Ilmaston ja sen muutoksen

Transkriptio

1 Ilmaston ja sen muutoksen tutkimus Ilona Riipinen Helsingin yliopisto, fysikaalisten tieteiden laitos, ilmakehätieteiden osasto

2 Sääjailmasto Sää = ilmakehän hetkellinen tila puolipilvistä, T = +6 C, länsituulta 4 m/s 500 hpa:n painepinnalla (~5.5 km) r = 23% Ilmasto = sään tilastolliset ominaisuudet keskiarvot: esim. keskimääräinen maaliskuun keskilämpö Helsingissä -1.5 C vaihtelevuus ääriarvot määrittelyjakso: esim Sään ennustettavuus: 1-2 viikkoa Ilmaston ennustettavuus: parempi

3 Ilmastoa kuvaavia suureita Helsingin / Suomen / koko maapallon keskimääräinen maaliskuun keskilämpötila v Maaliskuun keskilämpötilojen vuosienvälinen hajonta Vuoden korkeimman lämpötilan keskiarvo Lappeenrannassa v Todennäköisyys, että maaliskuussa sataa alle 10 mm Ukkospäivien keskimääräinen vuosittainen lukumäärä Korrelaatio sademäärän ja lämpötilan maaliskuun kuukausikeskiarvojen välillä Keskilämpötila maaliskuussa 500 hpa:n painepinnalla (~5.5 km korkeudessa) Jokioisten yläpuolella

4 Luonnollinen kasvihuoneilmiö Tarkastellaan koko maapallon (pinta + ilmakehä) energiataloutta: Maa Auringonsäteily Lämpösäteily Maapallo saa energiaa imemällä (=absorboimalla) auringonsäteilyä Maapallo menettää energiaa säteilemällä (=emittoimalla) lämpösäteilyä avaruuteen Tasapainon vallitessa absorboitunut auringonsäteily = emittoitunut lämpösäteily

5 Luonnollinen kasvihuoneilmiö Ilmakehä läpäisee auringonsäteilyä hyvin mutta maanpinnan ja (ilmakehän itsensä) säteilemää lämpösäteilyä huonosti Tämän ansiosta maapallon keskimääräinen pintalämpötila on n. 33 C korkeampi (+14 C) kuin se muuten olisi (-19 C) Pääsyyllisiä kasvihuonekaasut : vesihöyry (H 2 O), hiilidioksidi (CO 2 ), metaani (CH 4 ), ilokaasu (N 2 O) ym.

6 Kasvihuoneilmiön voimistuminen CH 4 CO 2 N 2 O CO 2 -pitoisuus: v. 1750: 280 x 10-6 ; 2003: 376 x 10-6 (+34%) 2100: x 10-6 (nykyiset arviot) 1) Fossiiliset polttoaineet (~80%) 2) Sademetsien hakkuu Myös CH 4 ja N 2 O lisääntyneet (vaikutus pienempi) Vesihöyrykin ilmeisesti lisääntynyt (seuraus lämpenemisestä)

7 Maapallon keskilämpötilan havaittu kehitys (ero v keskiarvoon) 0.6 C Muutoksilla useita syitä -CO 2, CH 4, N 2 O (+++); Aurinko (+?); Hiukkaset (--??); satunnainen vaihtelu (+/-) Ilmaston herkkyyttä kasvihuonekaasujen lisääntymiselle on erittäin vaikea päätellä suoraan havainnoista!

8 Ilmastonvaihtelut ennen v. ~1850 (ennen suoria mittauksia) Historialliset tiedot säästä riippuvista luonnon tapahtumista, kasvien viljelyrajoista ym. Kasvi- ja eliöjäännökset Levinneisyysalueet puiden vuosirenkaat (lämpötila, sade) jne. Geologiset havainnot jäätiköiden synnyttämät moreenikerrokset, harjut, uurrekalliot kivettyneistä kerrostumista tietoa jopa vuosimiljardien takaa Hapen ym. isotooppisuhteet (meren pohja, jäätiköt) Lämpötilan pystyvaihtelu maaperässä ja jäätiköissä Tieto epäsuoraa, muuntaminen lämpötilan ym. Arvoiksi aina jossain määrin tulkinnanvaraista.

9 Lämpötilan vaihtelu pohjoisella pp:llä, viimeiset 2000 v Puulustoihin, koralleihin ym. epäsuoriin tietolähteisiin perustuva arvio (Moberg et al., Nature ) Melkoinen osa aiemmista vaihteluista luultavasti Auringon toiminnan ja tulivuoritoiminnan vaihteluiden aiheuttamaa

10 Säteilypakote (W / m 2 ), (1) (2) 1) Kasvihuonekaasut (CO 2, CH 4, N 2 O ) - hyvin hallussa 2) Hiukkasten lisääntyminen - erittäin suuri epävarmuus 3) Aurinko (3) IPCC (2001)

11 Ilmakehän pienhiukkaset (=aerosolit) Hiukkasia Hiukkasia Suora vaikutus: auringonsäteilyn heijastuminen (jäähdyttää maapalloa) ja absorboituminen (lämmittää) Epäsuora vaikutus: (i) pilvien heijastuskyvyn ja (ii) eliniän kasvu? (jäähdyttävät maapalloa) Rikki- ym. päästöt ovat kasvattaneet hiukkaspitoisuuksia etenkin tiheään asutuilla alueilla. Nettovaikutus jäähdyttävä.

12 Metsien vaikutus ilmastonmuutokseen esimerkki palauteilmiöstä Hiilidioksidin lisääntyminen kiihdyttää metsien kasvua Metsät toimivat hiilinieluina ja aerosolihiukkasten lähteenä Nettoefekti ilmastoa viilentävä, mutta kuinka paljon?

13 Ihmiskunnan vaikutus ilmastoon 1. Kasvihuonekaasujen lisääntyminen - CO 2, CH 4, N 2 O, ym. - positiivinen l. lämmittävä säteilypakote - monet kasvihuonekaasut pitkäikäisiä pitkäkestoinen ongelma 2. Hiukkasten (aerosolit) lisääntyminen - rikki-, noki-, ym. päästöt - nettovaikutus ilmeisesti ilmastoa jäähdyttävä - suuri tieteellinen epävarmuus - lyhyt elinikä + keinot & pyrkimys päästöjen rajoittamiseen suhteellinen merkitys vähenee pitkällä tähtäimellä? 3. Useita vähäisempiä mekanismeja

14 Tähänastisten lämpötilanmuutosten simulointi Aurinko + tulivuoret Kasvihuonekaasut, hiukkaset ja otsonikato Luonnolliset tekijät ja ihmiskunnan vaikutus yhdessä Hiukan liiankin hyvä tulos, muttei varmasti kokonaan sattumaa!

15 Tulevien ilmastonmuutosten ennustaminen Kasvihuonekaasu- ja hiukkaspäästöt Oletukset väestönkasvusta, teknologisesta kehityksestä ym. Kasvihuonekaasuja hiukkaspitoisuudet Hiilenkiertomalli ym. Ilmastonmuutos Ilmastomalli

16 Ilmastomallit Tietokoneohjelmia, jotka pyrkivät kuvaamaan ilmastojärjestelmän käyttäytymistä fysiikan lakien pohjalta. Välttämättömiä ilmastonmuutoksiin liittyvien palauteilmiöden (vesihöyry, pilvisyys, lumi ja jää ) takia. Menneiden ilmastonmuutosten tutkiminen Nykyisen ilmaston ymmärtäminen Tulevien ilmastonmuutosten ennustaminen Paraskin malli vain epätäydellinen kuvaus luonnosta. Epätäydellinen hyödytön!

17 Miten mallien luotettavuutta voi arvioida? Nykyisen ilmaston simulointi tärkeää mallien kehittämisen kannalta kompensoivat virheet? Havaittujen ilmastonmuutosten simulointi periaatteessa parempi Keskinäinen vertailu eri ilmastomallien välillä käytännöllistä, muttei täysin vedenpitävää

18 Tulevat CO 2 -päästöt ja -pitoisuudet? Päästöt (10 9 t / vuosi) Pitoisuus (miljoonasosia) Useita eri skenaarioita! Väestön ja talouden kasvu kasvattavat päästöjä ainakin lyhyellä tähtäimellä; myöhemmin suuri epävarmuus CO 2 -pitoisuus reagoi päästöjen muutoksiin viiveellä kasvu jatkuu joka tapauksessa Toisin kuin CO 2, hiukkaset lyhytikäisiä: parempi tekniikka pienemmät päästöt pienemmät pitoisuudet jäähdytysvaikutus heikkenee?

19 Tulevat muutokset mallien mukaan 1) Maapallon keskilämpötilan muutos v C ~ ero nykyajan ja jääkauden välillä 1.4 C ~ 2-kertaisesti luvun lämpeneminen Laskelmassa otettu huomioon - eri arviot kasvihuonekaasu- ja hiukkaspäästöjen suuruudesta - erot eri ilmastomallien välillä Molemmat epävarmuudet suunnilleen yhtä tärkeitä

20 Merenpinnan korkeuden muutos, koko maapallon keskiarvo 100 cm C B A B C cm 9 cm Syyt ennustettuun merenpinnan nousuun (i) veden lämpölaajeneminen; (ii) jäätiköiden sulaminen Epävarmuus: (A) päästöt (B) meriveden ja ilman lämpötilan sekä sademäärän muutokset (C) jäätiköiden käyttäytyminen Pitkällä tähtäimellä merenpinta voi nousta moninkertaisesti enemmän

21 Lämpötilan muutosten jakauma Seuraavat 70 vuotta, keskimääräinen päästöskenaario, keskiarvo 20 eri ilmastomallin tuloksista Voimakas lämpeneminen * Pohjoinen Jäämeri (etenkin syksy ja talvi) jää vähenee * Euraasian ja Pohjois-Amerikan pohjoisosat (etenkin talvi) lumi ym. * Mannerten sisäosat 40 N tienoilla (kesä) maan kuivuminen Heikompi lämpeneminen * meret yleensä haihtuminen kuluttaa lämpöä * Eteläinen valtameri, pohjoisin Atlantti suuri lämpökapasiteetti, merivirrat?

22 Sademäärän muutokset Seuraavat 70 vuotta, keskimääräinen päästöskenaario, keskiarvo 20 eri ilmastomallin tuloksista Koko maapallon keskisademäärä kasvaa hiukan Suurin kasvu korkeilla leveysasteilla Myös alueita, joilla sateet vähenevät (Etelä-Eurooppa!?) Suurempi epävarmuus kuin lämpötilan muutoksissa

23 Yhteenveto Ilmasto lämmennyt viimeisen sadan vuoden aikana tilastollisesti merkittävästi Kasvihuonekaasujen pitoisuudet moninkertaistuneet Kasvihuonekaasujen ja säteilyn vuorovaikutusten fysiikka hyvin tunnettua Haasteita mm. Palauteilmiöiden parempi ymmärtäminen Ilmastomallien ja parempien ennusteiden kehittäminen Aerosolien osuus ilmastonmuutoksessa? Meret?

24 Kiitokset Esitys perustuu pääosin Jouni Räisäsen luento- ja esitelmäkalvoihin Helsingin yliopisto, fysikaalisten tieteiden laitos, ilmakehätieteiden osasto