Holoseenin ilmastonvaihtelut

Mauri Timonen DENDROCHRONOLOGY HIGHLIGHTS: Holoseenin ilmastonvaihtelut Pekka Nöjd / Mauri Timonen, METLA, Rovaniemen yksikkö 09:00-15:00 Geofysiikan observatorion tutkijoiden vierailu Metlan Rovaniemen yksikössä 30.1.2014

Mauri Timonen This illustration of tree growth just tells how any tree grows annually. The basic components of annual growth are diameter growth and height growth, which together define volume growth.

-634 Pat1-11 Mauri Timonen -837 5 cm Käsivarren Pättikän kylän läheiseltä lammelta löytyi kirveellä kaadettu aihkipetäjän runko. Tuuliko lie tarttunut peuranmetsästyksen tarpeisiin tarkoitettuun puuhun, kun se kaatui väärään suuntaan ja vajosi lammen pohjamutaan?

These areas and sites were investigated in the EU funded ADVANCE-10K Project.

Kuva kiekot on kerätty yli 30 metsänrajaseudun järvestä (kartta). Tästä kiekkokasasta rakennetaan vuosilustokalenteri! Mauri Timonen Metla s (Finnish Forest Research Institute) first long Scots pine chronology was finished in 1994. The 1911-yr chronology was built from 400 subfossil logs collected from 33 lakes. The younger part of the chronology was built from snag cores sampled in the Saariselkä (Riekkovaara) and Muotkaruoktu regions (100 samples). Living tree material was sampled from ca. 800 cores collected in a project called National Tree-ring Index Service (VKIP).

The principles of Dendrochronology. See in more detail on Henri Grissino-Maier s The Ultimate Tree-Ring webpages

METLA S 1911-YR PINE CHRONOLOGY A new tree-ring research project called Variation in Growth was started in 1992 at Metla. One of the aims of the project was to build the institute s first long pine chronology from material consisting of living trees, snags, old house logs, stumps and megafossils. As a result, a 1911 years long pine chronology was published in 1998. The chronology has proved to be useful in many purposes in the Finnish forest research. Reference: Mielikäinen, K., Nöjd, P., Pesonen, E. & Timonen, M. 1998. Puun muisti. Kasvun vaihtelu päivästä vuosituhanteen. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 748. 54 s. http://lustiag.pp.fi/puun%20muisti.pdf Age distribution of the cross-dated samples in Metla s 1911-yr pine chronology.

Ylempi kuva. Biologisen iän vaikutuksen poistaminen Kyynelniemen männyn kasvusta (standardointi). Alempi kuva: indeksoitu tulos= vuosilustoindeksi. T67

Growth variation of Scots pine on the Finnish timberline during the last Millennium SOME CONCLUSIONS Finnish chronologies of timberline Scots pine tell about more or less cyclicly changing June-July mean temperatures. In a 1000-yr time perspective, the growth variations of the 1900s do not significantly differ from the previous centuries. In comparison to the warm period of the early 1900s, at least ten equal warm climatic periods have appeared. Correspondingly, cool periods have followed the warm ones. The June-July mean temperature that controls pine ring-width growth in Northern Finland, has remainded quite ubchanged during the last 100 years. Special attention is paid to cyclicity in our Finnish tree-ring chronologies. Possible break-through would provide a tool for predicting future natural climate. According to Sirén (1961, 1996) regeneration of timberline forests in Finnish Lapland is strongly correlated to favourable climatic conditions. Based on his data of some well-known pine regeneration years and his tree-ring index, he connected good seed years to maximum tree-ring index peaks or periods. Note that these interpretations are based on high and medium frequence filtering on the data. Exposing longer climatic trends like Medieval Warm Period and Little Ice Age needs low-frequence filtering.

Holoseenin ilmastovaihtelut (sinipuna) ja Lapin metsänrajamännyn lyhytjaksoiset (<100 v) kasvutrendit (valkoinen viiva). Pitempijaksoiset kasvutrendit saadaan näkyviin RCS-metodilla. Erityistä huomiota kiinnittää vuoden 1630 eaa. paikkeilla oleva kasvun romahtaminen, joka ilmeisesti on liityksissä Santorinin tulivuoren jättiräjähdykseen (ks. http://fi.wikipedia.org/wiki/santorini). Myös muut purkaukset näkyvät pienempinä piikkeinä lustosarjassa kuten Mt. Pelée 2440 eaa.(?) Rabaul (?) 536 jaa. (?) ja Huaynaputina 1600 jaa. http://fi.wikipedia.org/wiki/tulivuorenpurkauksen_vaikutukset_ilmastoon) Mauri Timonen

MUINAISET MÄNTYMETSÄNRAJAT Kultti, S., Mikkola, K., Virtanen, T., Timonen, M. & Eronen, M. 2006. Past changes in the Scots pine forest line and climate in Finnish Lapland: a study based on megafossils, lake sediments, and GIS-based vegetation and climate data. The Holocene 16(3): 381-391. Kari Mikkola Mänty saavutti laajimman levinneisyytensä 8300-4000 vuotta sitten, jolloin heinäkuussa oli vähintään 2,6 o C nykyistä lämpimämpää ja mäntymetsiä 13000km 2 nykyistä enemmän. Noin 3000 vuotta sitten ilmasto oli viilennyt 0,8 o C:lla ja metsät vähentyneet 2500 km 2 :llä. Keskiajan lämpökaudella oli edelliseen verrattuna selvästi viileämpää, mutta siltikin 0,6 o C nykyistä lämpimämpää ja mäntymetsiä oli 7200 km 2 nykyistä enemmän. Pikku jääkauden alettua noin 700 vuotta sitten, havainnot nykyisen metsänrajan yläpuolisista subfossiileista, ja kannoistakin, puuttuvat. Kävikö niin, että ilmaston viileneminen tyrehdytti uudistumisen kokonaan moneksi sadaksi vuodeksi? Mäntymetsät alkoivat vallata takaisin menetet-tyjä kasvualueitaan merkittävämmässä määrin vasta viime vuosisadan ilmaston lämpenemisen myötä. Jos lämpötila nousee pysyvästi 0,6 o C:lla,lisääntyy mäntymetsien pinta-ala kenties muutamassa sadassa vuodessa tuhansilla km 2 :llä.

-634 Pat1-11 Mauri Timonen -837

Mauri Timonen Onko tulossa? Kahden viime lämpökauden (interglasiaalin) ja niiden välisen jääkauden lämpötilavaihtelu on vain viiden asteen luokkaa. Ilmaston lämpenemisen ja viilenemisen marginaalit pohjoisilla alueella ovat pienet. Lisäksi lämpökaudet ovat lyhyitä: Eemikausi kesti vain 13000 (tai 17000) vuotta. Koska nykyistä lämpökautta on eletty jo 11000 vuoden verran, on Suomikin hyvää vauhtia, ainakin periaatteessa, liukumassa seuraavaan jääkauteen. Linkki http://fi.wikipedia.org/wiki/j%c3%a4%c3%a4kausi

Syklinen ilmasto näkökulmia erilaisten aikasarjojen valossa

Pat1-11 -837 5 cm

Lapin metsänrajamännyn lustokronologia, yleisesitys (9000 >2004, 2000 >5000 BC)

Lapin metsänrajamänty, vuosilustoindeksi tuhatvuotiskausittain: 1000-2004 (1000 >2004 200 > 1200)

Kuva 1-1c. Lapin metsänrajamänty, vuosilustoindeksi tuhatvuotiskausittain: 0-1000

Lapin metsänrajamänty, vuosilustoindeksi tuhatvuotiskausittain: -1000 0

Lapin etsänrajamänty, vuosilustoindeksi tuhatvuotiskausittain: -2000-1000

Lapin metsänrajamänty, vuosilustoindeksi tuhatvuotiskausittain: -3000-2000

Kuva 1-1h. Lapin metsänrajamänty, vuosilustoindeksi tuhatvuotiskausittain: -5000-4000

Inarin Karhunperävaaran vanhoista mäntyjen lustonleveyden vaihteluista tehty wavelet-analyysi

Kalifornian vihnemäntyaineisto (data ja taulukko). Vihnemäntyjen vuosilustoindeksiin perustuva Wavelet-analyysi osoittaa 1000-2000 vuoden jaksoja. Artikkeleita: A Memory Bank for the Planet Vihnemäntyjä jäljittämässä Kaliforniassa Rovaniemiläisopettaja etsi maailman vanhinta puuta Kaliforniassa

Kuva 1-3. Yamalin kohutusta vuosilustoaineistosta laskettu vuosilustoindeksi (data ja taulukko). Ks. juttu: Onko lustotutkimus luotettavaa? Sama englanninkielisenä versiona: The RCS-modelled Hockey stick chronology of Yamal. What went wrong? Wavelet-analysi kertoo syklisyyden vaihdellen viimeisten 2000 vuoden aikana. Viime vuosisadat ovat menneet laajan vaihtelun (60-500 v) puitteissa. Mielenkiintoinen kysymys on se, ovatko syklisyyden muutokset suurilmaston (siis aurinkoperäisen) ilmaston indikaattori. Asiasta saadaan selvyyttä katselemalla mahdollisimman monen datan syklejä, jolloin toivottavasti päästään ymmärrykseen syklisyysilmiön alkuperästä (mm. avaruusilmasto, maan ilmastodynamiikka ja datojen vajavaisuus ehdokkaina).

Kuva 1-4. Ruotsin Torniojärven 7400-vuoden pituisesta vuosilustoaineistosta tehty wavelet-analyysi.

Lämpötilatarkasteluita

Sodankylä T7

Karesuvanto T7

Karasjok T7

Karasjok T68

Karasjok TVuo

Kuva 2f. Uppsalan vuotuisesta keskilämpötilasta 1722-2010 tehty Wavelet-analyysi. Data, alkuperäinen data ja seloste Uppsalan pitkästä Lämpötilasarjasta. Syklisyyttä näyttää olleen 100 vuoden tietämissä (punainen, oranssi ja keltainen vyöhyke). Viimeisten 70 vuoden aikana syklit ovat esiintyneet 64 vuoden molemmin puolin (punainen alue). viimeisten 2000 vuoden aikana. Viime parikymmentä vuotta ovat olleet minimilämpötilojen osalta lämpimämpiä kuin aiemmin mittausjaksolla.

Uppsalan sydäntalven (DJFM) keskilämpötilasta 1722-2010 tehty Wavelet-analyysi.

Uppsalan kevään (T34) keskilämpötilasta 1722-2010 tehty Wavelet-analyysi.

Uppsalan heinäkuun (T7) keskilämpötilasta 1722-2010 tehty Wavelet-analyysi.

Järvisedimentit

Korttajärvi, järvisedimentit - Thickness. Data1 Data2

Korttajärvi, järvisedimentit - Lightsum.

Korttajärvi, järvisedimentit - Darksum.

Korttajärvi, järvisedimentit - XRD.

Jäät

Itämeren jäiden kokonaispinta-ala, km 2. Data.

Tornionjoen jäiden lähtö muuttujalla päiviä vuoden alusta. Data.

Tornionjoen jäiden lähtö: Wavelet-analyysi muuttujalla päiviä vuoden loppuun. Data.

5. Lustoista johdetut lämpötilat

Kuva 5a. Heinäkuun lämpötila metsänrajalla (metsänrajamännyn 7641-vuotinen lustonleveyskronologia).

Metsänrajamännystä (elävien puiden aineisto) laskettu heinäkuun keskilämpötila vuosina 1720-2004.

Inarin kyynelniemen 400-vuotias mänty on kasvanut jaksoittaisesti. Kyynelniemen 403-vuotiaan männyn vuosilustoindeksistä (edellinen kuva) johdettu heinäkuun keskilämpötila. Mallina käytetty Karasjoen ilmastomittausten heinäkuun keskilämpötilan (T7) ja Muotkanruoktun vuosilustoindeksin (muuttuja IndCRS) välistä riippuvuussuhdetta. Keskimääräinen virhe: 0.29 o C ja keskihajonta: 1.7 o C (Data) Sovellettu siirtofunktio kuvattu MIL-raportin sivulla 8.

Kyynelniemen männyn vuosilustoindeksistä johdetun heinäkuun keskilämpötilan perusteella tehty Waveletanalyysi. Keskeisenä näkyy 64-128 vuoden syklisyys (punainen alue).

Esimerkki ilmastomallituksesta vuosilustoilla: Karasjoen heinäkuun keskilämpötilan arviointi 30 km:n päässä sijaitsevien Muotkanruoktun mäntyjen vuosilustoindeksin perusteella.

Ruotsalainen 1000-v ilmastomallitus mäntylustoilla: Moberg-data. Moberg_Juttu

Lämpötilojen vertailua

Kyynelniemen männyn vuosilustoindeksistä laskettu heinäkuun lämpötila (vihreä viiva) perustuu Muotkanruoktun männyn vuosilustoindeksin ja Karesuvannon ilmastoaseman heinäkuun lämpötilamittausten (oranssi viiva) väliseen riippuvuuteen.

Lapin kolmen pitkän lämpötilasarjan keskinäinen vertailu. Ilmasto on hyvin samankaltainen koko Lapin alueella (ainakin alavilla seuduilla).

Metsänrajaseudun heinäkuun lämpötilan spektri Metsänrajaseudun heinäkuun lämpötilan spektri 7638 vuoden aikana Itämeren jäiden vaihteluiden spektri Heinäkuun lämpötila metsänrajalla (ylhäällä) ja Itämeren jääpinta-alan spektrit.

Tornionjoen jäiden lähtö: spektri muuttujalla päiviä vuoden loppuun. Data.

TVuo DJFM T34 T34 T67 T7 Uppsalan lämpötilasarjasta lasketut vuoden, sydäntalven kevään ja keskikesän spektrit (vuodet 1722-2010).

8. Auringon aktiivisuus

Kuva 8a. Auringonpilkkulukuun perustuva Wavelet-analyysi paljastaa noin 11-vuotisen (9-13 v) ja noin 85-vuotisen (60-100 v) syklin (ns. Gleissberg-sykli). Data Vuosilustoindekseistä johdetut lämpötilat kuvaavat pääsääntöisesti paikallista tai alueellista ilmastoa. Mutta jos sekä mitatuissa että prokseista johdetuissa lämpötilasarjoissa ilmenevä syklisyys tulkitaan globaaliksi signaaliksi, se yhdistetään usein avaruusilmastosta, erityisesti Auringon aktiivisuusvaihteluista aiheutuvaksi. Vertailukohdan edellä esitettyihin syklisyysanalyyseihin antaa oheinen Auringon aktiivisuusvaihteluita kuvaava wavelet-analyysi, jossa noin 11- vuotinen sykli näkyy itse oikeutetusti, mutta myös sen monikerrat, joista erityisesti mainiten Gleissberg-sykli, esiintyy vahvana.

Changes in the Finnish pine timberline after the last Ice Age

Mauri imonen Mauri Timonen: telescope, Moon, Saturn, Jupiter + the Galilean 4 moons, northern lights and the Sun 1975. John Laborde : Comet West 9.3.1975 Sun and space based climate research has solved some meachanisms between Sun activity, cosmic rays and the upper atmosphere of the Earth. A very interesting question the role of the oceans in storing and releasing sun energy. The oceans were warming because of the very active Sun in 60-yr period of 1940-2000. Does this mean that the oceans will warming climate with some delay ed period.

SOLAR ACTIVITY We still know quite a little about solar activity. The further investigation has progressed the more have come evident that the Earth is a child of the Sun. Sunspot number is connected to the intensity of solar energy production. The about 11-year cycle of sunspots is caused by variation in solar activity. One of the key issues in climate change research today is, how the variations in the Sun's energy output influence Earth climate. Researchers have different views on the matter. The observed 84 95-yr cycle in the Finnish timberline chronology has an interesting connection to the 70 100-yr Gleissberg cycle. If the connection is real, it allows climate forecasting based on tree-rings! We have prepared some tentative climate forecasts. They are based on the cycles of 84 95 years and about 1000 years. Exciting to see in the coming years, whether forecasting based sun and tree-ring cyclicity really works! Mauri Timonen

Abdussamatov s climate temperature Forecast for 2005-2100 Dr. Habibullo Addussamatov released a climate forecast for based on the Sun s diameter variation. Interesting to see whether there will be a dramatic 1C/2F cooler period in global temperature in the next 30 years.

Cool Little Ice Age, warm 1930s and small warming in the 2000s indicate the June-August mean temperature model built by Büntgen et al. (2011). Climate can develop this century the following ways: A: Rising trend by the IPCC projections (red dotted line); B: Natural cyclic behaviour (yellow dotted line, e.g. Abdussamatov s climate projection) and C: Chaotic behaviour, causing even a new ice age (C: blue dotted line, model hypothetic).

Professor Matti Eronen s ADVANCE 10K-project team, which included researchers from Metla and the universities of Helsinki and Joensuu (today university of Eastern Finland), decided in 1998 to set up a website for promoting use of the Finnish supralong chronology of timberline pine. The yearexact 7644-yr chronology, dating back to 5634 BC, needed several projects and 25 years to finish. In addition, thousands of data and other files were produced, which still play an important role in our present projects. Although still arranging and archiving the ADVANCE 10K information, the Lustia website has grown into the leading Finnish information source of Dendrochronology. The name Lustia is an acronym for the Finnish words LustoTietoArkisto (Tree-Ring Information Archive). We have launched a set of new brand names for data and information archiving: TrapThor, MeLTiH and GKlik. We need these acronyms in our object-oriented project for setting up a an application called Virtual Forest of Dendrochronology. Best regards: My scientific activity: Metla / ResearchGate / Lustia DIVE INTO THE DEPTHS OF THIS WEBSITE AND BECOME FAMILIAR WITH THE SECRETS OF FINNISH TREE-RING SCIENCE!

Kiitos