Miksi meillä on talvi? Kirsti Jylhä Ilmatieteen laitos Ilmastotutkimus ja -sovellukset

Transkriptio

1 Miksi meillä on talvi? Kirsti Jylhä Ilmatieteen laitos Ilmastotutkimus ja -sovellukset

2 Esityksen pääaiheet Miksei talvea 12 kk vuodessa? Terminen ja tähtitieteellinen talvi Jääkausista Entä talvi tulevaisuudessa?

3 Miksei talvea 12 kk vuodessa? Valkea Velho C.W.Lewisin Narnia-kronikan Velho ja leijona -tarinassa

4 Ilmakehän kasvihuoneilmiö Maapallolle saapuu keskimäärin n. 340 W/m 2 auringon säteilytehoa 30% heijastuu takaisin avaruuteen, 70% jää lämmittämään maapalloa => maapallo lähettää lämpösäteilyä

5 Ilmakehän kasvihuoneilmiö Ilmakehän vesihöyry, hiilidioksidi ja muut kasvihuonekaasut vähentävät maapinnan ja merien lähettämän lämpösäteilyn karkaamista avaruuteen. Ilman luonnollista kasvihuoneilmiötä maanpallon pintalämpötila olisi n. -18 ºC eli n. 33ºC kylmempi maapallolla ei olisi pitkälle kehittynyttä elämää

6 Nettosäteily* ei jakaudu tasaisesti maapallolle * Saapuvan ja lähtevän säteilyenergian erotus Lokakuu 2009

7 Euroopan ilmasto on maapallolla ainutlaatuinen Missään muualla ei yhtä lämmintä näin lähellä pohjoisnapaa. Erityisesti talvisin Länsi- ja Pohjois-Euroopassa lämpötila tavattoman korkea. Köppen-Geiger ilmastovyöhykkeet T hot >10ºC & T cold <0ºC

8 Euroopan talvien leutous paljolti Pohjois- Atlantin lämpimien merivirtojen ja lauhojen länsituulen ansiota Lämpimän merivirran synnyttää ns. termohaliininen kiertoliike Pohjois- Atlantin värähtely ilmakehässä (NAO) Kuvat: Nevanlinna ed. (2008)

9 Termiset vuodenajat Suomessa terminen kesä: vuorokauden keskilämpötila pysyy +10 asteen yläpuolella terminen syksy: vuorokauden keskilämpötila pysyy +10 ja 0 asteen välillä terminen talvi: vuorokauden keskilämpötila pysyy 0 asteen alapuolella terminen kevät: vuorokauden keskilämpötila pysyy 0 ja +10 asteen välillä

10 Termisen talven alku keskimäärin Termisen talven alku v

11 Lumitilanne marraskuussa Pysyvä lumi keskimäärin

12 Alku Termisen talven alku- ja loppupäivämäärät keskimäärin Loppu

13 Tähtitieteellinen talvi termistä talvea lyhyempi Pohjoisella pallonpuoliskolla tähtitieteellinen talvi alkaa talvipäivänseisauksesta noin päättyy kevätpäiväntasaukseen noin Kevät- ja syyspäivän tasaus Maapallo talvipäivän seisauksen aikaan: pohjoisnapa on poispäin auringosta Kesäpäivän seisaus pohjoisnapa kohti aurinkoa Alkaa päivän ollessa lyhimmillään ja päättyy, kun päivä ja yö yhtä pitkät Kuvat:

14 Kiertoradallaan auringon ympäri maapallo vastaanottaa eri kuukausina eri tavalla auringon valoa => tähtitieteelliset vuodenajat Maapallon pyörimisakseli on nykyään kallellaan noin 23,5 ratatasoon nähden. Kun pyörimisakseli on voimakkaasti kallellaan, napa-alueet saavat talvella (kesällä) erityisen niukasti (runsaasti) auringonsäteilyä ja kaamoksen (yöttömän yön) alue on laaja Maan pyörimisakselin kaltevuus vaihtelee 22,0 ja 24,6 asteen välillä vuoden jaksoissa => vaikutus auringosta tulevan säteilyn jakautumiseen maanpinnalla. Kuvat:

15 Tähtitieteellinen jääkausivaihteluteoria (Milankovich) Maan rataparametrien vaihtelut noin vuoden jakso maapallon pyörimisakselin kallistuskulmassa noin vuoden jakso maapallon kiertoradan muodossa: kiertorata on väliin soikeampi, väliin lähes pyöreä vuoden jakso pyörimisakselin huojunnassa eli prekessiossa Kuvat: Nevanlinna ed. (2008)

16 vuoden jakso pyörimisakselin huojunnassa eli prekessiossa Mm. Auringon ja Kuun vetovoima => Maan pyörimisakseli huojuu => onko maapallo lähimpänä aurinkoa silloin, kun pohjoisessa on kesä ja etelässä talvi ( v. sitten), vai päinvastoin (nykyisin) Kuva: Nevanlinna ed. (2008)

17 Tähtitieteellinen jääkausivaihteluteoria (Milankovich) Kiertoradan ominaisuuksien ja pyörimisakselin kaltevuuden vaihtelut eivät muuta juuri lainkaan maapallon kokonaisuudessaan saamaa vuotuista säteilymäärää, vaikuttavat merkittävästi säteilyn jakautumiseen eri vuodenajoille ja leveyspiireille Jäätiköiden laajenemiselle suosiollista, että pohjoisen pallonpuoliskon korkeat leveysasteet (>65ºN) saavat kesän aikana vähän säteilyä maapallon akselin kallistuskulma on mahdollisimman pieni maan kiertorata soikeimmillaan ja maapallo on kauimpana auringosta pohj. pallonpuoliskon kesän aikana

18 Pohjoisilla leveysasteilla kesäaikaan saatu auringonsäteilyn vaihtelut Maapallon jäätiköiden tilavuus v sitten Nykyaika Jäätiköiden tilavuus seuraa säteilykäyrää muutaman tuhannen vuoden viiveellä, joka tarvitaan ennen kuin ilmakehä ehtii reagoida muuttuneeseen säteilytilanteeseen.

19 Jääkaudet vuorottelevat n vuoden jaksoissa Nykyaika v. sitten Juha Pekka Lunkka, 2008: Maapallon ilmastohistoria

20 Eurooppa viime jääkauden kylmimmän vaiheen aikana n v. sitten Maapallon keskilämpötila noin 6 C nykyistä alempi Pohjois-Eurooppa mannerjäätikön alla Ikirouta Ranskan keskiosissa saakka Päiväntasaajan seudulla ei kovinkaan paljon nykyistä viileämpää. Kuva: Nevanlinna ed. (2008)

21 Entä talvi tulevaisuudessa?

22 Fossiilisten polttoaineiden käyttö metsien raivaus Ilmakehän kasvihuoneilmiö Hiilidioksidin ja muiden kasvihuonekaasujen pitoisuudet kasvaneet nopeasti Kasvihuoneilmiön voimistuminen Huom. Ilmastojärjestelmässä palautetekijöitä, jotka vahvistavat kasvihuoneilmiön voimistumisen vaikutuksia

23 Hiilidioksidipitoisuuden kehitys Pallaksella - pitoisuus laskee kasvukauden aikana metsien hiilinielujen vuoksi. Pitoisuuden päiväkeskiarvot Pitoisuustrendi

24 Talven havaitut keskilämpötilat 1899/ /2007 ja arvioidut tulevat 30-vuotiskeskiarvot A1B-skenaariossa Helsingissä ja Sodankylässä (Gt C/vuosi) Päästöskenaario Havainnot vuotiskeskiarvot vuotiskeskiarvojen skenaariot Etelä- ja Pohjois-Suomessa noin 20 malliin perustuen -20

25 Talven havaitut keskilämpötilat 1899/ /2007 ja arvioidut tulevat 30-vuotiskeskiarvot A1B-skenaariossa Helsingissä ja Sodankylässä (Gt C/vuosi) Päästöskenaario Havainnot vuotiskeskiarvot vuotiskeskiarvojen skenaariot Etelä- ja Pohjois-Suomessa noin 20 malliin perustuen -20

26 Talven havaitut keskilämpötilat 1899/ /2007 ja arvioidut tulevat 30-vuotiskeskiarvot A1B-skenaariossa Helsingissä ja Sodankylässä (Gt C/vuosi) Päästöskenaario Havainnot vuotiskeskiarvot vuotiskeskiarvojen skenaariot Etelä- ja Pohjois-Suomessa noin 20 malliin perustuen -20

27 Keskiarvo v Terminen talvi lyhenee voimakkaasti Muutos v => v Muutoksen yksikkö: vrk A1B -70 Mustan viivan länsipuolella ei keskimäärin enää termistä talvea 19 ilmastomallin keskiarvo (Gt C/vuosi)Päästöskenaario Lähde: ACCLIM-hanke / IL

28 Etenkin talvisateet lisääntyvät Samalla talviset vesisateet yleistyvät Pohjois-Suomessa %-muutos suurempi kuin Etelä-Suomessa => , joulu-helmikuu Yksikkö: % Päästöt A1B

29 Lumipeitteen muutokset suurimpia Lounais-Suomessa vuoden keskim. vesiarvo vuoden maksimivesiarvo vuotuinen lumipeitepäivien määrä -50% -60% -30% -40% -20% -70% -50% -30% -80% -60% -50% -40% Multi-model mean changes (in %) => , SRES A2 Ref: Jylhä et al. (2009)

30 Nollarajan ohituspäivät* yleistyvät meillä joulu-helmikuussa syys-lokakuu joulu-helmikuu maalis-huhtikuu *Tmin < 0ºC, Tmax > 0ºC Muutos (vrk) 7 mallin keskiarvona mennessä A2-skenaarion toteutuessa Ref: Jylhä et al. (2008) (Gt C/vuosi) Päästöt A2

31 Ohuempi routakerros Maaperän routakerroksen talvikauden aikainen keskimääräinen suurin paksuus (cm) lumettomilla alueilla pakkassumman perusteella Lauhojen ja sateisten talvien aikana maaperä on usein märkä ja sen kantavuus on huono

32 Miksi meillä on myös / ei ainoastaan talvi? Kasvihuoneilmiö on vielä sopivan voimakas Maapallon pyörimisakselin ja kiertoradan vaihteluiden vaiheet ja siten pohjoisten alueiden saaman auringonsäteilyn määrä kesällä riittävä Ihmiskunnan aiheuttaman kasvihuoneilmiön voimistumisen takia terminen talvi lyhenee huomattavasti jo tämän vuosisadan aikana Atlantin läheisyys leudontaa talviamme

33

34 Lumiwiki pyrkii edistää lumen ja jään tutkijoiden yhteistyötä ja tiedonkulkua Suomessa Lumiwikin aiheet: Lumen ja jään mittaus Lumen ja jään mallinnus Sovelluksia Hankkeita Lumialan seminaareja ja kokouksia Lumitiimin palaverit Lumi-postituslista liittyminen:

35 KIITOS MIELENKIINNOSTA!

36 Juha Pekka Lunkka, 2008: Maapallon ilmastohistoria

37 Lumen vesisisältö pienenee joulu-helmikuu % (Gt C/vuosi) Päästöt A2-80% Asteikko 10%:n välein Kaksi eri ilmastomallijoukkoa => hieman eri tulokset

38 Talven (joulu-helmikuu) keskilämpötila ja sademäärä laskettuna vuosien havainnoista

39 6 Etenkin talvilämpötilat ja sademäärät tulevat kasvamaan Suomi v => v Lämpötilan muutos ( C) Muutoksen paras arvio ja 90%:n todennäköisyysväli siltä väliltä -skenaarion (A1B) toteutuessa 19 ilmastomallin väliset erot Ilmaston luontainen vaihtelu Kuukausi (Gt C/vuosi) Päästöskenaario A1B

40

41