Johtuuko tämä ilmastonmuutoksesta? - kasvihuoneilmiön voimistuminen vaikutus sääolojen vaihteluun

Transkriptio

1 Johtuuko tämä ilmastonmuutoksesta? - kasvihuoneilmiön voimistuminen vaikutus sääolojen vaihteluun Jouni Räisänen Helsingin yliopiston fysiikan laitos

2 Vuorokauden keskilämpötila Talvi Helsingissä Pitkän ajan keskiarvo Mikä oli syy tämän talven lauhuuteen: a) kasvihuoneilmiön voimistuminen, b) satunnainen ilmaston vaihtelu, vai c) molemmat?

3 Sydäntalven (joulu-tammi-helmi) keskilämpötila Helsingissä, v : +1.0ºC : +1.3ºC Aika ilmeistä: tärkein syy talven lauhuuteen (celsiusasteilla mitattuna) oli ilmaston luonnollinen vaihtelu Tästä huolimatta osoittautuu: jo tähänastinen ilmaston lämpeneminen riittää kasvattamaan talven kaltaisten huippuleutojen talvien todennäköisyyden moninkertaiseksi!

4 Peruskäsitteitä Sää = ilmakehän hetkellinen tila esim. puolipilvistä, -2ºC, länsituulta 4 m/s Sääolot = säät jonkin lyhyehkön jakson aikana esim. lämpötilat jonain yksittäisenä talvena Ilmasto = mahdollisten sääolojen tilastollinen jakauma = kuinka usein minkinlaista säätä? Ilmaston määräävät: Ulkoiset olosuhteet Auringon säteilyteho, kasvihuonekaasujen määrä ilmakehässä ym. Ilmastojärjestelmän sisäinen dynamiikka Kaoottisessa järjestelmässä epäsäännöllistä vaihtelua myös silloin, kun ulkoiset olosuhteet vakiot Merivirtojen ja tuuliolojen vaihtelu, ilmakehän ja merten vuorovaikutus, ym.

5 Talvet ja Väritys = lämpötila (ºC) Nuolet = tuuli n. 800 m pinnan yläpuolella Keskilämpötila Helsingissä -6.9ºC (3ºC normaalia kylmempi) Keskilämpötila Helsingissä +1.3ºC (5ºC normaalia lämpimämpi) Poikkeuksellisen voimakas lounaisvirtaus Atlantilta Pohjois-Eurooppaan

6 Käytännössä ilmasto tunnetaan vain likimain Säähavaintoja rajalliselta ajanjaksolta ( 150 v.) Kaikkia mahdollisia säitä ei siis ole havaittu Ilmasto muuttuu ajan myötä ulkoisten olosuhteiden muuttuessa Liian vanhat havainnot eivät edusta nykyistä ilmastoa

7 Ilmastolotto Lottopallojen jakaumaa koneessa (ilmasto) ei voi päätellä yhdestä tai muutamasta havainnosta. Mitä enemmän havaintoja (palloja ulos koneesta) saadaan, sen parempi kuva saadaan myös ilmastosta

8 Ilmastonmuutos Ilmasto lämpenee: poistetaan koneesta sinisiä palloja, lisätään punaisia palloja Lämmintä säätä ( punaisia palloja ) tulee entistä useammin, kylmää säätä ( sinisiä palloja ) entistä harvemmin (mutta kuitenkin yhä joskus!)

9 Ilmastonmuutos (ii) Kun ilmasto lämpenee tarpeeksi: silloin tällöin alkaa esiintyä niin lämmintä säätä ( tulipunaisia palloja ), ettei sitä ole ennen havaittu Yksittäisestä lämpöennätyksestä ei kuitenkaan voi varmuudella päätellä, että ilmasto olisi muuttunut: ehkä joitain tulipunaisia palloja oli koneessa jo ennestäänkin, mutta yksikään niistä ei vain ollut osunut kouruun aikaisemmin!

10 Kasvihuoneilmiön voimistumisen aiheuttama ilmastonmuutos Luonnollinen kasvihuoneilmiö pitää maapallon ilmaston paljon lämpimämpänä kuin se muuten olisi Nyt kasvihuoneilmiö on voimistumassa ja maapallon ilmasto lämpenemässä Ilmaston muuttumista kasvihuoneilmiön voimistuessa voidaan arvioida ilmastomallien avulla Tässä esityksessä nämä sinänsä tärkeät asiat käsitellään lyhyesti

11 Luonnollinen kasvihuoneilmiö Ilmakehä läpäisee auringonsäteilyä hyvin (1), mutta maanpinnan säteilemää lämpösäteilyä huonosti (2) (1) (2) Luonnollisen kasvihuoneilmiön ansiosta maapallon pinnan keskilämpö (+14 C) on n. 33 C korkeampi kuin se muuten olisi (-19 C) Syyllisiä kasvihuoneilmiöön kasvihuonekaasut: - vesihöyry (H 2 O) - hiilidioksidi (CO 2 ) - metaani (CH 4 ) - ilokaasu (N 2 O) - ym.

12 Kasvihuoneilmiön voimistuminen Tähänastinen muutos: CO % CH % N 2 O + 18% Ihmistoimet lisäävät monien kasvihuonekaasujen pitoisuuksia Tärkein hiilidioksidi (CO 2 ); pääsyy sen lisääntymiseen fossiilisten polttoaineiden käyttö Voimakkaampi kasvihuoneilmiö lämpimämpi ilmasto!

13 Maapallon keskilämpötilan poikkeama v keskiarvosta Lämpötila (ºC) Maapallon ilmasto on lämmennyt Lämpeneminen 1900-l. alusta ºC viim. 30 vuoden aikana 0.5ºC Ainakin pääosa lämpenemisestä kasvihuonekaasujen lisääntymisen aiheuttamaa

14 Maapallon keskilämpötila vs. Helsingin talvet Maapallon keskilämpötila ºC Helsingin talvikeskilämpötila ºC - Mitä pienempää aluetta tarkastellaan, sen suuremmaksi luonnollinen vaihtelu kasvaa, ja sitä vaikeammaksi käy todellisen ilmastonmuutoksen erottaminen vaihtelun seasta! - Tämä ei kuitenkaan tarkoita, ettei muutosta olisi tapahtunut.

15 Maapallon vuosikeskilämpötila, Trendi 0.8ºC / 107 v. Helsingin talvikeskilämpötila, Trendi 1.7ºC / 108 v.

16 Tulevien ilmastonmuutosten ennustaminen ilmastomallien avulla 370 CO 2 -pitoisuus Ilmastoon vaikuttavat ulkoiset tekijät (mm. kasvihuonekaasupitoisuudet) ajan funktiona IlmaK Maa Meri Jää Ilmastomalli: Fysikaaliset luonnonlait tietokoneohjelman muodossa, niin hyvin kuin osataan Pitkä sääennuste Ilmasto = sään tilastolliset ominaisuudet

17 Lämpötilan muutos (ºC) Ennustettu maapallon keskilämpötilan nousu tämän vuosisadan aikana Palkit kuvaavat ilmaston mallittamiseen liittyvää epävarmuutta B1 A1T B2 A1B A2 A1FI Pienehköt kasvihuonekaasupäästöt Suuret kasvihuonekaasupäästöt

18 Vuoden keskilämpötilan muutos seuraavien 100 vuoden aikana? - Keskiarvo yli 20 ilmastomallin tuloksista - Keskisuuret kasvihuonekaasupäästöt (A1B-skenaario) C

19 Paikallinen vuosikeskilämpötilan muutos / koko maapallon keskiarvo C/ C - Lähes kaikki maa-alueet lämpenevät enemmän kuin maapallo keskimäärin! - Jakauma ei juuri riipu siitä, kuinka paljon kasvihuonekaasuja malleissa lisätään!

20 Joulu-helmikuun keskilämpötilan muutos, kun maapallon vuosikeskilämpötila nousee malleissa 1ºC Helsinki (60ºN, 25ºE): Keskimäärin talvet leudontuvat malleissa 2.2ºC, kun maapallon keskilämpötila nousee 1ºC:llä. Eri mallien tulokset vaihtelevat tietysti jonkin verran!

21 Joulu-helmikuun keskilämmön vaihtelevuuden muutos, kun maapallon keskilämpötila nousee 1ºC Helsinki (60ºN, 25ºE): Keskimäärin talvikeskilämpötilan vaihtelu pienenee malleissa 6%, kun maapallon keskilämpötila nousee 1ºC:llä. Kylmät talvet leudontuvat siis hiukan lauhoja talvia enemmän.

22 Arvioidaan seuraavaksi Helsingin nykyinen talvi-ilmasto Yhdistetään toisiinsa Lämpötilan havaittu aikasarja Helsingissä v Maapallon keskilämpötilan havaittu muutos Ilmastomallien antama arvio siitä, miten keskilämpötilan ja lämpötilan vaihtelun pitäisi Helsingissä muuttua maapallon keskilämpötilan noustessa Tulos: nykyistä ilmastoa vastaava korjattu lämpötila-aikasarja Tämän korjatun aikasarjan perusteella voidaan sitten arvioida mm. sitä, kuinka usein talven kaltaisia huippuleutoja talvia pitäisi nykyisin esiintyä

23 Talvikeskilämpötila Helsingissä v : havainnot sellaisenaan ja nykyilmastoa vastaaviksi korjattuina Punainen käyrä perustuu kaikkien mallien tulosten keskiarvoon. Tosiasiassa korjatut lämpötilat vaihtelevat jonkin verran eri ilmastomallien välillä.

24 Todennäköisyystiheys Alkuperäisistä ja korjatuista havainnoista arvioidut todennäköisyysjakaumat Siirtymä oikealle: lämpimämpi ilmasto Kapeampi jakauma: pienempi vaihtelu Lauhojen talvien todennäköisyys on kasvanut, kylmien pienentynyt Lämpötila (ºC)

25 Todennäköisyystiheys Kuinka usein vähintään yhtä leutoa kuin talvella (+1.3ºC)? Havainnot : harvemmin kuin kerran 200 vuodessa Paras arvio nykyiselle ilmastolle: kerran 35 vuodessa Lämpötila (ºC) Huom: todennäköisyys ~ pinta-ala

26 Todennäköisyystiheys Miten talvilämpötilat muuttuvat tulevaisuudessa, jos ilmastonmuutos etenee tämänhetkisen parhaan arvion mukaan? Vähintään yhtä leutoa kuin talvella : v paikkeilla kerran 15 vuodessa, v paikkeilla kerran 5 vuodessa Yksittäisiä kylmiä talvia jatkossakin, mutta entistä harvemmin! Lämpötila (ºC)

27 Todennäköisyystiheys Todennäköisyystiheys (x 100) Myös suuret sademäärät yleistyvät (etenkin talvella), mutta muutos on selvästi lämpötilan muutosta vaatimattomampi Talven keskilämpötila (ºC) Talven sademäärä (mm)

28 Johtopäätöksiä Sääolot vaihtelevat luonnostaan. Kaikki kummalliseksi koettu ei johdu ilmastonmuutoksesta! Maapallon ilmaston lämmetessä leudot talvet (ja lämpimät kesät) yleistyvät. Kylmiä talvia (ja koleita kesiä) taas sattuu entistä harvemmin. Ääripään ilmiöiden todennäköisyys herkkä pienillekin ilmaston muutoksille: jo tähänastinen lämpeneminen on ilmeisesti kasvattanut huippuleutojen talvien todennäköisyyden moninkertaiseksi