Äärevien sää- ja avaruussääilmiöiden vaikutus kriittisiin infrastruktuureihin

Transkriptio

1

2 Äärevien sää- ja avaruussääilmiöiden vaikutus kriittisiin infrastruktuureihin Sisällysluettelo Tiivistelmä Johdanto Äärevät sää- ja avaruussääilmiöt Maanpäälliset sääilmiöt Avaruussääilmiöt Lähestymistapa ja menetelmä Tutkimuksen lähestymistapa Tutkimusmenetelmä ja tiedonkeruun periaatteet Tiivistelmät sääilmiöiden analyyseistä Jäätävä sade Matalapainemyrsky Talvitulva Tiivistelmät avaruussääilmiöiden analyyseistä Geomagneettinen myrsky Auringon hiukkasmyrsky Sää- ja avaruussääilmiöiden kokonaistarkastelu Sää- ja avaruussääilmiöiden luokittelu Merkittävimmät vaikutusmekanismit Infrastruktuurien väliset kytkennät ja vuorovaikutukset Suojautumistoimien painopistealueet Tulevaisuuden näkymiä Sää- ja avaruussääilmiöiden esiintymistaajuuksien muutokset Erittäin epätodennäköiset, mutta vaikutuksiltaan katastrofaaliset ilmiöt Infrastruktuurien kehittyminen ja haavoittuvuuksien muutokset Johtopäätökset ja suositukset Johtopäätökset Suositukset suojautumisen parantamiseksi Lähdeluettelo

3 Tiivistelmä Tausta Tässä tutkimuksessa on analysoitu Gaia Consulting Oy:n ja Ilmatieteen laitoksen yhteistyönä viiden äärevän sää- ja avaruussääilmiön vaikutuksia kriittisiin infrastruktuureihin. Kriittiset infrastruktuurit kattavat tässä selvityksessä energiahuollon, tieto- ja viestintäjärjestelmät, vesi- ja viemärihuollon sekä kuljetuslogistiset järjestelmät. Äärevillä sää- ja avaruussääilmiöillä tarkoitetaan poikkeuksellisia sää- tai avaruusilmiöitä, jotka tapahtuvat arviolta 2-3 kertaa vuosisadassa. Tarkasteltaviksi sääilmiöiksi on valittu jäätävä sade, matalapainemyrsky ja talvitulva. Esimerkiksi kovien sateiden on ennustettu lisääntyvän Suomessa ilmastonmuutoksen seurauksena. Äärevistä avaruussääilmiöistä tarkasteluun on valittu geomagneettinen myrsky sekä auringon hiukkasmyrsky. Näiden vaikutuksia kriittisiin infrastruktuureihin on toistaiseksi tutkittu Suomessa varsin rajallisesti. Tarkastellun viiden ilmiön avulla on voitu muodostaa kokonaiskuva kriittisten infrastruktuurien haavoittuvuuksista erilaisten äärevien sää- ja avaruussääilmiöiden vallitessa. Tutkimuksen aikana on kehitetty menetelmä, jonka avulla voidaan tarkastella erilaisten sää- ja avaruussääilmiöiden vaikutuksia ja tehdä niiden keskinäistä vertailua. Kunkin kriittisen infrastruktuurin haavoittuvuutta on tarkasteltu arvioimalla ensin itse sää- tai avaruussääilmiöstä aiheutuvat suorat vaikutukset kyseiseen infrastruktuuriin. Sen jälkeen on arvioitu miten kyseinen infrastruktuuri voi vahingoittua epäsuorasti muiden infrastruktuurien vahingoittumisen seurauksena. Tämän haavoittuvuusarvion perusteella sekä tarkastelemalla vastaavantyyppisiä tapauksia Suomessa ja kansainvälisesti, on arvioitu, mitkä ovat sekä itse ilmiöstä että kriittisten infrastruktuurien vahingoittumisesta seuraavat terveydelliset, taloudelliset ja ympäristölliset vaikutukset. Lopuksi on vielä pyritty tunnistamaan kustannustehokkaita suojaustoimenpiteitä, joilla voidaan suojata kriittisiä infrastruktuureja ääreviä sää- ja avaruussääilmiöitä vastaan. Tarkastelussa on otettu huomioon ennalta ehkäisevät toimenpiteet, toimenpiteet juuri ennen sää- tai avaruussääilmiötä, sen aikana ja välittömästi ilmiön jälkeen tehtävät toimenpiteet sekä myöhemmin suoritettavat korjaavat toimenpiteet. Tarkastelu on rajattu Suomeen ja oletuksena on ollut, että naapurimaita tai jopa koko maanosaa koskevien sääilmiöiden vaikutuksiin on varauduttu keskeisten infrastruktuurien toiminnan kannalta riittävällä omavaraisuudella ja huoltovarmuusvarastoilla. Äärevien sää- ja avaruussääilmiöiden vaikutukset Vaikutusten vakavuuden perusteella tutkitut sää- ja avaruussääilmiöt voidaan jakaa kolmeen ryhmään. Talvella tapahtuva äärevä matalapainemyrsky on vaikutuksiltaan selkeästi vakavin. Sillä on merkittäviä vaikutuksia sekä terveyteen, talouteen että ympäristöön. Sähköverkon päälle kaatuvien puiden aiheuttamat laajat sähkönjakelun häiriöt voivat johtaa rakennusten kylmenemiseen ja mittaviin evakuointeihin; pahimmassa tapauksessa terveydenhuollon vakavaan häiriintymiseen. Tieto- ja viestintäliikenteen häiriöt hankaloittavat avunsaamista ja korjaustoimien tekemistä. Myrsky aiheuttaa myös suoraan suuria taloudellisia ja ympäristöllisiä vahinkoja. Talvitulvan ja jäätävän sateen kokonaisvaikutukset ovat matalapainemyrskyä pienemmät. Jäätävä sade voi pahimmillaan aiheuttaa yhtä vakavia ja laaja-alaisia terveydellisiä ja taloudellisia vaikutuksia kuin matalapainemyrsky, mutta sen ympäristövaikutukset jäävät vähäisemmiksi. Talvitulvan vaikutusalue on tyypillisesti maantieteellisesti rajatumpi kuin kahdella aiemmin mainitulla sääilmiöllä, jolloin sen kokonaisvaikutukset ovat vähäisemmät. 3

4 Avaruussääilmiöiden vaikutukset jäävät selvästi pienemmiksi kuin tutkimuksessa tarkasteltujen maanpäällisten sääilmiöiden vaikutukset. Avaruussään aiheuttamat vaikutukset syntyvät Suomessa pääasiassa tieto- ja viestintäjärjestelmien (satelliitit, pitkän kantaman radioliikenne) vahingoittumisen tai hetkellisen toimimattomuuden kautta. Erityisen herkkiä häiriöille ovat järjestelmät, jotka tarvitsevat satelliittien tuottamaa tarkkaa aika- ja paikkatietoa. Kriittisten infrastruktuurien haavoittuvuus Yleisenä huomiona voidaan todeta, että vesihuoltojärjestelmän haavoittuvuus on muita kriittisiä infrastruktuureja pienempi. Tämä johtuu siitä, että vesihuoltojärjestelmän verkostot ovat pääosin maan alla suojassa sääilmiöiden vaikutuksilta. Tieto- ja viestintäjärjestelmät sisältävät rinnakkaisia viestintäkanavia (eri taajuudet, lankaverkko, langaton verkko), mikä pienentää koko järjestelmän haavoittuvuutta. Samoin kuljetuslogistisessa järjestelmässä on useita liikennemuotoja sekä vaihtoehtoisia reittejä. Sähkön siirtämiseksi kulutukseen on kuitenkin usein olemassa vain yksi jakelukanava (ilmajohto tai maakaapeli); taajamissa rengasmaisilla verkoilla voidaan tosin syöttää sähköä useasta suunnasta. Eri infrastruktuurien rakenteiden fyysisessä kestävyydessä sekä sää- ja avaruussääilmiöiden aiheuttamien vaikutusten kestossa on selkeitä eroja. Esimerkiksi kuljetuslogistisessa järjestelmässä saattaa esiintyä hetkellisesti suuriakin häiriöitä, kuten vaikkapa jäätävän sateen liukastuttamat tiet, mutta häiriöt menevät usein ohi varsin nopeasti ilmiön väistyttyä. Samoin käy tyypillisesti tieto- ja viestintäjärjestelmille äärevien avaruussääilmiöiden tapauksessa. Sen sijaan energiahuoltojärjestelmässä äärevä sääilmiö saattaa aiheuttaa merkittäviä vaurioita, joiden korjaaminen voi kestää pahimmillaan useita viikkoja. Infrastruktuurien keskinäinen riippuvuus Tutkimuksen tuloksissa nousee esille eri infrastruktuurien keskinäisen riippuvuuden merkitys. Vuorovaikutuksen keskiössä on usein energiahuolto, erityisesti sähkön siirto- ja jakeluverkot. Energiahuollon vahingoittuminen lamaannuttaa myös muut infrastruktuurit, mikäli häiriöt kestävät pitkään. Tämän vuoksi energiahuoltojärjestelmän toiminnan häiriöttömyyden parantamiseen kannattaa panostaa ja muiden kriittisten infrastruktuurien tärkeimmät kohteet varustaa varavoimalla. Huomattavaa on, että tietyissä tapauksissa infrastruktuurien välille voi epäsuotuisissa olosuhteissa syntyä vahingoittumisia vahvistava negatiivinen kierre, jossa ensimmäiseksi vahingoittunut infrastruktuuri vahingoittaa toista infrastruktuuria, jonka vahingoittuminen edelleen pahentaa ensin vahingoittuneen infrastruktuurin tilaa. Esimerkkinä tästä on energiahuollon ja tieto- ja viestintäjärjestelmän vahva kytkeytyminen: Mikäli tieto- ja viestintäjärjestelmät eivät toimi sähkökatkon vuoksi, ne hidastavat merkittävästi sähkövikojen korjaamista, mikä edelleen estää tieto- ja viestintäjärjestelmien ja siitä riippuvien muiden infrastruktuurien toipumista jne. Vaikutukset terveyteen, talouteen ja ympäristöön Huomattavia terveys- ja hyvinvointivaikutuksia voi syntyä sekä kuljetuslogistisen että tieto- ja viestintäjärjestelmien kautta, vaikka itse infrastruktuuri ei olisi vakavasti vahingoittunut. Riittää että järjestelmä on joitain tunteja toimintakyvytön. Esimerkiksi tilapäiset häiriöt matkapuhelinverkossa tai tielle kaatuneet puut voivat estää tai hidastaa avunsaantia sairaskohtaus- tai onnettomuustapauksissa. Sen sijaan energiahuoltojärjestelmän kautta syntyvät vakavat terveys- ja hyvinvointivaikutukset edellyttävät tyypillisesti, että sähkönjakeluverkko on vakavasti vahingoittunut, jolloin sähkön ja/tai lämmön toimitukset katkeavat useiden päivien tai viikkojen ajaksi. 4

5 Merkittävimmät taloudelliset vaikutukset syntyvät kuljetuslogististen järjestelmien ja energiahuoltojärjestelmien vahingoittuessa. Etenkin kuljetuslogistisissa järjestelmissä äärevien sääilmiöiden aiheuttamien häiriöiden arvioidaan helposti synnyttävän huomattavia, suuruusluokaltaan miljoonan euron, taloudellisia vahinkoja. Erittäin suuria taloudellisia, miljoonan euron, vahinkoja arvioitiin voivan syntyä kuljetuslogistisen järjestelmän lisäksi myös energiahuoltojärjestelmässä, kun kyseessä on erittäin paha jäätävä sade tai matalapainemyrsky. Ympäristövaikutuksia aiheutuu sekä itse sääilmiöistä että kriittisten infrastruktuurien vahingoittumisesta. Merkittäviä ympäristövaikutuksia voi seurata laivaonnettomuuksista ja vaarallisten aineiden kuljetusten tieltä suistumisista jäätävän sateen tai myrskyn seurauksena. Vesi- ja energiahuoltojärjestelmän vahingoittumisen arvioitiin johtavan korkeintaan paikallisiin ympäristövaikutuksiin. Vesihuollon ympäristöhaitat liittyvät pääosin häiriöihin jäteveden käsittelyssä. Suojaustoimenpiteet Suojaustoimenpiteiden suunnittelemisen kannalta on olennaista tunnistaa kriittisten infrastruktuurien keskinäiset riippuvuudet. Suojaustoimenpiteitä ei pidä suunnitella vain kunkin yksittäisen infrastruktuurin näkökulmasta, vaan tarkastelu on ulotettava yli infrastruktuurien ja toimialarajojen. Kokonaisuuden kannalta parhaat suojaustoimenpiteet ovat sellaisia, jotka kohdistuvat vaikutusketjun alkupäähän ja estävät kumuloituvan ja itseään vahvistavan vahingoittumisten kierteen syntymisen. Suojaustoimien tunnistamisen ja soveltuvuuden arvioinnin perusteella osoittautui, että vesihuoltojärjestelmille voidaan tunnistaa paljon erilaisia kustannustehokkaita suojaustoimia. Tämä johtuu siitä, että vesihuollon maahan kaivettu infrastruktuuri on suojattu useimpien sääilmiöiden suorilta vaikutuksilta, jolloin suojaustoimet voidaan tehokkaasti kohdistaa maanpäällisiin kohteisiin. Kaikkein heikoimmassa asemessa on kuljetuslogistinen järjestelmä, jolle on tässä projektissa tunnistettu vain rajattu joukko erilaisia suojaustoimenpiteitä, joista erityisen tehokkaita on vain muutama. Ennaltaehkäiseviä suojaustoimenpiteitä on yleisesti ottaen pystytty tunnistamaan paljon. Mitä lähemmäksi sääilmiötä edetään, sitä suppeammaksi keinovalikoima käy. Viimeisenä tulevat korjaavat toimenpiteet, jolloin kustannustehokkaita toimenpiteitä on vähän. Tulosten perusteella kaikkien vaikutusten ennaltaehkäisy ei kuitenkaan ole aina kustannustehokkain tapa toimia. Sen sijaan ennalta suunnitellut, harjoitellut ja valmistellut suojaustoimenpiteet, jotka suoritetaan juuri ennen sääilmiötä tai välittömästi sen jälkeen voivat olla useissa tapauksissa kustannustehokkaampia keinoja. Suojaustoimenpiteiden kustannustehokkuuden tarkempi arviointi edellyttäisi yksityiskohtaista kustannus-hyöty - analyysiä, jota tässä tutkimuksessa ei ole tehty. Tulevaisuuden näkymiä Tulevaisuudessa äärevistä sää- ja avaruussääilmiöistä johtuvien kriittisiin infrastruktuureihin kohdistuvien uhkien ennustetaan kasvavan: Ilmastonmuutoksen voidaan olettaa lisäävän tiettyjen äärevien sääilmiöiden todennäköisyyttä, ja kriittiset infrastruktuurit nojautuvat toisiinsa yhä enemmän. Erityisesti tieto- ja viestintäjärjestelmien merkitys muiden infrastruktuurien toiminnan valvonnassa, ohjauksessa ja käytössä lisääntyy. Tällöin muiden kriittisten infrastruktuurien haavoittuvuus lisääntyy, mikäli samanaikaisesti vanhoista toimintatavoista, esimerkiksi paperikarttojen käytöstä, luovutaan. Avaruussään aiheuttamat uhat voivat puolestaan kasvaa tulevaisuudessa, koska yhä suurempi osa toiminnoista nojaa satelliittien tuottamaan aika- ja paikkatietoon. 5

6 1 Johdanto Äärevät sääilmiöt ovat nousseet esille osana laajempaa julkista keskustelua ilmastonmuutoksen vaikutuksista. Kansainvälinen ilmastopaneeli on todennut ääreviä sääilmiöitä koskevassa raportissaan 1, että äärevien sääilmiöiden aiheuttamat taloudelliset vahingot ovat jo nyt lisääntyneet. Suomessakin on arvioitu useassa eri tutkimuksessa ilmastonmuutoksen seurauksia ja sopeutumistarpeita. Tutkimustulosten perusteella voidaan päätellä, että äärevien sääilmiöiden esiintymistodennäköisyys kasvaa tulevaisuudessa. 2 Ilmastonmuutoksen aiheuttamien äärevien sääilmiöiden lisäksi myös poikkeuksellisten avaruussääilmiöiden aiheuttama uhka on kasvanut yhteiskuntamme sähköistymisen ja tietoteknistymisen myötä. Yhdessä nämä äärevät ilmiöt uhkaavat kriittisten infrastruktuurien 3 häiriötöntä toimintaa ja sitä kautta vaikuttavat koko yhteiskunnan toimintaan. Tämän vuoksi Huoltovarmuuskeskus on käynnistänyt tämän tutkimusprojektin, jonka tavoitteena on ollut: 1. Tunnistaa merkittävimmät äärevät sää- ja avaruussääilmiöt, jotka uhkaavat kriittisiä infrastruktuureja Suomessa. 2. Kehittää menetelmä, jolla voidaan a) tunnistaa, mitkä ovat kriittisten infrastruktuurien merkittävimmät haavoittuvuudet, b) millaisia vaikutuksia niistä aiheutuu ihmisiin, talouteen ja ympäristöön sekä c) miten niitä vastaan voidaan suojautua. 3. Soveltaa kehitettyä menetelmää valikoituihin ääreviin sää- ja avaruussääilmiöihin ja tunnistaa näin yhteiskuntaan kohdistuvat uhkatekijät. 4. Tuottaa synteesi, joka kertoo, miten äärevät sää- ja avaruussääilmiöt kokonaisuudessaan uhkaavat kriittisiä infrastruktuureja nyt ja tulevaisuudessa ja mihin toimenpiteisiin kannattaa ryhtyä, jotta varautuminen olisi kokonaisuudessaan kustannustehokasta. Tutkimus on rajattu koskemaan Suomea ja Suomessa tapahtuvia sääilmiöitä. Tutkitut sääilmiöt voivat aiheuttaa merkittäviä ongelmia Suomen naapurimaissa tai jopa Euroopan laajuisesti. Tältä osin on kuitenkin oletettu, että maassamme on keskeisten infrastruktuurien toiminnan ja ylläpidon kannalta riittävä omavaraisuus ja tarvittavat huoltovarmuusvarastot maan rajojen ulkopuolisia ongelmia vastaan. Tämä raportti on yhteenveto Gaia Consulting Oy:n ja Ilmatieteen laitoksen vuosina 2012 ja 2013 suorittamasta tutkimusprojektista. Projektin tavoitteena on ollut selvittää erityisesti eri infrastruktuurien välisiä vuorovaikutuksia sekä luoda perusteet arvioida sääilmiöiden vakavuutta yhteiskunnan kokonaisedun (talous-, terveys- ja ympäristönäkökulmat) kannalta. Lisäksi hankkeessa on yleisellä tasolla pohdittu eri suojaustoimenpiteiden kustannustehokkuutta ja kykyä torjua usean erilaisen sääilmiön vaikutuksia. Tältä osin analyysi on suuntaa-antava eikä tässä tutkimuksessa ole tehty yksityiskohtaisia kustannus-hyöty -analyysejä. 1 IPCC (2012), Managing The Risks Of Extreme Events And Disasters To Advance Climate Change Adaptation, Special Report. 2 ks. mm. 3 Kriittisillä infrastruktuureilla tarkoitetaan tässä hankkeessa energiahuoltojärjestelmää, tieto- ja viestintäjärjestelmää, vesihuoltojärjestelmää ja kuljetuslogistista järjestelmää. 6

7 Tässä yhteenvetoraportissa on esitetty tärkeimmät tulokset ja tutkimuksen johtopäätökset. Raportissa on pyritty yleistajuiseen esitykseen. Tarkasteltavien sää- ja avaruussääilmiöiden yksityiskohtaisempi analyysi on esitetty erillisessä analyysiraportissa. Tämän yhteenvetoraportin luvussa 2 on esitelty yleisellä tasolla ääreviä sää- ja avaruussääilmiöitä, jotka voivat esiintyä Suomessa. Näistä ilmiöistä on tarkempaan tutkimukseen valittu kolme sääilmiötä ja kaksi avaruussääilmiötä. Näiden aiheuttamia uhkia on tarkasteltu luvussa 3 esitetyllä menetelmällä. Tarkastelujen keskeiset tulokset on koottu lukuihin 4 ja 5. Tuloksissa on painotettu kriittisten infrastruktuurien haavoittuvuuksien ja keskinäisten riippuvuuksien tunnistamista sekä arvioitu ilmiöistä ja infrastruktuurien vahingoittumisesta seuraavia terveydellisiä, taloudellisia ja ympäristöllisiä vaikutuksia. Lisäksi on pyritty tunnistamaan kustannustehokkaita suojaustoimenpiteitä. Luvussa 6 on esitetty synteesi tarkasteltujen ilmiöiden kokonaisvaikutuksista ja mahdollisista kustannustehokkaista suojautumistoimenpiteistä. Luvussa 7 on tarkasteltu ilmiöiden esiintymistaajuuksien muutoksia tulevaisuudessa sekä pohdittu millaisia muutoksia eri infrastruktuureissa tapahtuu tulevina vuosina. Keskeiset johtopäätökset ja suositukset on koottu lukuun 8. 2 Äärevät sää- ja avaruussääilmiöt Tämän tutkimuksen puitteissa valittiin tutkittavaksi kolme äärevää sääilmiötä, jäätävä sade, matalapainemyrsky ja talvitulva, sekä kaksi avaruussääilmiötä: Auringon hiukkasmyrsky ja geomagneettinen myrsky. Valintaperusteena on ollut tarkastella kriittisten infrastruktuurien haavoittuvuuksia erityyppisten sääilmiöiden kannalta sekä luoda uutta tietoa etenkin eri maanpäällisten ja avaruussääilmiöiden vaikutusten voimakkuuksista äärimmäisissä tapauksissa. Suomen oloissa mahdollisia ilmiöitä on kuitenkin olemassa edellä mainittua suurempi joukko. Näistä on seuraavaksi annettu lyhyet kuvaukset. 2.1 Maanpäälliset sääilmiöt Matalapainemyrsky on laaja-alainen sääilmiö, jossa voi esiintyä useita uhkaavia säätekijöitä samanaikaisesti. Syksyllä ja talvella vaikuttavimpia ovat voimakkaat tuulet, jotka merellä luokitellaan myrskyksi keskituulen ollessa vähintään 21 m/s. Suomessa vakavimmat matalapainemyrskyt ovat aiheuttaneet meriasemilla 10 minuutin keskituulen nopeutena mitattuna m/s tuulia. Tällöin mantereella on havaittu myrskyisiä tuulen puuskia, jotka ovat vaihdelleet maaston rosoisuuden ja korkeuden mukaan suurestikin. Voimakkaita myrskysarjoja on esiintynyt mm marraskuussa, kun Pyryja Janika-myrskyt kaatoivat runsaasti puita. Pyry-myrsky ( ) aiheutti metsätuhoja varsinkin suurten lumikuormien takia 4. Janika-myrsky ( ) puolestaan kaatoi puita laajoilla alueilla maan länsi- ja eteläosassa myrskytuulen ja erityisen voimakkaiden myrskypuuskien takia. 4 Hoppula, P. (2005), Tykkylumi ja otolliset säätilanteet sen aiheuttamille puustovaurioille, Pro Gradu tutkielma, Helsingin Yliopisto. 7

8 Pitkä pakkasjakso ja siihen liittyvä poikkeuksellinen jäätilanne, joka voisi uhata merikuljetuksia sekä energiantuotannon polttoaineiden saatavuutta on ilmastonmuutoksesta huolimatta mahdollinen Suomen merillä. Erittäin ankaria talvia, jolloin jään laajuus ylittää rajan km 2, on vuosina esiintynyt yhteensä kahdeksana talvena ja vuoden 1950 jälkeen kolmena talvena (1956, 1985 ja 1987). Myös jäätalvi oli vaikea, mutta ei kuitenkaan yhtä ankara kuin nuo aiemmat. Oleellista nykyilmaston jäätalvien vaikutuksessa on niihin varautuminen etukäteen, sillä liikennemäärät ovat kasvaneet huomattavasti 1970-luvulta lähtien. Pitkäkestoinen voimakas lumisade ja kinostuminen syntyvät kun kylmää ilmaa virtaa suhteellisen lämpimän meriveden ylle voimakkaan tuulen kera. Tällöin merestä tuleva kosteus aiheuttaa sankkoja lumikuuroja, jotka sopivalla tuulen suunnalla voivat ajautua rannikolle lumikuurojonoissa. Mikäli suursäätila jatkuu pitkään samanlaisena, voi mereltä ajautua useiden päivien aikana jatkuvasti lumisadetta rantakaistaleelle. Tällöin lumen tukkimat tiet sekä teille ja sähkölinjoille kaatuneet puut aiheuttaisivat merkittävää haittaa yhteiskunnan toiminnoille. Suomessa ilmiötä havaitaan lähes joka talvi, mutta lumisateen intensiteetti ja kesto on yleensä heikompaa. Maailmalta tunnetaan kuitenkin merkittäviä tapauksia; esimerkiksi Tanskaan kuuluvalla Bornholmin saarella satoi alkutalven 2010/2011 aikana 140 cm lunta, joka paikoin kinostui 6 metrin korkeuksiin. Ruotsin rannikolla tammikuussa 1985 satoi otollisissa olosuhteissa vuorokauden aikana noin metri uutta lunta. Myös Pohjois-Amerikan Suurten järvien sekä Japanin rannikolla esiintyy vastaavanlaisia äärevän lumisateen ja kinostumisen tapauksia. Jäätämistä ja jäätävää sadetta esiintyy Suomessa kun Atlantilta peräisin oleva lämmin ja kostea merellinen ilma kohtaa Suomessa vallitsevan kylmän ja kuivan mantereisen ilman. Suomeen saapuessaan tämä lämmin merellinen ilma joutuu kevyempänä nousemaan raskaamman mantereisen kylmän ilman päälle. Nousevaan liikkeeseen joutuessaan kyseisen ilman sisältämä vesihöyry jäähtyy ja tiivistyy sateeksi. Putoavat sadepisarat tai inversion yläpuolella olevassa lämpimämmässä ilmassa vedeksi jo sulaneet lumihiutaleet lävistävät sitten alempana sijaitsevan kylmän, nollan alapuolisessa lämpötilassa olevan ilmakerroksen ja jäähtyvät voimakkaasti. Kohdatessaan nollan alapuolisessa lämpötilassa olevan maanpinnan tai minkä tahansa muun pinnan nämä alijäähtyneet vesipisarat jäätyvät välittömästi muodostaen kirkasta jäätä. Suomen nykyisessä ilmastossa ensi sijassa ongelma tie- ja lentoliikenteelle, mahdollisesti se voi haitata myös rautatieliikennettä. Jäätävä sade kerryttää myös haitallista kuormaa sähkölinjoihin ja niiden pylväsrakenteisiin sekä tele- ja tietoliikennemastoihin. Rajuilmat ovat voimakkaita kesäisiä ukkoskuurojärjestelmiä. Niihin itsessään voi runsaan salamoinnin lisäksi liittyä paikallisempia ilmiöitä kuten trombeja, syöksyvirtauksia, isoja rakeita tai äkkitulvia. Asta-rajuilma heinäkuussa 2010 oli yksi viime vuosien voimakkaimpia ja sen yhteydessä hetkittäiset tuulen puuskat olivat mittausten mukaan noin 29 m/s. Tuhojälkien perusteella syöksyvirtauksissa puuskat ovat kuitenkin voineet olla selvästi yli 30 m/s, mahdollisesti jopa yli 40 m/s. Noin kahden viikon aikana heinä-elokuussa 2010 esiintyneiden rajuilmojen myötä metsävahingot olivat yhteensä yli 8 miljoonaa kuutiometriä. Sähköttä oli yhteensä lähes asiakasta ja yksi ihminen menehtyi. Muita tunnettuja rajuilmoja ovat muun muassa Unto (2002), Sanna (1985), Puumalan rajuilma (1972) ja Maire (1961). Rajuilmat ovat kokoluokaltaan paljon pienempiä ja ennustettavuudeltaan vaikeampia kuin matalapainemyrskyt. Ne kehittyvät nopeasti ja niitä voi parhaiten havaita tutkakuvista, joista selviää pilven kehitys. On syytä ymmärtää, että matalapainemyrskyyn voi tietyissä olosuhteissa liittyä näitä ukkoskuurojärjestelmiä, jotka näin ollen voivat paikallisesti aiheuttaa hyvin vakavia rajuilmoille tyypillisiä tuhoja. 8

9 Pahimmat rankkasateet esiintyvät Suomessa kesäaikaan. Erityisesti paikallisten ja lyhytkestoisten kuurosateiden yhteydessä vettä voi tulla rankasti, mistä voi seurata taajamatulvia, kuten Porissa elokuussa Hidasliikkeiset matalapaineet voivat toisinaan aiheuttaa laaja-alaisempia runsaita sateita useina peräkkäisinäkin päivinä. Tästä ovat esimerkkejä heinäkuun 2004 lopun kesätulvat Uudeltamaalta Pohjois-Savoon ulottuvalla vyöhykkeellä ja Etelä-Pohjanmaan tulvat elokuun 1967 alussa. Toisinaan runsaat vesisateet saavat joet tulvimaan myös loppusyksystä tai alkutalvesta. Tällöin tulvatilanne on aina seurausta pitkään sateisena jatkuneesta säästä, jolloin vesistöjen pinnat vähitellen nousevat tulvakorkeuksiin. Loppusyksystä tulvien muodostumista edesauttaa vähäinen haihdunta, jonka takia vetenä tuleva sade päätyy kokonaisuudessaan vesistöihin. Talvella pahimpiin tulvatilanteisiin liittyy yleensä myös hyyde- tai jääpatojen muodostuminen. Viime vuosikymmenten kenties pahin ja laaja-alaisin talvitulva koettiin talvella ja aivan viime vuosina talvitulvia on ollut mm tammikuussa 2005 ja joulukuussa Rannikkotulvasta voi aiheutua vaaraa rannikon energiantuotantolaitoksiin ja kriittisiin teollisuuskohteisiin (mm. jalostamot), satamiin ja liikenneväyliin. Tärkeimmät vedenkorkeuden lyhytaikaiseen vaihteluun vaikuttavat tekijät Suomen rannikolla ovat tuuli ja ilmanpaine sekä niiden seurannaisilmiöt. Poikkeuksellisen merivesitulvan syntyminen edellyttää usean merenpintaa nostavan tekijän yhteisvaikutusta. Esimerkiksi tammikuussa 2005, jolloin Gudrun-myrskyn nostattama tulva rikkoi vedenkorkeusennätyksiä Suomenlahdella, tulvan syntyyn vaikutti kolme pääasiallista tekijää: paitsi että myrsky painoi vettä Suomenlahdelle, Itämeren vesimäärä oli jo valmiiksi keskimääräistä korkeammalla ja lisäksi Suomenlahdella oli käynnissä altaan sisäinen ominaisheilahtelu. Rannikkotulvan ajoittuminen samanaikaisesti jokitulvan ja/tai rankkasadetulvan kanssa voi muodostaa erityisen uhkatekijän rannikoiden infrastruktuureille. Pitkäkestoinen helleaalto ja sateen niukkuus, voi johtaa pohjavesivarastojen ehtymiseen. Poikkeuksellisen lämmin ja hyvin kuiva kesä koettiin osassa maata vuosina 2002 ja Vuonna 2002 vielä syyssateetkaan eivät ehtineet täydentää pohjavesivarastoja. Tilanne pitkittyi, kun talvi alkoi varhain, maa jäätyi ja sateet tulivat lokakuusta alkaen suurelta osin lumena. Vuonna 2010 koettiin epätavallisen kova helleaalto, jolloin lämpötila kohosi osissa Suomea pariinkin otteeseen jopa 35 asteen vaiheille. Näin kuuma sää on vaarallista esimerkiksi vanhuksille ja sydänsairauksista kärsiville ihmisille, varsinkin pitkään jatkuessaan. Sähköverkkojen päämuuntajien, sairaaloitten, kylmävarastojen ym. helteelle herkkien laitosten jäähdytysjärjestelmien mitoitus voi olla huippuhelteillä tiukoilla. 2.2 Avaruussääilmiöt Avaruussääilmiöllä tarkoitetaan tapahtumaa, jossa lähiavaruuden magneettiset- ja hiukkasolosuhteet poikkeavat merkittävästi vallitsevasta normaalitilasta. Magneettinen myrsky määritellään avaruussääilmiöksi, jossa auringosta peräisin oleva magneettinen rakenne esimerkiksi magneettinen pilvi vuorovaikuttaa Maan oman magneettikentän kanssa. Magneettisen myrskyn aikana aurinkotuulen plasmaa pääsee kulkeutumaan Maan lähiavaruuteen, jossa se voimistaa magnetosfäärin virtajärjestelmiä, tuottaa nopeita magneettikentän vaihteluita sekä virtapiikkejä maan pinnan sähköteknisiin järjestelmiin. Magnetosfäärin sisäpuolella magneettisesta myrskystä käytetään nimeä geomagneettinen myrsky. Magneettisia myrskyjä tapahtuu kaikkina vuosina ja vuodenaikoina. Voimakkaimmat geomagneettiset myrskyt tapahtuvat keväisin ja syksyisin auringon aktiivisuusmaksimin jälkeisinä vuosina, mutta eniten geomagneettisia myrskyjä tapahtuu talvisin korkeilla leveysasteilla, esimerkiksi Suomessa. Magneettisten myrskyjen vaikutukset 9

10 kohdistuvat pääasiassa sähkönjakeluverkkoon, öljy- ja maakaasuputkistoihin ja satelliitteihin; sähkönjakeluverkon muuntajat ovat alttiita vaurioille, öljynporauksen suunnanmääritys vaikeutuu, satelliittien orientaatio tuottaa ongelmia sekä pitkiin putkistoihin indusoituu suuria virtoja. Hiukkasmyrskyssä Auringosta peräisin olevia korkeaenergisiä hiukkasia sataa Maan lähiavaruuteen ja erityisesti magneettisten napojen ympärillä oleville revontuliovaaleille. Hiukkasmyrskyjä aiheuttavat Auringon roihupurkaukset ja koronan massapurkaukset. Maan lähiavaruudessa hiukkasmyrskyt aiheuttavat muutoksia hiukkastiheyksissä, hiukkasten nopeuksissa sekä magneettikentissä. Voimakkaita hiukkasmyrskyjä 5, joista voi olla haittaa mm. satelliittien muistipiireille, aurinkopaneeleille, signaalin lähetykselle ja vastaanotolle sekä satelliittipaikannukselle, esiintyy noin kerran vuodessa. Voimakkaammista hiukkasmyrskyistä saattaa olla tämän lisäksi seurauksena kokonaisen satelliitin tai aurinkopaneelien tuhoutuminen, suuria (kumuloituvia) säteilyannoksia napalentojen miehistölle sekä vakava säteilyvaara avaruuskävelyllä oleville astronauteille. Säteilymyrskyllä tarkoitetaan ilmiötä, jossa Auringossa tapahtuvan voimakkaan säteilypurkauksen aiheuttama säteily kulkeutuu Maahan. Säteilymyrsky häiritsee erityisesti Maan Auringonpuoleisia osia, jossa havaitaan kommunikaatiohäiriöitä useilla eri taajuuksilla. Pahimmista säteilymyrskyistä aiheutuu suunnistus- ja suuntimisongelmia laiva- ja ilmaliikenteelle sekä satelliiteille. Säteilymyrskyjä, jotka tapahtuvat radiotaajuusalueella ( MHz) kutsutaan radiohäiriöiksi. Radiohäiriöitä esiintyy runsaimmin Auringon aktiivisuussyklin maksimissa ja vähiten auringonpilkkuminimissä. Radiohäiriöiden kestot vaihtelevat muutamista minuuteista useisiin tunteihin. Yli tunnin kestäviä radiohäiriöitä tapahtuu keskimäärin noin kerran kuukaudessa. Voimakkaimmista säteilymyrskyistä voi olla seurauksena tuntien kestäviä katkoksia matalataajuisessa ja korkeataajuisessa radioliikenteessä, josta aiheutuu vaikeuksia laivastolle ja lentoliikenteelle sekä satelliittien navigaatio-ongelmia. 5 Ns. S3-taso NOAA:n viisiportaisen luokituksessa (katso tarkemmin erillisessä analyysiraportissa). 10

11 3 Lähestymistapa ja menetelmä 3.1 Tutkimuksen lähestymistapa Tutkimuksen lähestymistapana on tarkastella äärevien sää- ja avaruussääilmiöiden vaikutuksia valikoitujen tapausten avulla. Tapausten tarkastelu tehdään yhtenäisellä menetelmällä (ks. kuva 3.1), jolloin ilmiöiden vakavuutta voidaan vertailla keskenään. Kuva 3.1. Tutkimuksessa käytetty lähestymistapa ja menetelmä tiivistetysti. Tarkasteltava sääilmiö edustaa ns. pahinta mahdollista, mutta kuitenkin realistista tapahtumakulkua, joka voisi tapahtua Suomen olosuhteissa. Tarkasteluun on valittu tapahtumia, joiden tapahtumataajuus on luokkaa muutama kerta vuosisadassa. Näin tarkastelu voidaan kohdistaa kriittisten infrastruktuurien kannalta todella merkittäviin uhkatekijöihin. Valitsemalla tarkasteluun useita erilaisia tapahtumia voidaan tarkastelun avulla muodostaa kokonaiskuva kriittisten infrastruktuurien haavoittuvuuksista. 3.2 Tutkimusmenetelmä ja tiedonkeruun periaatteet Kukin tarkastelu aloitetaan luomalla kuvaus sää- tai avaruussääilmiöstä. Kuvaus sisältää kertomuksen sääilmiön synnystä, sen voimakkuudesta, kestosta ja maantieteellisestä laajuudesta. Kuvaus voi perustua esimerkiksi johonkin aiempaan tapahtumaan tai useampiin tapahtumiin, joiden perusteella muodostetaan tässä yhteydessä tarkasteltava ilmiö. Lisäksi arvioidaan, mikä on tällaisen ilmiön todennäköisyys tai toistuvuus sekä kuvataan millaisia vaikutuksia ilmiöllä on luonnossa ja rakennetussa ympäristössä. Tarkasteltava sää- tai avaruussääilmiö edustaa ns. pahinta mahdollista, mutta kuitenkin realistista tapahtumakulkua, joka voisi tapahtua Suomen olosuhteissa. Ilmiön kuvauksen yhteydessä myös tunnistetaan joukko aiemmin tapahtuneita vastaavan tyyppisiä ilmiöitä ensisijaisesti Suomesta, mutta näiden puuttuessa myös kansainvälisesti. Näitä referenssisääilmiötä ja niiden dokumentoituja vahinkoja käytetään perusteena arvioitaessa infrastruktuurien haavoittuvuutta sekä sääilmiön vaikutuksia. Siinä tapauksessa, ettei referenssisääilmiö ole yhtä 11

12 voimakas kuin tutkimukseen valittu Suomen olosuhteissa pahin mahdollinen ilmiö, on vaikutuksia arvioitu olettaen niiden kasvavan lineaarisesti. Esimerkiksi jos sääilmiön maantieteellinen laajuus, tai muu relevantti sääilmiön vaikutuksia kuvaava suure, on kaksi kertaa historiallista sääilmiötä voimakkaampi, niin myös sen vaikutusten on arvioitu olevan noin kaksinkertaiset. Menetelmän toisessa vaiheessa tunnistetaan infrastruktuurien haavoittuvuus. Ensin tarkastellaan, miten äärevä sää- tai avaruussääilmiö voi suoraan johtaa kriittisten infrastruktuurien haavoittumiseen. Tunnistetut haavoittuvuudet kuvataan sanallisesti ja arvioidaan kvantitatiivisella asteikolla (0-6). Haavoittuvuutta arvioitaessa huomioidaan maantieteellinen laajuus, ajallinen kesto sekä käyttöpaikkojen määrä, johon vaikutus kohdistuu. Käytetty asteikko on esitetty tarkemmin taulukossa 3.1. Taulukko 3.1. Haavoittuvuuksien luokitteluasteikko ARVO KUVAUS 0 Ei normaalista poikkeavia vaikutuksia Paikallisia vaikutuksia; ei merkittäviä pistevaikutuksia; kesto tunteja ja nopea toipuminen; vaikutukset alle 1 %:iin valtakunnan käyttöpaikoista Paikallisia vaikutuksia, joissa useiden päivien kesto ja toipuminen; päivätasolla olevat vaikutukset kohdistuvat kuitenkin alle 1 %:iin käyttöpaikoista TAI alueellisia vaikutuksia (tai merkittäviä paikallisia pistevaikutuksia), joissa tuntitason kesto ja toipuminen; vaikutukset hetkellisesti 1-10 % käyttöpaikoista Paikallisia vaikutuksia, joissa viikkojen kesto ja toipuminen; viikkotasolla olevat vaikutukset kohdistuvat kuitenkin alle 1 %:iin käyttöpaikoista TAI alueellisia vaikutuksia (tai merkittäviä paikallisia pistevaikutuksia), joissa päivien kesto ja toipuminen; vaikutukset 1-10 % käyttöpaikoista TAI alueellisia pistevaikutuksia, joissa tuntien kesto; vaikutukset %:iin käyttöpaikoista Alueellisia vaikutuksia (tai merkittäviä paikallisia pistevaikutuksia), joissa viikkojen kesto ja toipuminen; viikkotasolla olevat vaikutukset kohdistuvat 1-10 %:iin käyttöpaikoista TAI alueellisesti merkittäviä pistevaikutuksia, joissa päivien kesto ja toipuminen; vaikutukset % käyttöpaikoista TAI valtakunnallisia vaikutuksia, joissa tuntien kesto; vaikutukset yli 30 % käyttöpaikoista Alueellisia merkittäviä pistevaikutuksia, joissa viikkojen kesto ja toipuminen; viikkotasolla olevat vaikutukset kohdistuvat %:iin käyttöpaikoista TAI valtakunnallisia vaikutuksia, joissa päivien kesto; vaikutukset yli 30 % käyttöpaikoista Laajoja valtakunnallisia vaikutuksia, joissa viikkojen kesto; vaikutukset yli 30 % käyttöpaikoista Kun kunkin infrastruktuurin suorat haavoittuvuudet on tunnistettu, voidaan sen jälkeen tunnistaa näistä seuraavat epäsuorat haavoittuvuudet kaikissa muissa kriittisissä infrastruktuureissa. Epäsuorien haavoittuvuuksien tarkastelu tehdään siten, että kunkin infrastruktuurin osalta arvioidaan yksi kerrallaan, miten kyseinen infrastruktuuri vahingoittuu, jos jokin muu infrastruktuuri on vahingoittunut suoraan sääilmiön seurauksena. Käymällä systemaattisesti läpi kaikki kriittiset infrastruktuurit saadaan tämän vaiheen tuloksena sääilmiöön liittyvä kokonaishaavoittuvuus sekä kokonaiskuva infrastruktuurien välisistä riippuvuuksista. Riippuvuusverkostoa havainnollistetaan kuvan 3.2 nuolidiagrammilla. 12

13 Kuva 3.2 Infrastruktuurien suorien ja epäsuorien haavoittuvuuksien riippuvuudet. Menetelmän kolmannessa vaiheessa tehdään vaikutusten arviointi. Tarkastelu kattaa taloudelliset, terveydelliset ja ympäristölliset vaikutukset. Koska sääilmiöön itsessään voi liittyä myös suoria terveys-, talous- ja ympäristövaikutuksia - ilman että vaikutukset tulevat infrastruktuurin vahingoittumisen kautta - kokonaistarkastelussa on huomioitava myös nämä suorat vaikutukset. Terveysvaikutuksia arvioitaessa otetaan huomioon sekä vaikutuksen kohteeksi joutuneiden henkilöiden määrä että terveyshaitan vakavuus. Ympäristöhaittojen arvioinnissa huomioidaan sekä haitan vakavuus että vahinkoa kärsineiden kohteiden määrä. Taloudelliset vaikutukset arvioidaan yhteiskunnalle kokonaisuudessa aiheutuneiden suorien rahallisten kustannusten perusteella. Kaikkien edellä mainittujen vaikutusten arviointi tehdään kvantitatiivisella asteikolla (0 5) tarkastellen edellä mainitut terveys-, talous- ja ympäristövaikutuksia erikseen. Vaikutusten arvioinnissa käytetyt asteikot ja niihin liittyvät määritelmät on esitetty seuraavalla sivulla olevissa taulukoissa 3.2a 3.2c. 13

14 Taulukko 3.2.a. Terveysvaikutusten luokitteluasteikko. ARVO KUVAUS 0 Ei normaalista poikkeavia vaikutuksia 1 Vähäinen terveyshaitta muutamille ihmisille Vähäinen terveyshaitta kymmenille ihmisille TAI merkittävä terveyshaitta muutamille 2 ihmisille Vähäinen terveys- ja hyvinvointihaitta sadoille ihmisille TAI merkittävä terveys- ja hyvinvointihaitta kymmenille ihmisille TAI vakava terveyshaitta muutamille ihmisille 3 Vähäinen terveyshaitta tuhansille ihmisille TAI merkittävä terveyshaitta sadoille ihmisille 4 TAI vakava terveyshaitta kymmenille ihmisille Merkittävä terveyshaitta tuhansille ihmisille TAI vakava terveyshaitta sadoille ihmisille 5 Vähäinen terveyshaitta: seurauksiltaan lievä tapaturma Merkittävä terveyshaitta: pysyvä terveyshaitta, esim. pieni invaliditeetti Vakava terveyshaitta: merkittävä invaliditeetti, ei kykyä elää itsenäisesti, kuolema Taulukko 3.2.b. Taloudellisten vaikutusten luokitteluasteikko. ARVO KUVAUS 0 Alle yli Taulukko 3.2.c. Ympäristövaikutusten luokitteluasteikko. ARVO KUVAUS 0 Ei normaalista poikkeavia vaikutuksia 1 Vähäinen ympäristöhaitta muutamassa (1-5) kohteessa 2 Merkittävä ympäristöhaitta muutamassa kohteessa TAI vähäinen useassa (6-10) kohteessa 3 Vakava ympäristöhaitta muutamassa kohteessa TAI merkittävä useassa kohteessa TAI vähäinen erittäin monessa (yli 10) kohteessa 4 Vakava ympäristöhaitta useassa kohteessa TAI merkittävä ympäristöhaitta erittäin monessa kohteessa 5 Vakava haitta erittäin monessa kohteessa Vähäinen ympäristöhaitta: Ohimenevä, lyhytaikainen (päiviä - viikkoja) haitta, joka kohdistuu pieneen osaan vaikutusalueen luonnonvaroja (maaperä, pohjavesi) tai eliöstöä Merkittävä ympäristöhaitta: Ohimenevä, pidempiaikainen (viikkoja - kuukausia) haitta, joka kohdistuu suureen osaan vaikutusalueen luonnonvaroja tai eliöstöä myös ravintoketjujen kautta Vakava ympäristöhaitta: Pitkäaikainen (vuosia) tai pysyvä haitta, joka kohdistuu suureen osaan vaikutusalueen luonnonvaroja tai eliöstöä myös ravintoketjujen kautta ja vaikuttaa eliöiden normaaliin lisääntymiseen 14

15 Menetelmän neljännessä vaiheessa tunnistetaan mahdolliset suojaustoimenpiteet ja arvioidaan niiden soveltuvuutta. Suojaustoimenpiteet kattavat 1) ennalta ehkäisyn, 2) toiminnan välittömästi ennen sääilmiötä ja sen aikana, 3) ensivasteen heti sääilmiön jälkeen sekä 4) korjaavat ja palauttavat toimenpiteet. Kunkin suojaustoimen osalta arvioidaan karkealla tasolla suojaustoimen kustannustehokkuus eli kuinka paljon vaikutuksia voidaan lieventää suhteessa suojaustoimen kustannukseen. Suojaustoimien kustannustehokkuutta arvioidaan myös kvantitatiivisella asteikolla (0 5), joka on esitelty taulukossa 3.3. Arviointia ei kuitenkaan ole tämän projektin puitteissa suoritettu yksityiskohtaisella kustannus-hyöty -menetelmällä, jota kuitenkin suositellaan käytettäväksi kattavan varautumissuunnitelman kehittämisessä. Taulukko 3.3. Suojaustoimien arviointiasteikko. ARVO KUVAUS 0 Suojaustoimet ovat tehottomia 1 Suojaustoimilla voidaan vain vähän lieventää vaikutuksia TAI laajamittaisten suojaustoimien toteuttaminen on erittäin kallista 2 Suojaustoimilla voidaan kohtuullisesti lieventää vaikutuksia, mutta laajamittaisten suojaustoimien toteuttaminen on kallista TAI suojaustoimilla voidaan merkittävästi vähentää vaikutuksia, mutta toteuttaminen on erittäin kallista 3 Suojaustoimilla voidaan merkittävästi lieventää vaikutuksia, mutta laajamittaisten suojaustoimien toteuttaminen on kallista TAI suojaustoimilla voidaan kohtuullisesti lieventää vaikutuksia kustannustehokkaasti 4 Suojaustoimilla voidaan torjua vaikutukset lähes täysin, mutta laajamittaisten suojaustoimien toteuttaminen on melko kallista TAI suojaustoimilla voidaan merkittävästi lieventää vaikutuksia kustannustehokkaasti 5 Suojaustoimilla voidaan torjua vaikutukset lähes täysin JA suojaustoimet ovat erittäin kustannustehokkaita Menetelmän synteesivaiheessa sääilmiön vakavasti uhkaamat infrastruktuurit voidaan tunnistaa vertaamalla sääilmiön infrastruktuurin kautta synnyttämiä vaikutuksia sekä vaikutuksilta suojautumisen vaikeutta tai kustannustehokkuutta. Pääpaino on syytä keskittää infrastruktuureihin, joissa sääilmiön vaikutukset ovat suuret ja suojautuminen on vaikeaa tai kallista (kuva 3.3). Kuvassa kunkin infrastruktuurin osalta on eritelty talous-, terveys- ja ympäristövaikutukset. Infrastruktuuria kuvaava ikoni on asetettu näiden perusteella lasketun keskiarvon kohdalle. 15

16 Kuva 3.3. Yhteiskunnan toiminnan kannalta vakavasti uhatut infrastruktuurit tunnistetaan siitä, että niiden osalta sääilmiön vaikutukset ovat suuret ja samalla suojautuminen sääilmiötä vastaan on vaikeaa tai kustannuksiltaan kallista. 16

17 17

18 4 Tiivistelmät sääilmiöiden analyyseistä 4.1 Jäätävä sade Sääilmiön kuvaus Jäätäviä sateita voi syntyä tilanteissa, joissa ilmakehän alin kerros, varsinkin maanpintaa lähinnä oleva kerros, on jäähtynyt voimakkaasti ulossäteilyn 6 johdosta, ja tätä kylmää ilmakerrosta hieman ylempänä on lämpimämpää ilmaa. On muodostunut ns. inversiokerros, mikä tarkoittaa, että ilmakehässä ylemmäs mentäessä lämpötila nousee, kun normaalisti ilmakehässä ylemmäs mentäessä lämpötila laskee. Tällainen tilanne syntyy, kun Atlantilta peräisin oleva lämmin ja kostea merellinen ilma kohtaa Suomessa vallitsevan kylmän ja kuivan mantereisen ilman. Suomeen saapuessaan tämä lämmin merellinen ilma joutuu kevyempänä nousemaan raskaamman mantereisen kylmän ilman päälle. Nousevaan liikkeeseen joutuessaan ilman sisältämä vesihöyry jäähtyy ja tiivistyy sateeksi. Putoavat sadepisarat tai inversion yläpuolella olevassa lämpimämmässä ilmassa vedeksi jo sulaneet lumihiutaleet lävistävät sitten alempana sijaitsevan kylmän, nollan alapuolisessa lämpötilassa olevan ilmakerroksen ja jäähtyvät voimakkaasti (ks. kuva 4.1). Kohdatessaan nollan alapuolisessa lämpötilassa olevan maanpinnan tai minkä tahansa muun pinnan nämä alijäähtyneet vesipisarat jäätyvät välittömästi muodostaen kirkasta jäätä. Kuva 4.1. Esimerkki ilmakehäluotauksesta jäätävän sateen/tihkun tapauksessa (Jokioinen UTC 7 ). Vaaka-akselilla on kuvattu ilman lämpötila ( C), pystyakselilla on korkeus (hpa ja m). Oikea käyrä kuvaa kuivaa lämpötilaa 8, vasen kuvaa kastepistelämpötilaa 9. 6 Ulossäteily = maanpinnan ilmakehään lähettämä lämpösäteily 7 UTC = Universal Time, Coordinated (aika, joka on kaksi tuntia Suomen talviaikaa jäljessä) 8 Sateelta ja suoralta auringon säteilyltä suojassa mitattu ilman lämpötila 9 Kastepistelämpötila on ilman kosteussisällön mitta eli ilman lämpötila, kun ilman suhteellinen kosteus on 100 % 18

19 Suomessa tapahtuneista jäätävistä sateista voidaan nostaa esimerkiksi marraskuun 2002 jäätävä sade ( ). Sääilmiön tarkempi kuvaus on esitetty erillisessä analyysiraportissa. Maailmalla tunnetuin tapaus on Kanadassa vuonna 1998 koettu poikkeuksellisen voimakas jäämyrsky. Tässä selvityksessä on tarkasteltu jäätävän sateen tapausta, joka edustaa vuoden 2002 marraskuun kaltaista tilannetta, mutta joka on voimakkaampi ja kestoltaan tuntia pidempi. Tarkasteltava jäätävä sade toteutuu joulu- tammikuun välisenä aikana ja sateen ajallinen kesto on tuntia, sateen kattaessa alueellisesti koko Suomen. Sademäärän arvioidaan nousevan noin 5-30 mm tasolle ja sitä vastaavan jääkertymän jäätävän sateen tapauksessa nousevan tietyillä alueilla (kattaen Etelä- ja Keski-Suomen sekä entisen Oulun läänin) 5-30 millimetriin Haavoittuvuus Jäätävä sade voi aiheuttaa ongelmia etenkin energiahuolto- ja kuljetuslogistisissa järjestelmissä. Energiahuoltojärjestelmän ongelmat syntyvät ensisijassa sähköjohtimiin ja pylväsrakenteisiin muodostuvien jääkuormien kautta. Kertymä on kuitenkin tyypillisesti Suomen olosuhteissa niin pieni, että siitä ei muodostu sortumavaaraa. Pahimmassa tapauksessa 30 mm jääkuorma saattaa kuitenkin aiheuttaa pylväiden sortumista tai johtojen ripustusten hajoamisia. Erityisesti sellaisissa tapauksissa, että johtimiin, ukkosköysiin yms. on kertynyt jo aiemmin jäätä/lunta, voi syntyä vakavia ongelmia. Ongelmat ovat vakavimmillaan, jos kantaverkon pylväsrakenteen eivät kestä jääkuormia, mikä on mahdollista 30 mm jääkertymällä. Pahimmillaan tämä voi aiheuttaa sähkön siirtoverkon vahingoittumisen laajalta alueelta. Tällaisesta tilanteesta toipuminen saattaa kestää useita vuorokausia. Jo pienemmilläkin jääkuormilla erottimien ja kytkimien jäätyminen aiheuttaa ongelmia verkon käyttötoiminnoille ja vaikeuttaa vikojen korjausta. Teiden jäätyminen voi hankaloittaa ja estää polttoainetoimituksia. Etenkin turve- ja puupolttoaineen toimitukset voimalaitoksille voivat häiriytyä pahimmillaan muutamaksi vuorokaudeksi. Jäätävän sateen ei arvioida aiheuttavan merkittäviä suoria ongelmia vesihuoltojärjestelmän toiminnalle. Vesihuoltojärjestelmän ongelmat jäätävän sateen tilanteessa voivat syntyä lähinnä energiahuoltojärjestelmän vahingoittumisen seurauksena, millä voi olla vaikutus sekä talousvesi- että jätevesijärjestelmään. Kuljetuslogistiset sekä tieto- ja viestijärjestelmien vikaantumiset jäätävän sateen yhteydessä saattavat vaikeuttaa ja pitkittää vesihuolto-ongelmien ratkaisemista. Tieto- ja viestintäjärjestelmän suorat häiriöt voivat syntyä lähinnä lähetysantenneihin ja radiolinkkipeileihin kiinnittyvän jään aiheuttamasta signaalin vaimentumisesta. Paikallisesti ongelmat saattavat olla suuriakin ja pitkäkestoisia. Jäätävän sateen muodostamat jääkuormat mastoihin ovat kuitenkin selkeästi pienempiä kuin huurrekuormat, joten niistä ei suoranaisesti odoteta syntyvän ongelmia, jollei niihin yhdisty jo olemassa olevia huurrekuormia ja epäsymmetristä jään kertymistä. Kuljetuslogistisille järjestelmille jäätävän sateen suorat vaikutukset saattavat olla merkittävät ja koskea etenkin maantieliikennettä ja rautatieliikennettä. Samoin lentoliikenteelle voi aiheutua merkittävää haittaa ja lentoliikenne voi pahimmillaan katketa useaksi tunniksi. Maantieliikenteessä teiden pinnat voivat jäätyä vaarallisen liukkaaksi ja siten haitata todella merkittävästi sekä henkilö- ja tava- 10 Ylärajaksi on tässä tarkastelussa määritelty 30 millimetriä, joka Kanadan jäämyrskytutkimuksessa oli arvioitu laajavaikutteisemman ja useamman päivän kestoisen sähkökatkoksen alarajaksi. 19

20 raliikennettä. Jääkuormat voivat katkoa myös rautateiden sähköistyksiä ja jäätäminen vaikeuttaa vaihteiden toimintaa. Sähköverkon ja tieto- ja viestintäjärjestelmien vahingoittumiset voivat myös vaikeuttaa kuljetuslogististen järjestelmien toimintaa, mutta nämä epäsuorat vahingoittumiset ovat selvästi toissijaisia. Pitkittyessään sähkönjakelun ongelmat voivat kuitenkin vaikeuttaa polttoainehuoltoa, mikäli huoltoasemilla ei ole varavoimaa polttoainepumppujen sekä kassa- ja maksupäätteiden käyttämiseksi. Kuvassa 4.2 on esitetty jäätävän sateen aiheuttamat suorat ja epäsuorat vahingoittumiset riippuvuuskarttana, josta nähdään infrastruktuurien väliset kytkennät sekä vahingoittumisten summa. Erityisenä huomiona voidaan todeta kaikkien infrastruktuurien suhteellisen suuri sähköriippuvuus sekä erityisesti tieto- ja viestintäjärjestelmien kriittinen rooli energiahuoltojärjestelmän toipumisessa. Mikäli tieto- ja viestintäjärjestelmät ovat pahasti vahingoittuneet sähkökatkojen vuoksi, voi syntyä itseään vahvistava negatiivinen kierre, joka hidastaa energiahuoltojärjestelmän toipumista ja sähköjen palauttamista palvelemaan muita infrastruktuureita. Kuva 4.2. Kriittisten infrastruktuurien vahingoittumiset jäätävässä sateessa sekä infrastruktuurien keskinäiset riippuvuudet Vaikutukset Jäätävän sateen merkittävimmät vaikutukset syntyvät analyysin perusteella energiahuolto- ja kuljetuslogististen järjestelmien vahingoittumisen kautta. Erityisesti terveysvaikutukset voivat olla huomattavia liikenneonnettomuuksien ja sähköttömäksi jääneiden talouksien ja laitosten evakuointien 20

21 takia. Lisäksi myös taloudelliset vaikutukset voivat olla jopa satoja miljoonia euroja, mikäli sähköverkon rakenteet jääkuorman vaikutuksesta vaurioituvat. Jäätävän sateen aiheuttamien jääkuormien arvioidaan voivan aiheuttaa johtojen putoamisia ja pahimmassa tapauksessa jopa kantaverkon pylväsrakenteiden romahtamisia. Toisaalta jäätävän sateen ei arvioida aiheuttavan merkittäviä ympäristövaikutuksia. Yhteenveto jäätävän sateen aiheuttamista terveys-, talous- ja ympäristövaikutuksista on esitetty taulukossa 4.1. Terveys- ja hyvinvointivaikutukset arvioidaan syntyvän ilman lämmitystä jääneiden asukkaiden evakuoinneista sekä kriittisten kohteiden (sairaalat, hoitolaitokset) toiminnan häiriintymisestä sekä liikenneonnettomuuksien lisääntymisestä. Erityisesti huonokuntoisten potilaiden evakuointi voi olla työlästä ja jo itsessään heikentää evakuoitavien terveydentilaa. Sähköverkon rakenteiden ja liikennevälineiden rikkoutumiset voivat aiheuttaa merkittäviä taloudellisia vahinkoja. Kustannuksia syntyy myös kuljetusten peruuntumisista ja myöhästymisistä. Taulukko 4.1. Jäätävän sateen terveys-, talous- ja ympäristövaikutukset. YHTEISKUNNALLISET VAIKUTUKSET TERVEYS- VAIKUTUKSET TALOUDELLISET VAIKUTUKSET YMPÄRISTÖ- VAIKUTUKSET Energiahuoltojärjestelmä Vesihuoltojärjestelmä Tieto- ja viestintäjärjestelmät Kuljetuslogistiset järjestelmät Summavaikutus infrastruktuureista Suora vaikutus sääilmiöstä Suojaustoimet Jäätävässä sateessa energiahuoltojärjestelmän haavoittuvuus on suuri eikä ennaltaehkäisevien suojaustoimien (esimerkiksi kanta- ja alueverkon maakaapelointi jäätävältä sateelta suojautumiseksi) arvioida olevan kovinkaan kustannustehokkaita. Korjaavien toimien osalta on tärkeää, että saatavilla on riittävästi varaosia myös sähköverkon perusrakenteita varten, sillä jäätävä sade voi rikkoa laitteita ja komponentteja (pylväät, kannattimet), jotka eivät yleensä kulu käytössä. Tieto- ja viestintäjärjestelmien osalta on myös rajoitetusti kustannustehokkaita keinoja suojautua jäätävää sadetta vastaan. Vesihuoltojärjestelmä on jo nyt hyvin suojattu jäätävää sadetta vastaan, ja vaikutuksia voidaan mahdollisesti vielä pienentää useilla kustannustehokkailla toimenpiteillä. Kuljetuslogistisessa järjestelmässä voidaan juuri ennen sääilmiötä järjestellä kuljetuksia uudestaan, jos säätiedot saadaan riittävän ajoissa. Sääilmiön jälkeisistä korjaavista toimenpiteistä nousee esille tärkeimpänä vikaantuneiden turva- ja opastinlaitteiden korjaaminen sekä teiden raivaus. Taulukossa 4.2 on esitetty yhteenveto suojaustoimenpiteiden arvioidusta kustannustehokkuudesta eri infrastruktuurien osalta. Taulukossa korostuu, että vesihuoltojärjestelmän suojautumistoimenpiteet ovat varsin kustannustehokkaita. Tämä johtuu pitkälti siitä, että vesihuollon infrastruktuuri on pääasiassa maahan kaivettua ja siten suojassa sääilmiön suorilta vaikutuksilta. Muiden infrastruktuurien osalta suojaustoimien arvioitu kustannustehokkuus jää varsin heikoksi. 21

22 Taulukko 4.2. Yhteenveto tunnistettujen suojaustoimien kustannustehokkuudesta jäätävän sateen vaikutusten pienentämiseksi. SUOJAUSTOIMET ENNALTA EHKÄISEVÄT TOIMET TOIMINTA SÄÄILMIÖN AIKANA VÄLITTÖMÄT TOIMET KORJAAVAT TOIMET Energiahuoltojärjestelmä Vesihuoltojärjestelmä Tieto- ja viestintäjärjestelmät Kuljetuslogistiset järjestelmät Yhteenveto Huoltovarmuuden kannalta jäätävässä sateessa on huomiota kiinnitettävä erityisesti energiahuoltoon ja kuljetuslogistista järjestelmään, joiden vahingoittumisen kautta syntyneet vaikutukset voivat olla suuret ja suojautuminen on vaikeaa (ks. kuva 4.3). Erityisesti jäätävän sateen synnyttämät jääkuormat voivat aiheuttaa sähkön kanta- ja jakeluverkon vaurioitumista ja sitä kautta pahimmillaan pitkiä ja laajoja sähkökatkoja. Kuljetuslogistinen järjestelmä toipunee varsin pian sääilmiön jälkeen, mutta vaikutukset jäätävän sateen aikaan ja välittömästi sen jälkeen voivat olla merkittäviä. Kuva 4.3. Jäätävän sateen vaikutukset eri infrastruktuureissa suhteessa suojautumisen kustannuksiin. 22

23 23

24 4.2 Matalapainemyrsky Sääilmiön kuvaus Myrskypäivä 11 on sellainen päivä, jolloin jollain meriasemalla on mitattu 10 minuutin keskituulen nopeutena 21 m/s. Tässä tapauksessa on tarkasteltu talvella tapahtuvaa matalapainemyrskyä. Vuoden 2011 tapaninpäivän myrsky toimii esimerkkinä tällaisesta äärevästä sääilmiöstä. Tapani-myrskyssä tuuli alkoi voimistua nopeasti tapaninpäivän vastaisena yönä Suomen länsiosassa. Voimakkaimmat tuulet kestivät tapaninpäivän yöstä iltapäivään asti. Myrskyn kesto oli noin 16 tuntia (ks. kuva 4.4). Matalapaine oli myrskytyypiltään läntinen ja kovimpien tuulien suunta oli keskimäärin 285. Tapani-myrskyn suuret vahingot johtuivat puuskaisen tuulen lisäksi myös siitä, että maa ei ollut roudassa. Joulukuu 2011 oli Suomessa jopa noin 6,5 astetta tavanomaista lauhempi ja sademäärät nousivat paikoin ennätyslukemiin. Tapaninpäivän kaltaisia myrskytuulia, jotka ehdittiin mitata, havaitaan Suomen merialueilla keskimäärin 2-4 vuoden välein. Maa-alueiden puuskien osalta toistuvuusajan arvioiminen on hankalampaa lyhyemmän havaintoaineiston vuoksi. Tapaninpäivän myrskyn aikana maalla esiintyneiden puuskien toistuvuusajan voidaan tuhojen perusteella arvioida olevan noin kerran vuosikymmenessä. Alustavan uuden luokittelumenetelmän mukaan Tapaninpäivän myrsky oli Suomessa tuuliltaan ja metsätuhoiltaan ns. luokan 1 myrsky, eli myrsky, joka voi aiheuttaa metsätuhoja 1-10 Mm 3. Muita luokan 1 myrskyjä ovat olleet Janika-myrsky , Mauri-myrsky ja Aarno-myrsky kl kl kl kl 08 Kuva 4.4. Tapaninpäivän myrskyn reitti ja tuulihavaintojen sekä tuhotietojen perusteella väritetty vaikutusalue Suomessa. Kuvassa oranssilla alueella puuskat olivat arviolta 20 m/s, punaisella alueella vastaavasti 25 m/s ja aivan lounaassa violetilla on esitetty alue, jossa puuskat olivat arviolta yli Myrskypäivien lukumäärää on tilastoitu Suomessa vuodesta 1990 alkaen. Keskituuli tarkoittaa 10 minuutin aikana mitatun tuulen nopeuden keskiarvoa. 24

25 m/s. Matalapaineen keskuksen sijainti on merkitty punaisilla palloilla (Suomen ajassa). Sinisillä palloilla on merkitty myrskyreitti, josta olisi voinut koitua Suomessa vielä suuremmat tuhot. Tapani-myrsky olisi voinut Suomessa aiheuttaa suurempia tuhoja, jos matalapaineen reitti olisi suuntautunut kaakon sijaan itään tai itäkoilliseen. Silloin vaikutusalue olisi voinut olla sama lounaassa, missä metsä on mäntyvaltaista, mutta ulottua pidemmälle maan keskiosaan, missä metsä on kuusivaltaista. Erityisesti metsätuhojen ja puiden kaatumisriskin näkökulmasta lounaasta saapuva myrsky (kuten Mauri-myrsky 1982), joka pyyhkäisee Suomen kuusivaltaisten metsien yli kohti koillista roudattomana aikana, olisi pahin vaihtoehto. Tällaisessa Mauri-myrskyn kaltaisessa tapauksessa tuulen nopeus merellä olisi noin 31 m/s, nousten puuskissa jopa m/s. Tässä selvityksessä on tarkasteltu tapausta, joka edustaa tuulen voimakkuudeltaan Maurimyrskyn kaltaista myrskyä, joka pyyhkäisee läpi Suomen lounaasta koilliseen. Mauri-myrskyn toistuvuusajaksi on arvioitu 1 kerta 30 vuodessa. Tässä selvityksessä myrskyn oletetaan tapahtuvan vastaavissa talvioloissa kuin Tapani-myrsky, jolloin märkä maanpinta lisää puiden kaatumisriskiä Haavoittuvuus Matalapainemyrskyn aiheuttamat suorat vahingot kohdistuvat ennen kaikkea energiahuoltoon ja kuljetuslogistisiin järjestelmiin. Energiahuoltojärjestelmän vahingoittuminen aiheuttaa epäsuorasti vesihuollolle ja tieto- ja viestintäinfrastruktuurille merkittävämmän uhan kuin itse sääilmiö suoraan. Matalapainemyrskyn kaltaisen äärevän sääilmiön suorat vaikutukset voivat olla merkittäviä ja todennäköisesti pitkäkestoisia erityisesti paikallisella, mutta myös alueellisella tasolla. Suurimmat ongelmat syntyvät todennäköisesti sähkön jakeluverkon pitkäkestoisten häiriöiden kautta, sillä sähkön jakeluverkko voi vaurioitua laajalta alueelta. Usealla alueella verkon korjaus saattaa kestää päiviä; pahimmin vaurioituneilla alueilla viikkoja, koska verkko voidaan joutua rakentamaan käytännössä kokonaan uudelleen. Matalapainemyrskyn vaikutukset liikenneinfrastruktuuriin voivat olla myös merkittävät. Tie- ja rataverkoston osalta kaatuneet puut ovat suurin uhka. Vesiväylien osalta matalapainemyrsky vaikeuttaa ja vaarantaa vesiliikennettä (aaltojen korkeudesta riippuen). Kovat tuulet saattavat myös vaurioittaa väylien turvalaitteita. Lentokenttien osalta myrsky saattaa aiheuttaa merkittäviä häiriöitä ja jopa hetkellisesti pysäyttää koko lentoliikenteen. Lisäksi sähkökatkokset voivat vaikeuttaa polttoainehuoltoa, mikäli huoltoasemien polttoainepumput ja maksupäätteet eivät saa sähköä. Kuvassa 4.5 on esitetty infrastruktuurien välinen riippuvuuskartta, josta nähdään sääilmiön suorat vaikutukset sekä infrastruktuurien haavoittuvuudet ja keskinäiset kytkennät. Erityisenä huomiona voidaan todeta kaikkien infrastruktuurien suuri sähköriippuvuus. Kuvasta nähdään, että energiahuoltoinfrastruktuurin haavoittuvuus on kaikkein suurin. Tämä johtuu ennen kaikkea myrskyn aiheuttamista suorista vahingoista, mutta myös energiahuollon riippuvuudesta sekä tieto- ja viestintäjärjestelmistä että kuljetuslogistiikasta. Mikäli tieto- ja viestintäjärjestelmät tai kuljetuslogistiset järjestelmät ovat pahasti vahingoittuneet sähkökatkojen vuoksi, voi syntyä itseään vahvistava negatiivinen kierre, joka hidastaa energiahuoltojärjestelmän toipumista ja viivästyttää myös muiden infrastruktuurien toiminnan kannalta tärkeää sähkönsyötön palauttamista. 25

26 Kuva 4.5. Kriittisten infrastruktuurien haavoittuvuudet matalapainemyrkyssä sekä infrastruktuurien keskinäiset riippuvuudet Vaikutukset Matalapainemyrskyllä on merkittävä vaikutus niin terveyteen, talouteen kuin ympäristöön. Kriittisten infrastruktuurien vahingoittuminen matalapainemyrskyssä voi aiheuttaa etenkin terveysvaikutuksia, kun taas myrsky itsessään vaikuttaa suoraan ympäristöön ja aiheuttaa mahdollisesti merkittäviä taloudellisia vahinkoja, joita kriittisten infrastruktuurien toimimattomuus edelleen pahentaa. Taulukossa 4.3 on esitetty yhteenveto vaikutuksista. Kun otetaan huomioon myös myrskyn aiheuttamat suorat vaikutukset, on äärevää matalapainemyrskyä kokonaisuudessaan pidettävä merkittävänä uhkana yhteiskunnan normaalitoiminnalle. Taulukko 4.3. Matalapainemyrskyn terveys-, talous- ja ympäristövaikutukset. YHTEISKUNNALLISET VAIKUTUK- SET TERVEYS- VAIKUTUKSET TALOUDELLISET VAIKUTUKSET YMPÄRISTÖ- VAIKUTUKSET Energiahuoltojärjestelmä Vesihuoltojärjestelmä Tieto- ja viestintäjärjestelmät Kuljetuslogistiset järjestelmät Summavaikutus infrastruktuureista Suora vaikutus sääilmiöstä

27 4.2.4 Suojaustoimet Ennaltaehkäisevät toimet, kuten varavoiman järjestäminen, on arvioitu merkittäviksi etenkin vesihuollon varautumisessa. Toiminta juuri ennen sääilmiötä ja sen aikana (aikataulu- ja nopeusrajoitusmuutokset, kuljetusten toteuttaminen ennen myrskyä jne.) ovat tärkeitä kuljetuslogistisessa infrastruktuurissa. Energiahuollon ja tieto- ja viestintäjärjestelmien osalta ei tässä tutkimuksessa tunnistettu yhtä kustannustehokkaita toimia kuin muiden infrastruktuurien kohdalla. Näiden infrastruktuurien kohdalla suojaustoimien tarkempi kustannus-hyöty -analyysi on erityisen tärkeää. Energiahuollon osalta on lisäksi pyrittävä ratkaisuihin (esimerkiksi korjaustoiminnan ja siirrettävän varavoiman priorisointi), joilla pystyttäisiin estämään energiahuollon ongelmien leviäminen muihin infrastruktuureihin. Yhteenveto suojaustoimien kustannustehokkuudesta on esitetty taulukossa 4.4. Taulukko 4.4. Yhteenveto suojaustoimien kustannustehokkuudesta matalapainemyrskyn vaikutusten pienentämiseksi. SUOJAUSTOIMET ENNALTA EHKÄISEVÄT TOIMET TOIMINTA SÄÄILMIÖN AIKANA VÄLITTÖMÄT TOIMET KORJAAVAT TOIMET Energiahuoltojärjestelmä Vesihuoltojärjestelmä Tieto- ja viestintäjärjestelmät Kuljetuslogistiset järjestelmät Yhteenveto Matalapainemyrsky on vaikutuksiltaan todennäköisesti yksi merkittävimmistä äärevistä sääilmiöistä. Suorien vaikutusten lisäksi kriittisten infrastruktuurien haavoittuvuus lisää sääilmiön vakavuutta. Erityisesti energiahuollon ja kuljetuslogistisen järjestelmän vahingoittumisen kautta voi syntyä merkittäviä terveydellisiä ja taloudellisia vaikutuksia. Sääilmiön toipumisessa olennaista on saada palautettua sähköt mahdollisimman nopeasti etenkin kriittisiin kohteisiin, joihin lukeutuvat mm. kriittiset tieto- ja viestintäjärjestelmät sekä terveydenhuollon ja kuljetuslogististen järjestelmien (keskusvarastot, polttoainehuolto) solmukohdat. Vaikutusten suuruus ja eri infrastruktuurien suojautumiskeinojen kustannustehokkuus on esitetty kuvassa

28 Kuva 4.6. Matalapainemyrskyn vaikutukset eri infrastruktuureissa suhteessa suojautumisen kustannuksiin. Talvella esiintyvän äärevän matalapainemyrskyn seuraukset voisivat olla vieläkin vakavammat, mikäli siihen yhdistyisi joko voimakas vedenpinnan kohoaminen Itämerellä tai myrskyä seuraava kireä pakkanen. Vedenpinnan kohoaminen Itämerellä aiheuttaisi tulvia, joiden torjuntaa hankaloittaisivat sekä pitkät sähkökatkot että kuljetuslogistisen järjestelmän häiriöt. Myrskyä seuraava pakkaskausi puolestaan aiheuttaisi erittäin suuria ongelmia muun muassa rakennusten lämpimänä pitämisessä ja voisi pahimmillaan johtaa myös kaukolämpöjärjestelmän putkien rikkoontumiseen, mikäli lämmitysveden kierto jouduttaisiin pysäyttämään laajamittaisen sähkökatkoksen takia. Tästä seuraisi merkittäviä taloudellisia vahinkoja rakennusten vesiputkien jäätyessä sekä pahimmillaan vaatisi mittavia evakuointeja alueilta, joilla energiahuolto ei toimisi. 28

29 29

30 4.3 Talvitulva Sääilmiön kuvaus Suomen vesistöissä suurimmat vedenkorkeudet ja virtaamat saavutetaan tyypillisesti keväällä lumien sulamisen jälkeen 12. Loppusyksyllä havaitaan ennen lumipeitteen muodostumista yleensä toinen maksimi, joka voi joskus ylittää kevään tulvahuipun. Kesälläkin voi esiintyä lyhytkestoisten rankkasateiden seurauksena taajamatulvia sekä tulvimista erityisesti pienissä vesistöissä. Talvella ei näin rankkoja kertaluontoisia sateita esiinny, vaan tulvariski kasvaa pitkään jatkuneiden sateiden vähitellen täyttäessä vesistöt. Haihdunta on tähän aikaan vuodesta vähäistä eikä sateiden kyllästämä maa kykene juuri imemään vettä, joten valtaosa vetenä tulevasta sateesta päätyy vesistöihin. Esimerkki pahasta talvitulvasta on vuoden 2005 tulva. Talvella joulu-tammikuun sademäärät olivat harvinaisen suuria ja lisäksi huomattava osa sateesta tuli vetenä maan etelä- ja länsiosissa. Vastaavia kahden kuukauden sadekertymiä saavutetaan tuohon aikaan vuodesta Etelä- Suomessa kerran noin 20 vuodessa, mutta lounaan sateisimmilla paikoilla harvemmin kuin kerran 50 vuodessa. Joulukuussa satoi poikkeuksellisen paljon maan eteläosassa vain Varsinais-Suomessa, mutta tammikuu oli yleisesti kolmen sateisimman joukossa viimeisten sadan vuoden aikana, paikoin jopa ennätyksellisen sateinen. Yhtä sateisia tammikuita on havaintojen perusteella sattunut suunnilleen pari kertaa vuosisadassa. Talvitulvan muodostumisen kannalta pahin skenaario on, että sekä kesä että syksy ovat tavanomaista sateisempia, ja sää jatkuisi lauhana ja sateisena edelleen alkutalvesta, kuten kävi loppuvuodesta Talvella tulvatilanne olisi voinut olla vielä pahempi jos loka- ja marraskuu olisivat olleet sateisempia. Kevättulviin verrattuna virtaamat jäävät talvitulvissa kuitenkin verraten pieniksi, mutta hyydepadot voivat saada tulvan nousemaan nopeasti. Hyydettä syntyy vain, kun joet ovat pakkassäällä vailla jääkantta. Täten äkillisesti pakastuva sää pitkän vesisateisen jakson jälkeen edesauttaa talvitulvien nousua. Pahin tilanne voisi syntyä, jos alkutalvesta sataisi maahan ensin paksu lumipeite, joka sulaisi nopeasti vesisateiden ja uudestaan lauhtuneen sään myötä, ja tämän jälkeen pakkanen alkaisi kiristyä. Tällöin voisivat myös mahdollisesti jo muodostuneet jäät lähteä lauhemman jakson aikana tulvavesien mukana liikkeelle ja ahtautua. Tässä selvityksessä on tarkasteltu runsaan sateisuuden seurauksena syntynyttä talvitulvaa, joka toteutuu tammikuun alkupuolella. Tapahtumien kulku vastaa vuoden talven tilannetta, kuitenkin sillä erotuksella, että tulvatilanne pitkittyy ja on astetta voimakkaampi. 12 Korhonen Johanna, Suomen vesistöjen virtaaman ja vedenkorkeuden vaihtelut. Suomen ympäristö 45/ [viitattu ]. 30

31 4.3.2 Haavoittuvuus Talvitulva uhkaa suoraan kuljetuslogistista järjestelmää sekä vesi- ja viemärihuoltoa. Tulvavedet saattavat katkaista liikenneväyliä jopa viikoiksi ja lisäksi tulvavesi voi aiheuttaa mittavia rakenteellisia vahinkoja. Talousvesijärjestelmässä talvitulva saattaa tietyissä kohteissa johtaa esimerkiksi pintaveden pääsyyn pohjavesilähteeseen ja siten raakaveden laadun heikkenemiseen. Pintavettä raakavetenä käyttävillä vesihuoltolaitoksilla runsas valuta heikentää raakavedenlaatua ja edellyttää käsittelyprosessin säätämistä, hyvään talousveden laadun varmistamiseksi. Jätevesijärjestelmän osalta talvitulva saattaa tietyissä kohteissa aiheuttaa jätevesiviemäreiden kapasiteetin ylittymistä (kokooja- ja sekaviemäreissä) ja siitä seuraavia ylivuotoja ja veden tulvimista kiinteistöille. Jäteveden puhdistamon tulovirtaamaan kasvaminen ja tulevan jäteveden lämpötilan laskeminen aiheuttavat jätevedenpuhdistuksen tehon laskun. Tulvimaan pääsevissä pumppaamoissa saattaa esiintyä myös elektroniikan vikaantumista ja/tai pumppaamoiden pysähtymistä. Vaikutukset energiahuoltoon sekä tieto- ja viestintäjärjestelmiin ovat yleensä paikallisia, kuten sähkönjakelun katkeaminen tai pahimmassa tapauksessa sähköverkon rakenteiden vaurioituminen. Laajempia alueellisia tai valtakunnallisia vaikutuksia voi syntyä, jos alue- tai kantaverkon pylväiden perustukset pettävät tulvan voimasta. Myös vesivoimalaitoksilla voidaan joutua turvautumaan ohijuoksutuksiin. Vesivoiman käyttöä sähkömarkkinoiden säätövoimana voitaisiin joutua rajoittamaan. Mikäli sähkömarkkinoiden käytettävänä ei ole riittävästi muun tyyppistä, vesivoimalle vaihtoehtoista säätövoimaa, voidaan voimajärjestelmässä joutua puuttumaan sekä sähkön tuotantoon että kulutukseen. Merkittävimmät epäsuorat vaikutukset voivat syntyä tässä tapauksessa tieto- ja viestintäjärjestelmiin energiahuollon vahingoittumisen kautta. Niiden taso on selvästi pienempi kuin aiemmin kuvatussa matalapainemyrskyssä, koska vaikutusalue on huomattavasti paikallisempi. Kuvassa 4.7 on esitetty haavoittuvuusanalyysin yhteenveto talvitulvan tapauksessa. Kaavio osoittaa, ettei itseään vahvistava epäsuorien vaikutusten negatiivinen kierre ole yhtä vahva kuin esimerkiksi matalapainemyrskyn tapauksessa, ja muutoinkin infrastruktuurit eivät ole yhtä haavoittuvia. 31

32 Kuva 4.7. Kriittisten infrastruktuurien haavoittuvuudet talvitulvassa sekä infrastruktuurien keskinäiset riippuvuudet Vaikutukset Talvitulvan suorat terveysvaikutusten arvioidaan olevan merkittävämpiä kuin kriittisen infrastruktuurin haavoittumisen kautta syntyneet vaikutukset (ks. taulukko 4.5). Lisäksi vesihuoltojärjestelmän kautta voi syntyä myös kohtuullisen vakavia paikallisia terveys- ja ympäristövahinkoja. Taloudelliset vaikutukset tulevat sekä suoraan sääilmiöstä että kuljetuslogistisen järjestelmän häiriöiden kautta. Laajamittaiset ja pitkäkestoiset talvitulvat saattavat katkaista tieyhteyksiä ja näin aiheuttaa useita päiviä kestäviä häiriöitä niin henkilö- kuin tavaraliikenteessä. Mikäli sopivia kiertoteitä ei löydy, saattavat pitkäaikaiset katkokset liikenteessä aiheuttaa merkittäviäkin taloudellisia menetyksiä. Tulvat saattavat myös vahingoittaa siltoja, teitä ja muita kuljetuslogistisia rakenteita. Kustannukset saattavat nousta infrastruktuurin tuhoutumisen seurauksena kymmeniin miljooniin euroihin. 32

33 Taulukko 4.5. Talvitulvan terveys-, talous- ja ympäristövaikutukset. YHTEISKUNNALLISET VAIKUTUKSET TERVEYS- VAIKUTUKSET TALOUDELLISET VAIKUTUKSET YMPÄRISTÖ- VAIKUTUKSET Energiahuoltojärjestelmä Vesihuoltojärjestelmä Tieto- ja viestintäjärjestelmät Kuljetuslogistiset järjestelmät Summavaikutus infrastruktuureista Suora vaikutus sääilmiöstä Suojaustoimet Talvitulvaa vastaan voidaan suojautua varsin kustannustehokkaasti ennaltaehkäisevillä toimenpiteillä, erityisesti tulvasuojauksen suunnittelulla sekä laatimalla ennakkoon kriittisten kohteiden kunnostuksen priorisointilistat ja varautuminen tilapäiseen tulvasuojaukseen. Kuljetuslogististen järjestelmien osalta kustannustehokkaimmat toimet saavutetaan uudelleen reitittämällä kuljetukset, mikäli sääennusteiden perusteella pystytään luotettavasti arvioimaan talvitulvan syntyminen ja sen maantieteellinen laajuus. Yhteenveto suojautumistoimenpiteistä on esitetty alla olevassa taulukossa 4.6. Taulukko 4.6. Yhteenveto suojaustoimien kustannustehokkuudesta talvitulvan vaikutusten pienentämiseksi. SUOJAUSTOIMET ENNALTA EHKÄISEVÄT TOIMET TOIMINTA SÄÄILMIÖN AIKANA VÄLITTÖMÄT TOIMET KORJAAVAT TOIMET Energiahuoltojärjestelmä Vesihuoltojärjestelmä Tieto- ja viestintäjärjestelmät Kuljetuslogistiset järjestelmät Yhteenveto Yhteenvetona voidaan todeta, että talvitulvan merkittävimmät kokonaisvaikutukset kohdistuvat erityisesti kuljetuslogistiseen järjestelmään, mistä voi aiheutua merkittäviä taloudellisia vaikutuksia. Myös vesihuoltojärjestelmän vahingoittuminen voi aiheuttaa paikallisesti merkittäviä terveys- ja ympäristövaikutuksia. Energiahuollon ja tieto- ja viestintäjärjestelmien vaikutukset ovat yleensä pieniä ja paikallisia (ks. kuva 4.8). 33

34 Kuva 4.8. Talvitulvan vaikutus eri infrastruktuureihin ja suojautumistoimenpiteiden kustannustehokkuus Tulvien uhkaamien kohteiden tunnistaminen etukäteen kriittisten infrastruktuurien solmukohtien osalta on helpompaa kuin esimerkiksi matalapainemyrskyn tapauksessa. Tällöin ennakoivat suojaustoimenpiteet voidaan toteuttaa pääosin kustannustehokkaammin kuin myrskyä vastaan suojauduttaessa. Lisäksi on huomattava, että runsaiden sateiden seurauksena syntyvä talvitulvatilanne syntyy pitkän ajan (useita päiviä tai viikkoja) kuluessa, joten suojaavat toimenpiteet voidaan käynnistää, kun tilanne alkaa kehittyä uhkaavaksi. Myrskyn ja jäätävän sateen tapauksessa luotettava sääennuste kattaa tyypillisesti vain pari päivää, mikä rajoittaa valmistautumisaikaa. 34

35 35

36 5 Tiivistelmät avaruussääilmiöiden analyyseistä 5.1 Geomagneettinen myrsky Sääilmiön kuvaus Auringosta peräisin olevalla magneettisella myrskyllä tarkoitetaan avaruussääilmiötä, jossa Auringosta lähtee magneettinen rakenne, yleensä magneettinen pilvi, jossa magneettikentän voimakkuus sekä usein myös plasman tiheys ja nopeus ovat huomattavasti suurempia kuin tavallisessa aurinkotuulessa 13. Magneettista myrskyä kutsutaan geomagneettiseksi myrskyksi kun vaikutuksia tarkastellaan magneettikehän sisäpuolella. Maan lähiavaruudessa magneettinen myrsky aiheuttaa muutoksia magneettikentissä, hiukkasten nopeuksissa ja hiukkastiheyksissä. Ionosfäärissä 14 magneettinen myrsky aiheuttaa muutoksia virtajärjestelmissä 15, jotka ovat noin 100 km korkeudella Maan pinnasta. Muutokset ionosfäärin virtajärjestelmissä puolestaan aiheuttavat muutoksia magneettikentissä, jotka indusoivat virtoja maan pinnan pitkiin rakenteisiin mm. maakaasuputkistoihin ja kantaverkkoon. Magneettisia myrskyjä havaitaan aurinkotuulen satelliiteilla tai maan pinnan mittalaitteilla esimerkiksi magnetometreillä ja tutkilla. Avaruussäätapahtumien ennustaminen maan tai kaupungin tarkkuudella on kuitenkin vielä mahdotonta mm. havaintopisteiden vähäisen määrän vuoksi. Magneettisen myrskyn aikana infrastruktuurien kannalta merkittävät muutokset ovat magneettikentän, hiukkasnopeuksien ja hiukkastiheyksien kasvu (magnetosfäärin sisä- ja ulkopuolella), nopeat magneettikentän muutokset (magnetosfäärin sisä- ja ulkopuolella) sekä niiden indusoimat geomagneettiset virrat maan pinnalla. Voimakkaimmat geomagneettiset myrskyt tapahtuvat keväisin ja syksyisin auringon aktiivisuusmaksimin jälkeisinä vuosina, mutta eniten geomagneettisia myrskyjä tapahtuu talvisin, varsin korkeilla leveyspiireillä esimerkiksi Suomessa. Suurin geomagneettinen myrsky lähihistoriassa tapahtui lokamarraskuun vaihteessa 2003, jolloin maakaasuputkissa mitattiin 57 A hetkellisiä virtoja 16 sekä sähkönjakelujärjestelmissä nopeita (>4000 nt/s) hetkellisiä magneettikentän muutoksia 17 (sääilmiön yksityiskohtaisempi kuvaus on esitetty erillisessä analyysiraportissa). Tässä selvityksessä on tarkasteltu auringon magneettisen myrskyn tapausta, joka edustaa vuoden 2003 loka-marraskuun vaihteen tilannetta, ns. Halloween myrskyä. Tarkasteltava tapaus on kui- 13 Gonzalez et al., What is a geomagnetic storm?, J. Geophys. Res., vol 99, A4, , Maan ionosfääri on noin kilometrin korkeudella ilmakehän ylimmissä kerroksissa, muodostaen magnetosfäärin sisimmän osan. 15 Yläilmakehässä noin 100 km:n korkeudella on sähköä johtava kerros, johon muodostuu Auringon säteilyn vaikutuksesta horisontaalisia virtoja, joita pystytään mittaamaan mm. magnetometreillä ja tutkilla. 16 Pirjola et al. (2007), Research of Geomagnetically Induced Currents (GIC) In Finland, Electromagnetic Compatibility and Electromagnetic Ecology, th International Symposium on. 17 Viljanen et al. (2006), Recordings of geomagnetically induced currents and a nowcasting service of the Finnish natural gas pipeline system, Space Weather, Vol. 4, S10004, doi: /2006sw

37 tenkin voimakkuudeltaan 5 kertaa suurempi ja kestoltaan kaksi kertaa pidempi kuin Halloween myrsky. Tässä tarkasteltu Geomagneettinen myrsky toteutuu syys- tai kevätpäiväntasauksen aikaan. Geomagnettiset häiriöt ulottuvat koko Eurooppaan ja ne ovat erityisen suuria revontuliovaalien alueella, mm. Suomessa Haavoittuvuus Auringon aiheuttama geomagneettinen myrsky voi aiheuttaa ongelmia useissa kriittisissä infrastruktuureissa, mutta toisaalta haavoittuvuudet eivät missään nouse poikkeuksellisen korkeiksi. Erityisesti on huomioitava tieto- ja viestintäjärjestelmien vahingoittumisen aiheuttama epäsuora vaikutus kuljetuslogistiikkaan, mikä tapahtuu ennen kaikkea GNSS-järjestelmän 19 häiriöiden ja toimintakatkosten kautta (ks. kuva 5.1). Kuva 5.1. Kriittisten infrastruktuurien haavoittuvuudet geomagneettisessa myrskyssä sekä infrastruktuurien keskinäiset riippuvuudet. 18 Geomagneettisesti indusoitujen virtojen (GIC) arvellaan saavuttavan jopa 100 A arvoja ja Maan magneettikentän hetkellisen muutosnopeuden jopa nanoteslaa sekunnissa arvoja. 19 Global Navigation Satellite System (GNSS) viittaa yleisesti käytössä oleviin satelliittipaikannusjärjestelmiin, eli amerikkalaiseen GPS-järjestelmään, venäläiseen GLONASS-järjestelmään sekä kehitteillä tai parhaillaan käynnistymässä oleviin eurooppalaiseen Galileo- ja kiinalaiseen Compass-satelliittipaikannusjärjestelmään. 37

38 Vaikka Suomessa käytetty sähköverkon muuntajien kytkentätapa 20 ja kuristimien kautta toteutettu maadoitus suojaavat hyvin geomagneettisen myrskyn synnyttämiltä indusoituvilta virroilta ja niiden aiheuttamalta muuntajien ylikuumenemiselta, mahdolliset ongelmat voivat syntyä siitä, että sähköverkon suojaukset saattavat irrottaa muuntajia ja tuotantolaitoksia sähköverkosta 21. Muista sääilmiöistä poiketen magneettisen myrskyn vaikutukset voivat ulottua myös maakaapeliverkkoon. Tieto- ja viestintäjärjestelmien haavoittuvuus liittyy etenkin satelliittien välittämään tietoliikenteeseen. Häiriöt GNSS-satelliiteissa voivat aiheuttaa meri- ja lentoliikenteessä pahimmillaan vakavia liikenteen lamaannuttavia paikannusongelmia. Raideliikenne voi häiriytyä sähkökatkojen vuoksi. Lisäksi geomagneettinen myrsky saattaa aiheuttaa häiriöitä raideliikenteen opastin- ja turvalaitteisiin Vaikutukset Geomagneettisen myrskyn vaikutukset jäävät kokonaisuudessaan varsin rajoitetuiksi. Suurimmat vaikutukset syntyvät energiahuollon, tieto- ja viestintäjärjestelmien sekä kuljetuslogistiikan vahingoittumisten kautta. Vaikutukset pysyvät kuitenkin korkeintaan keskimääräisellä tasolla (ks. taulukko 5.1). Avaruussääilmiön suorat vaikutukset ovat satelliittien toimintahäiriöistä aiheutuvia taloudellisia kustannuksia. Yksittäisten kriittisten kohteiden (esimerkiksi sairaalat, hoitolaitokset) sähkökatkot saattavat aiheuttaa vaaraa terveydelle tai johtaa evakuointeihin, jotka jo sinällään voivat aiheuttaa merkittäviä terveysvaikutuksia etenkin huonokuntoisille potilaille. Tietoliikenteen häiriöt voivat haitata avunsaantia. Pahimmillaan Virve-verkon toiminta voi häiriintyä, mikäli synkronoitu tiedonsiirto ei toimi satelliittien toimittaman aika- ja paikkasignaalin häiriinnyttyä. Taulukko 5.1. Geomagneettisen myrskyn terveys-, talous- ja ympäristövaikutukset. Taloudellisia vaikutuksia syntyy viivästyneiden lähinnä kuljetusten muodossa. GNSS-järjestelmien häiriöt saattavat aiheuttaa viivästyksiä lento ja meriliikenteessä. Ympäristövaikutukset jäävät vähäisiksi. TERVEYS- TALOUDELLISET YMPÄRISTÖ- YHTEISKUNNALLISET VAIKUTUKSET VAIKUTUKSET VAIKUTUKSET VAIKUTUKSET Energiahuoltojärjestelmä Vesihuoltojärjestelmä Tieto- ja viestintäjärjestelmät Kuljetuslogistiset järjestelmät Summavaikutus infrastruktuureista Suora vaikutus sääilmiöstä Niin sanottu tähtipistekytkentä, jossa muuntajien eri piirien välillä ei ole galvaanista yhteyttä. Avaruussääilmiöt ovat muualla maailmassa aiheuttaneet voimakkaita indusoituneita virtoja etenkin verkoissa, joissa on käytetty ns. säästökytkettyjä muuntajia (galvaaninen yhteys). 21 Selittämättömien irtikytkeytymisten ja avaruussääilmiöiden välisen yhteyden selvittäminen vaatii tarkempia selvityksiä. Ilmatieteen laitos jatkaa tutkimustyötä tältä osin vielä projektin päättymisen jälkeen. 38

39 5.1.4 Suojaustoimet Sähkön kanta- ja jakeluverkko ovat varsin tehokkaasti suojattuja geomagneettisilta häiriöiltä, kun noudatetaan nykyisiä suunnittelu- ja kytkentäperiaatteita. Tieto- ja viestintäjärjestelmissä tärkeintä on sähkönsaannin nopea palauttaminen, mikäli sähkönsaanti häiriytyy, sekä synkronoitujen verkkojen mahdollisimman nopea toimintakuntoon palauttaminen. Kuljetuslogistisessa järjestelmässä on tärkeää palauttaa opastin- ja turvalaitteet toimintakuntoon, jotta vältytään liikenneonnettomuuksilta. Vesihuoltojärjestelmä toimintakunto voidaan yllä pitää varsin hyvin ja kustannustehokkain toimin. Taulukossa 5.2 on esitetty yhteenveto suojaustoimenpiteiden arvioidusta kustannustehokkuudesta geomagneettisen myrskyn aiheuttamien vaikutusten pienentämiseksi. Vesihuoltojärjestelmän infrastruktuuri on varsin hyvin suojattu avaruussääilmiön vaikutuksia vastaan, mikä selittää suojaustoimenpiteiden tehokkuutta ja kohtuullisen pieniä kustannuksia. Muiden infrastruktuurien osalta korostuu ennaltaehkäisevien toimenpiteiden merkitys, sillä kustannustehokkaita toimenpiteitä ei ole vastaavissa määrin käytettävissä itse ilmiön aikana tai välittömästi sitä ennen tai sen jälkeen. Erityisesti on syytä kiinnittää huomiota kustannustehokkaiden suojautumistoimenpiteiden puuttumiseen kuljetuslogististen järjestelmien osalta. Kuljetuslogistinen järjestelmä haavoittuu ennen kaikkea GNSS-järjestelmän häiriöiden kautta, eikä tälle ole tunnistettu kustannustehokkaita korvaavia menetelmiä lukuunottamatta GNSS-järjestelmän itsensä vahvistaminen, esimerkiksi vastaanottolaitteet, jotka pystyvät hyödyntämään usean eri paikannussatelliittijärjestelmän (GPS, GLONASS, Galileo, Compass) tuottamaa signaalia, tai eri paikannussatelliitteja käyttävien laitteiden rinnakkaista käyttöä. Taulukko 5.2. Suojaustoimenpiteiden kustannustehokkuus geomagneettisen myrskyn vaikutusten pienentämiseksi. SUOJAUSTOIMET ENNALTA EHKÄISEVÄT TOIMET TOIMINTA SÄÄILMIÖN AIKANA VÄLITTÖMÄT TOIMET KORJAAVAT TOIMET Energiahuoltojärjestelmä Vesihuoltojärjestelmä Tieto- ja viestintäjärjestelmät Kuljetuslogistiset järjestelmät

40 5.1.5 Yhteenveto Geomagneettisella myrskyllä ei Suomessa ole todennäköisesti merkittäviä vaikutuksia infrastruktuureihin. Sähköverkko on jo nykyään hyvin suojattu geomagneettisia häiriöitä vastaan eikä muissakaan infrastruktuureissa ole suuria haavoittuvuuksia. Vaikka Suomen sähköverkko kestää hyvin geomagneettisia häiriöitä käytössä olevien suunnitteluperiaatteiden vuoksi, on kuitenkin varauduttava siihen, että häiriöt naapurimaissa saattavat johtaa pitkiin katkoksiin kansainvälisissä tietoliikenneyhteyksissä ja sähkön tuonnissa maahamme. Yhteenveto geomagneettisen myrskyn vaikutuksista ja suojautumiskeinojen kustannustehokkuudesta on esitetty kuvassa 5.2. Kuva 5.2. Geomagneettisen myrskyn vaikutus eri infrastruktuureihin ja suojautumistoimenpiteiden kustannustehokkuus. 40

41 41

42 5.2 Auringon hiukkasmyrsky Sääilmiön kuvaus Auringon hiukkasmyrskyllä tarkoitetaan avaruussääilmiötä 22, jossa Auringosta virtaa runsas määrä korkeaenergisia hiukkasia (>10 MeV ja >30 MeV 23 ) kohti Maata. Ilmiöstä käytetään myös termiä Solar Energetic Particle (SEP) Event. Hiukkasmyrskyjä aiheuttavat Auringon aktiiviset alueet mm. Auringonpilkut (eng. sunspots), roihut (engl. flares) ja etenkin koronan massapurkaukset (engl. coronal mass ejections/cme). Auringon sisus on jatkuvassa monimutkaisessa virtaavassa liikkeessä. Em. ilmiöissä virtaukset ulottuvat Auringon pinnalle ja planeettainväliseen avaruuteen. Maan lähiavaruudessa hiukkasmyrsky aiheuttaa muutoksia hiukkastiheyksissä, hiukkasten nopeuksissa ja magneettikentissä. Hiukkasmyrskyjä pystytään mittaamaan satelliiteissa olevilla hiukkasilmaisimilla suoraan Auringosta tai Maata lähellä olevista mittauspisteistä. Hiukkasten matka-aika mittauspisteistä Maahan, ja myös varoaika, vaihtelee paristakymmenestä minuutista pariin tuntiin. Hiukkasmyrskyn ja magneettisen myrskyn jota on kuvattu toisaalla tässä raportissa - vaikutuksia ei aina voida helposti erottaa toisistaan, koska puhtaita magneettisia tai hiukkasmyrskyjä tapahtuu harvoin eikä erilaisten avaruusmyrskyjen aiheuttamia fysikaalisia muutoksia ole mahdollista eristää toisistaan. Aurinkotuulen tyypillinen koostumus Maan lähellä pienen hiukkasmyrskyn aikaan ei eroa paljonkaan pienen magneettisen myrskyn aikaisesta tilasta. Hiukkasmyrskyn aikana infrastruktuurien kannalta merkittävät muutokset ovat korkeaenergisten (10, 30 ja 100 MeV) hiukkasten lukumäärän lisäys. Voimakkaita hiukkasmyrskyjä (ns. S3-taso NOAA:n viisiportaisen luokituksessa 24 ) esiintyy noin kerran vuodessa. Tämän suuruusluokan hiukkasmyrskyistä on haittaa mm. satelliittien muistipiireille, aurinkopaneeleille, signaalin lähetykselle ja vastaanotolle sekä satelliittipaikannukselle. Suuremmista, eli tason S5 hiukkasmyrskyistä saattaa olla tämän lisäksi seurauksena kokonaisen satelliitin tai aurinkopaneelien tuhoutuminen, suuria (kumuloituvia) säteilyannoksia napalentojen miehistölle sekä vakava säteilyvaara avaruuskävelyllä oleville astronauteille. Tässä selvityksessä on tarkasteltu auringon hiukkasmyrskyä, joka on voimakkuudeltaan yhtä kertaluokkaa suurempi (10-kertainen) ja kestoltaan kaksi kertaa pidempi kuin ns. Halloween myrsky. 25 Halloween-tyyppisen hiukkaspurkauksen toistuvuusaika on noin kerran 3 vuodessa ja tässä käsitellyn tapauksen toistuvuusaika voisi olla kerran 100 vuodessa tai harvemmin. Tarkasteltava Auringon hiukkasmyrsky toteutuu syys- tai kevätpäiväntasauksen aikana ja se kattaa koko maapallon. Hiukkasvaikutukset ulottuvat koko Suomeen. 22 Avaruussääilmiöllä tarkoitetaan tapahtumaa, jossa lähiavaruuden olosuhteet poikkeavat merkitsevästi valitsevasta normaalitilasta. 23 Megaelektronivolttia 24 Ks. tarkemmin erillisessä analyysiraportissa 25 Magneettikehässä 30 MeV SEP-hiukkasvuon arvellaan saavuttavan arvoja 20*109 hiukkasta/s*str*cm2ja 10 MeV SEPhiukkasvuon yli 105 hiukkasta/(s*str*cm2). Aurinkotuulen Bz on etelään yhtäjaksoisesti yli 3 päivää ja koko hiukkasmyrskyjakson kesto on 3 viikkoa. Sääilmiön yksityiskohtaisempi kuvaus on esitetty erillisessä analyysiraportissa. 42

43 5.2.2 Haavoittuvuus Energianhuoltojärjestelmä kestää hyvin itse hiukkasmyrskyn vaikutukset. Voimakkaisiin hiukkasmyrskyihin liittyy kuitenkin sähkömagneettisia häiriöitä. Voidaan siis olettaa, että hiukkasmyrskyn aikana syntyy samantyyppisiä ongelmia kuin aiemmin kuvatussa geomagneettisessa myrskyssä eli indusoituvat virrat voivat aiheuttaa suojausten laukeamisia sähköverkoissa. Hiukkasmyrsky voi kestää muutamista tunneista jopa useisiin päiviin. Energiahuoltojärjestelmän haavoittuvuus kasvaa epäsuorasti tieto- ja viestintäjärjestelmien vahingoittumisen myötä. Tietoliikenneyhteyksien menetys tai häiriöt esimerkiksi GNSS-satelliittien 26 aikasignaaleissa voivat vaikeuttaa ajantasaisen tiedon saamista sähköjärjestelmän tilasta sekä estää tai vaikeuttaa voimalaitosten ja sähköasemien kaukokäyttöä. Auringon hiukkasmyrsky ei arvioida aiheuttavan suoraan ongelmia vesihuoltojärjestelmälle Suomessa. Maltillisia ongelmia saattaa syntyä energianhuoltojärjestelmän vikaantumisen seurauksena. Käytännössä vedenottamoiden sähkökatko voi aiheuttaa veden loppumisen. Jätevesien pumppaaminen ja käsittely pysähtyvät ja biologisten puhdistamoiden bakteerikannat voivat ilmastuksen puutteessa kuolla. Tieto- ja viestintäjärjestelmän osalta tunnistettiin kaksi vikaantumistapaa. Ensinnäkin hiukkasmyrsky muuttaa maan ionosfäärin rakennetta ja siten häiritsee satelliittien tiedonsiirtoa ja matalataajuuksista radioviestintää. Toiseksi auringosta tulevat hiukkaset voivat aiheuttaa maata kiertävissä satelliiteissa virtapiikkejä ja saada aikaan muutamista tunneista useisiin kuukausiin kestäviä häiriöitä tai toimintakatkoksia. Erityisen suuria ongelmia voi syntyä, mikäli synkronoitujen tiedonsiirtojärjestelmien toiminta häiriintyy, jos GNSS-satelliitit vaurioituvat tai tietoliikenneyhteys satelliitteihin katkeaa eivätkä satelliitit pysty tuottamaan synkronoiduille tietoliikennejärjestelmille tarkkaa kellonaikaa. Hiukkasmyrskyn suorat vaikutukset kuljetuslogistiikkaan koskevat lentoliikennettä. Hiukkasmyrsky lisää ionisoivan säteilyn määrää lähellä pohjoisnapaa lentokoneiden reittilentokorkeudessa. Se myös häiritsee lentokoneiden HF-taajuuksilla tapahtuvaa pitkän matkan radioviestintää niin, ettei luotettavaa viestiyhteyttä pystytä jatkuvasti ylläpitämään. Ongelmat kuitenkin koskevat ensisijassa napaalueiden yli suuntautuvia lentoja, eivätkä siten vaikuta suoraan Suomesta lähtevään lentoliikenteeseen. Välilliset vaikutukset voivat kuitenkin näkyä esimerkiksi kansainvälisten lentoreittien uudelleen järjestelyinä ja myöhästymisinä. Muille kuljetuslogistisille järjestelmille hiukkasmyrsky ei aiheuta suoraan ongelmia, mutta merkittävää haittaa voi syntyä epäsuorasti tieto- ja viestintäjärjestelmien ja etenkin GNSS-pohjaisen paikannuksen vahingoittumisen seurauksena. Lento- ja laivaliikenne on käytännössä riippuvainen tarkasta ja ajantasaisesta GNSS-paikannuksesta ja häiriöt GNSS-järjestelmässä saattaa jopa lamaannuttaa nämä liikennemuodot. Auringon hiukkasmyrskyn aiheuttamat haavoittuvuudet on esitetty kootusti kuvassa Global Navigation Satellite System (GNSS) viittaa yleisesti käytössä oleviin satelliittipaikannusjärjestelmiin, eli amerikkalaiseen GPS-järjestelmään, venäläiseen GLONASS-järjestelmään sekä kehitteillä tai parhaillaan käynnistymässä oleviin eurooppalaiseen Galileo- ja kiinalaiseen Compass-satelliittipaikannusjärjestelmään. 43

44 Kuva 5.3. Kriittisten infrastruktuurien haavoittuvuudet Auringon hiukkasmyrskyssä sekä infrastruktuurien keskinäiset riippuvuudet Vaikutukset Auringon hiukkasmyrsky aiheuttaa pääasiassa terveys- ja taloudellisia vaikutuksia (ks. taulukko 5.3). Terveysvaikutukset syntyvät pääasiassa tieto- ja viestintäliikenteen häiriöiden vaarantaman avunsaannin sekä energiahuoltojärjestelmän vahingoittumisen seurauksena, etenkin jos myrsky sattuu kylmään vuoden aikaan, jolloin lämmitysjärjestelmien toimimattomuuden takia joudutaan evakuoimaan suuria määriä ihmisiä. Satelliittien häiriintyminen tai jopa mahdollinen tuhoutuminen voi aiheuttaa merkittäviä taloudellisia vahinkoja satelliittiyhteyksien käyttäjille. Lisäksi kuljetusten häiriintyminen, kuten lentoliikenteen peruutukset ja uudelleen järjestelyt, voivat aiheuttaa merkittäviä kustannuksia paitsi kuljetusyhtiöille myös heidän asiakkailleen. 44

45 Taulukko 5.3. Auringon hiukkasmyrskyn terveys-, talous- ja ympäristövaikutukset. YHTEISKUNNALLISET VAIKUTUK- SET TERVEYS- VAIKUTUKSET TALOUDELLISET VAIKUTUKSET YMPÄRISTÖ- VAIKUTUKSET Energiahuoltojärjestelmä Vesihuoltojärjestelmä Tieto- ja viestintäjärjestelmät Kuljetuslogistiset järjestelmät Summavaikutus infrastruktuureista Suora vaikutus sääilmiöstä Suojaustoimet Yhteenveto eri suojaustoimenpiteiden arvioidusta kustannustehokkuudesta Auringon hiukkasmyrskyssä on esitetty taulukossa 5.4. Vesihuoltojärjestelmä on varsin hyvin suojattu avaruussään suorilta vaikutuksilta ja siten suojaustoimenpiteet liittyvät lähinnä epäsuorilta vaikutuksilta suojautumiseen. Tämä näkyy myös siinä, että suojaustoimenpiteet on arvioitu hyvin kustannustehokkaiksi. Kuljetuslogistisen järjestelmän haavoittuvuus liittyy etenkin GNSS-järjestelmän häiriöihin Auringon hiukkasmyrskyn aikana. Tähän on vaikea varautua ennakolta tai ilmiön aikana. Toisaalta GNSSjärjestelmään oma redundanssi (esimerkiksi varasatelliitit, tulevaisuudessa eri satelliittijärjestelmiä hyödyntävät vastaanottimet) mahdollistaa sen, että järjestelmä todennäköisesti palaa myrskyn jälkeen nopeasti takaisin toimintaan. Samoin vaikutukset lentoliikenteeseen päättyvät nopeasti hiukkasmyrskyn jälkeen. Taulukko 5.4. Suojaustoimenpiteiden kustannustehokkuus Auringon hiukkasmyrskyn vaikutusten pienentämiseksi. SUOJAUSTOIMET ENNALTA EHKÄISEVÄT TOIMET TOIMINTA SÄÄILMIÖN AIKANA VÄLITTÖMÄT TOIMET KORJAAVAT TOIMET Energiahuoltojärjestelmä Vesihuoltojärjestelmä Tieto- ja viestintäjärjestelmät Kuljetuslogistiset järjestelmät

46 5.2.5 Yhteenveto Auringon hiukkasmyrskyn merkittävimmät vaikutukset syntyvät häiriöistä satelliittien kautta synkronoiduissa tietoliikenneverkoissa sekä GNSS-navigoinnin häiriöissä lento- ja laivaliikenteessä. Myös satelliittien kautta välitettävässä tietoliikenteessä saattaa olla häiriöitä. Hiukkasmyrskyllä ei Suomessa ole todennäköisesti merkittäviä vaikutuksia energiahuoltoinfrastruktuuriin, koska sähköverkko on jo nykyään hyvin suojattu sitä vastaan. On kuitenkin varauduttava siihen, että häiriöt naapurimaissa saattavat johtaa pitkiin katkoksiin kansainvälisissä tietoliikenneyhteyksissä ja energiantuonnissa. Yhteenveto Auringon hiukkasmyrskyn vaikutuksista ja suojautumiskeinojen kustannustehokkuudesta on esitetty kuvassa 5.4. Kuva 5.4. Auringon hiukkasmyrskyn vaikutukset ja suojaustoimenpiteiden kustannustehokkuus. 46

47 6 Sää- ja avaruussääilmiöiden kokonaistarkastelu Edellä esitellyistä viidestä äärevästä sää- ja avaruussääilmiöstä on muodostettu kokonaiskuva tarkastelemalla yhtäältä niiden seurauksena syntyneitä vaikutuksia ja toisaalta edellytyksiä suojautua niiltä kustannustehokkaasti. Vaikutuksissa on huomioitu kaikkien kriittisten infrastruktuurien osalta terveys- ja hyvinvointivaikutukset, taloudelliset vaikutukset sekä ympäristövaikutukset. Aluksi näitä tarkastellaan yhtenä kokonaisuutena, mutta koska erilaisten vaikutusten yhteismitallistaminen on vaikeaa, on jokaista vaikutusluokkaa myöhemmin tarkasteltu erikseen luvussa 6.2. Vastaavasti alla olevassa kokonaistarkastelussa suojaustoimenpiteitä on tarkasteltu kokonaisuutena (ennaltaehkäisevät, juuri ennen ja sääilmiön aikana tapahtuvat, välittömästi sääilmiön jälkeiset suojaustoimenpiteet sekä korjaustoimenpiteet). Suojaustoimenpiteitä on myös eritelty yksityiskohtaisemmin luvussa Sää- ja avaruussääilmiöiden luokittelu Tutkitut sääilmiöt voidaan jakaa vaikutusten vakavuuden suhteen kolmeen luokkaan. Yhteenveto kokonaistarkastelusta on esitetty kuvassa 6.1. Matalapainemyrsky on vaikutuksiltaan vakavin. Myrskyllä on infrastruktuurien haavoittumisen kautta merkittäviä terveys- ja hyvinvointivaikutuksia ja lisäksi se suoraan aiheuttaa merkittäviä ympäristöhaittoja. Laajat sähkönjakelun häiriöt voivat johtaa rakennusten kylmenemiseen ja mittaviin evakuointeihin ja pahimmassa tapauksessa terveydenhuollon vakavaan häiriintymiseen. Erityisesti on kiinnitettävä huomiota siihen, että jo pelkkä evakuointitoimenpide voi johtaa terveydentilan heikkenemiseen huonokuntoisten potilaiden osalta. Tieto- ja viestintäliikenteen häiriöt hankaloittavat avunsaamista ja korjaustoimien tekemistä. Lisäksi itse myrsky aiheuttaa merkittäviä taloudellisia ja ympäristöllisiä vahinkoja. Kuva 6.1. Yhteenveto tarkasteltujen sääilmiöiden vaikutuksista ja tunnistettujen suojautumistoimenpiteiden kustannustehokkuudesta. 47