Atte Korhola Ympäristötieteiden laitos Helsingin yliopisto Ilmaston vaihtelu arktisilla alueilla viimeisen 100 vuoden aikana ja sen mahdolliset syyt
Ilmastonmuutos: Mitä tiedämme jokseenkin varmasti? IPCC AR5 Kasvihuonekaasujen määrä ilmakehässä on nyt ennätyksellisen suuri (> 400 ppm, vrt. esiteollinen noin 280 ppm). Maapallon keskilämpötila on noussut 0,85 astetta vuodesta 1880. merenpinta on noussut 1900-luvun alusta keskimäärin 19 cm. Kulunut 30 vuoden ajanjakso oli pohjoisella pallonpuoliskolla lämpimin 1400 vuoteen. Ilmastonmuutoksella on ollut kiistattomia vaikutuksia ympäristöön kaikkialla maailmassa, ja se on syy joihinkin äärimmäisiin luonnonilmiöihin. Nykyisellä vauhdilla maapallon keskilämpötila kohoaa ainakin neljä astetta vuoteen 2100 mennessä. Jatkuvan lämpenemisen seurauksena esimerkiksi lämpöaallot, äärimmäinen kuivuus, pakolaisongelmat ja ruokapula lisääntyvät.
Avoimia kysymyksiä ilmastonmuutoksessa Mikä on ihmisen osuus nykyisessä ilmaston lämpenemisessä? Mikä aiheutti 1900-luvun alun voimakkaan lämpenemisen? Mikä on 1940-70 voimakkaan viilenemisen taustalla? Mikä selittää nykyisen hiatuksen globaaleissa lämpötiloissa? Onko ilmastoherkkyys estimoitu yläkanttiin? Onko kasvillisuuden kyky imeä hiilidioksidia arvioitu alakanttiin? Mikä on maankäytön rooli havaitussa ilmastonmuutoksessa? Mikä on pienhiukkasten, erityisesti noen (BC), rooli? Mikä selittää eteläisen merijääpeitteen merkittävän laajenemisen? Mikä on ilmastonjärjestelmän luontaisen vaihtelun rooli havaitussa ilmastonmuutoksessa?
AR4 versus AR5 AR4 Lämpötila (2081-2100) Low SRES 1.1-2.9 C High SRES 2.4 6.4 C Ihmisen rooli 90 % tod.näk. että valtaosa 1950-jälkeisestä lämpenemisestä on ihmisen aiheuttamaa Ilmastoherkkyys 2-4.5 C, paras arvio 3 C AR5 Lämpötila (2081-2100) Low RCP 0.3 1.7 C High RCP 2.6 4.8 C Ihmisen rooli 95 % tod.näk. että valtaosa 1950-jälkeisestä lämpenemisestä on ihmisen aiheuttamaa Ilmastoherkkyys 1,5-4,5 C, ei todennäköisintä arviota
AMAP Arctic Monitoring and Assessment Programme ympäristön tilan seuranta ja arviointi saasteiden määrä ja vaikutukset raportit
Arktisen alueen muutokset: ilmastonmuutos teollistuminen talous väestö luonnonvarojen globaali kysyntä liikenneyhteydet Muutokset nopeita, ennalta-arvaamattomia Muutosten kumulatiiviset vaikutukset ja yhteisvaikutukset Muutosten erilaisuus eri puolilla arktista aluetta Vaikutukset ekologiaan, biodiversiteettiin ja ekosysteemipalveluihin - ihmistoiminnan reunaehtoihin
Tiedämme jo, että: Arktinen ilmasto lämpenee kaksi kertaa niin nopeasti kuin muualla Muutokset suurimpia talvikaudella: lumi- ja jääpeite supistuu Ikirouta sulaa ja vetäytyy pohjoisemmaksi Enemmän ja voimakkaampia sademääriä Ekosysteemit ja kasvillisuusvyöhykkeet muuttuvat Ilmastonmuutos aiheuttaa haasteita nykyisille tuotantotavoille ja luonnonvarojen hallinnalle ja alueella asumiselle Mitä paineita yhteisvaikutuksista seuraa, mitkä ovat haasteet ja uudet mahdollisuudet?
Miksi arktinen alue lämpenee muuta maapalloa voimakkaammin? Lukuisia takaisinkytkentöjä (feedback mechanisms) - noidankehä kun lumi ja jää sulaa, tummat pinnat imevät auringon energiaa tehokkaammin ylimääräisestä energiasta valtaosa kuluu lämpenemiseen, ei haihduttamiseen se osa ilmakehää, joka lämmittää maan pintaa on ohuempi napa-alueilla kuin muualla maapallolla merijään vähentyessä lämpöä imeytyy ja myös siirtyy tehokkaasti meristä ilmakehään, joka lämpenee
Arktika vs. globaali Shindell & Faluvegi 2009
Chylek et al. 2009
Arctic Note the T scale! Global Chylek et al. 2009. GRL
Instrumenttimittausten piirteitä Low Arctic (64-70º) keskilämpötilan nousu 1910 1940: 0.59 K/vuosikymmen (5,4 amplification index) 1970 2008: 0.38 K/vuosikymmen (2,0 amplification index 1940-1970 viileneminen; amplification index: 9,0 High Arctic (70-90º) keskilämpötilan nousu 1910 1940: 0.76 K/vuosikymmen (6,9 amplification index) 1970 2008: 0.55 K/vuosikymmen (2,9 amplification index) 1940-1970 viileneminen; amplification index: 12,5
Vuosikeskilämpötilat Helsingin Kaisaniemessä vuosilta 1830-2012, Jyväskylästä 1884-2012 ja Sodankylästä 1908-2012. Vuotuiset arvot on merkitty ohuella viivalla ja kymmenen vuoden liukuva keskiarvo paksulla. Helsingin lämpötiloista mukana myös arvio siitä, miten paljon kaupungistuminen on kohottanut lämpötilaa; keskipaksu viiva kuvaa arvioituja lämpötiloja siinä tapauksessa että kaupungin kasvu ei olisi vaikuttanut lämpötiloihin. ILMATIETEEN LAITOS
AMO (Atlantic multidecadal oscillation): Vuotuisten k-lämpötilojen ja AMO:n välinen korrelaatio 0,69. Vaihtelun pääasiallisin selittäjä? Mutta mikä selittää AMO:n vaihtelun? Chylek et al. 2009
Hanhijärvi, Tingley & Korhola 2013, Climate Dynamics
Early Twentieth Century Warming, ETCW ETCW Hanhijärvi, Tingley & Korhola 2013, Climate Dynamics
Holoseenin ilmastovaihtelujen taustalla olevat syyt Maapallon vastaanottaman kokonaissäteilymäärän lasku (pohjoinen pallonpuolisko) Vaihtelut auringon aktiivisuudessa Vaihtelut meri ilmakehä vuorovaikutuksessa Termohaliiniin meriveden kiertoon liittyvät muutokset Vulkanismi Systeemin sisäinen vaihtelu?
Tunnetuimmat aurinkominimit Oortin minimi (MCA:n aikana)1040-1080 Wolfin minimi 1280-1350 Spörerin minimi 1450-1550 (laajemmin 1420-1570) Maunderin minimi 1645-1715 auringonpilkkumäärä 1/1000 tavallisesta, syvimmillään 1666 1700 1670 ei yhtään pilkkua, 1660-1680 hyvin vähän pilkkuja, eniten kauden alussa Daltonin minimi 1790-1820
Hathaway & Wilson 2004
Haltia-Hovi et al. 2007. Quat. Sci. Rev.
Wood et al. 2010
ETCW:n taustalla olevat syyt Palautuminen pikku jääkaudesta? Auringon aktiivisuuden voimistuminen? Vähäinen vulkaaninen aktiivisuus? Arktisen merijääpeitteen supistuminen? Merien lämpötasapainossa tapahtuneet muutokset? Pohjois-Atlantin ilmastovärähtely (NAO)? Stadionaallot systeemin sisäinen vaihtelu?
Wyatt & Curry 2013. Clim. Dyn.
Has the climate recently shifted? Swanson & Tsonis 2009
Kerr 2007, Nature
1940-70 viileneminen: syyt? - Sulfaatti ja nitraatti aerosolit (dimmening) - Maankäytön muutokset - Muutokset auringon aktiivisuudessa - Vulkaaniset aerosolit
NAO:n positiivinen vaihe: polaarialueilla normaalia syvempi (alhaisempi) matalapaine; keskileveyksillä tavallista voimakkaampi korkeapaine (normaalipaine = 1013 mb tai 101,3 kpa) keskimääräistä voimakkaammat länsituulet tuulisysteemi salpaa kylmät polaariilmamassat ulkopuolelleen ulottuu 55 leveyksille 1970-2002 selvästi negatiivista vaihetta dominoivampi
(N)AO: negatiivinen vaihe: polaarialueilla normaalia heikompi matalapaine kylmää arktista ilmaa pääsee valumaan etelämmäksi (pakkasia ja lumimyrskyjä: Seattle, Dallas, Pariisi, Tokio)
Fig. 2. Proxy-based NAO reconstructions V. Trouet et al., Science 324, 78-80 (2009) Published by AAAS
NAO indeksi vaihtelee päivittäin
Musta hiili eli noki
Arktisten alueiden lämpeneminen ja musta hiili (BC) Arktinen alue lämmennyt 2 x voimakkaammin kuin muu maapallo Osittain seurausta positiivisista palautekytkennöistä liittyen lumen ja jään heijastukseen BC aiheuttanut 40 % arktisten alueiden tähänastisesta lämpenemisestä ja 30 % arktisen alueen lumen ja jään sulamisesta Maailmanlaajuisesti CO₂ jälkeen BC toiseksi tärkein ilmastonmuutokseen vaikuttava tekijä
Musta hiili (BC) Musta pienhiukkanen, aerosoli Syntyy epätäydellisessä poltossa Fossiiliset polttoaineet, diesel-moottorit Biomassan poltto, metsäpalot, ruoanlaitto Kaikki palaminen, ei vain ihmisperäinen Kulkeutuu kauas päästölähteiltään maailmanlaajuinen ympäristö-, terveysja sosiaalinen ongelma Suora ja epäsuora vaikutus ihmisiin Muuttaa ekologisia ja fysikaalisia olosuhteita ympäristössä ja vaikuttaa alkuperäisväestöihin ja muihin paikallisiin ihmisiin Terveyshaitta
Musta hiili (BC) Puuhiili- ja kivihiilihiukkaset Nokipalloset Noki lämmittää ilmakehää ja muuttaa pilvien muodostumisprosesseja säilyy ilmakehässä päiviä viikkoja, kunnes laskeutuu kuiva- tai märkälaskeumana vähentää voimakkaasti vaalean alustan heijastuskykyä (albedoa)
American Geophysical Union 2013
BC:n historialliset pitoisuudet Grönlannin jäätikkökairauksiin perustuen
BC:n kulkeutuminen arktiselle alueelle AMAP 2011 Kaikki BC ei pääse kulkeutumaan Grönlannin jäätikön laelle, jolloin jäätikkökairaukset eivät kerro BC pitoisuuksien kehityksestä koko arktisella alueella
BC pitoisuuksien odotetaan kasvavan tulevaisuudessa arktisilla alueilla 1. Kaukokulkeuma Aasiasta 2. Lisääntyneet dieselmoottorit Kasischke 1999 3. Boreaalisen alueen metsäpalot kasvussa 4. Lisääntynyt laivaliikenne ja muu toiminta artisella alueella Boreaalinen metsäpalo, Kanada Brian Stocks, Canadian Forest Service
Material and methods Lake sediment cores from 6 lakes were analyzed for SCP for the last 150 years 1. Arresjøen, Svalbard, Norway 2. Karipääjärvi, Finland 3. Kuutsjärvi, Finland 4. Puoltsajärvi, Finland 5. Saanajärvi, Finland 6. Stepanovichjarvi, Russia The SCP results were compared to modelled (heavy industry derived) BC deposition in the same area The resolution of the model is 2.8 x 2.8 Ruppel et al. 2013, Advances in Meteorology The source areas of contaminants in the lakes were determined with model based back trajectories of air masses
Comparison of observed and modelled SCP/BC deposition SCP trends similar between lakes and similar to trends in concentrations Significant differences in the magnitudes of SCP deposition to the lakes Modelled deposition of BC formed in the energy and industry sector concurs partly with the SCP record Peak in deposition around 1980 However, model results show a peak in BC deposition already in 1900 Early peak resulted from different kind of BC than SCP
EC concentrations in the Holtedahlfonna ice core during the last 300 years. Ruppel et al. 2014. Atmospheric Chemistry and Physics.
Ilmastoneuvotteluissa pääpaino ilmastonmuutoksen lyhyen aikavälin hillitsemisessä tulisi kohdistaa mustaan hiileen (ja etenkin sen päästöihin Aasiassa) BC säilyy ilmakehässä vain päiviä viikkoja, joten vähennysten vaikutukset voisivat ilmetä nopeasti kaikkialla maapallolla BC:n päästöjä vähentämällä voidaan ostaa lisäaikaa n. 10-20 vuotta ilmastonmuutoksen ratkaisemiseen / hillitä ilmastonmuutosta 30 %
KIITOS!