostumiseen. ”Havainto poistaa yhden merkittävän pilvi- ja ilmastomallinnuksen epävarmuuden osoittamalla usein käytetyn oletuksen paikkansapitävyyden”, sanoo tutkimuksessa mukana ollut Ilmatieteen laitoksen tutkija Tomi Raatikainen.

Suuresti vaihtelevat arviot pilvipisaroiden kasvunopeuksista on ollut yksi suuri epävarmuus pilvimallinnuksessa ja erityisesti pilvien ilmastovaikutuksia arvioitaessa. Ilmastomallinnuksella voidaan tutkia ilmastojärjestelmää ja sen eri osia kuten pilvien ja pienhiukkasten vuorovaikutuksia. Ilmastomallinnusta käytetään myös ilmastonmuutoksen voimakkuuden ja vaikutusten ennustamiseen. Aikaisemmin on havaittu, että ainakin laboratorio-oloissa pisaroiden kasvu voi hidastua merkittävästi esimerkiksi silloin, kun pisaran pintaan muodostuu veden tiivistymistä estävä öljymäinen kalvo. Pienhiukkasissa tiedetään olevan huonosti veteen liukenevia orgaanisia yhdisteitä jotka voivat muodostaa tällaisia kalvoja kunhan pitoisuudet ovat riittävän suuria.

Ilmakehän pisaroiden kasvunopeuksista on erittäin vähän tietoa, mutta jos vastaavaa tapahtuisi merkittävissä määrin myös ilmakehän hiukkasissa, tämä pitäisi ottaa paremmin huomioon nykyisin käytössä olevissa pilvimalleissa. Pilvet muodostuvat vesihöyryn tiivistyessä ilmakehän pienhiukkasiin ja pisaroihin eli aerosoliin. Tiivistymisen vuoksi alkuperäisen aerosolin koko kasvaa nopeasti n. 100-kertaiseksi, jolloin niitä aletaan kutsua pilvipisaroiksi. Pisaroiden kasvunopeus vaikuttaa muodostuvan pilven ominaisuuksiin kuten pilvipisaroiden keskimääräiseen kokoon ja lukumäärään. Näillä taas on vaikutus pilven elinikään ja optisiin ominaisuuksiin, eli käytännössä kasvunopeudet ovat osa aerosolien epäsuoraa ilmastovaikutusta.

Tutkimuksen kokeellinen osa perustuu pilviydinlaskurimittauksiin, joita on suoritettu erilaisissa ympäristöissä Pohjois-Amerikassa ja Euroopassa käyttäen sekä kiinteitä mittausasemia että lentokoneita. Pilviydinlaskureissa ilmanäyte altistetaan suurelle ilmankosteudelle, jolloin näytteen hiukkasista alkaa muodostua pilvipisaroita. Mitattu pisaroiden koon vaihtelu kertoo suoraan mahdollisista muutoksista kasvunopeuksissa, mutta myös mittalaite ja olosuhteiden muutokset aiheuttavat vaihteluita. Tämän vuoksi kasvunopeuksien arvioimiseen käytettiin numeerista mallia, joka huomioi olosuhteet ja laitteen asetukset simuloidessaan pisaroiden kasvua laitteen sisällä.

Tutkimus tehtiin pääosin professori Athanasios Nenesin tutkimusryhmässä Georgia Institute of Technologyssä, Atlantassa Yhdysvalloissa, jossa Ilmatieteen laitoksen tutkija Tomi Raatikainen teki kahden vuoden ajan väitöksen jälkeistä tutkimusta. Tulokset on julkaistu arvostetun Proceedings of the National Academy of Science -lehden sähköisessä versiossa ennen lopullista julkaisua tulostetussa lehdessä.

Tämä teksti perustuu Ilmatieteen laitoksen tiedotteeseen.