Poikkitieteellisen tiedon merkitys ilmakehätutkimuksessa Markku Kulmala University of Helsinki Department of Physics Finland
Scope of Environmental Research Global warming Earthquakes Climate change Air quality Fresh water Volcanoes Energy Ocean acidification Deforestification Epidemic deseases Chemicalisation Biodiversity loss Food supplies
The Climate System: Interactions The climate system: interactions A. Grelle, 2005
Muuttuva ilmasto: Mitä tiedetään Maapallolla on luonnollinen kasvihuoneilmiö Hiilidoksidin ja muiden kasvihuonekaasujen pitoisuus voimakkaassa nousussa Monenlaisia takaisinkytkentöjä
Atmospheric CO 22 Concentration Year 2008 Atmospheric CO 2 concentration: 385 ppm 38% above preindustrial
Trajectory of Global Fossil Fuel Emissions CO ons (GtC y -1 2 Emissio ) 10 9 8 7 6 5 Actual emissions: CDIAC Actual emissions: EIA 450ppm stabilisation 650ppm stabilisation A1FI (Avgs.) A1B A1T A2 B1 B2 2009 2008 2007 2006 2005 1990 1995 2000 2005 2010 2009: Emissions:8.4±0.5 PgC Growth rate: -1.3% 1990 level: +37% 2000-2008 Growth rate: +3.2% 2010 (projected): Growth rate: >3% Raupach et al 2007, PNAS; Global Carbon Project 2009, Friedlingstein et al. 2010, Nature Geoscience; Gregg Marland, Thomas Boden-CDIAC 2010
Ilmasto ja aerosolihiukkaset Hyvät aerosolihiukkaset Hidastavat ilmastonmuutosta Metsistä ja muusta biosfääristä Pahat aerosolihiukkaset Kiihdyttävät ilmastonmuutosta Musta hiili (noki) epätäydellisestä palamisesta Energiantuotannosta ja liikenteestä Ilmaston ja ilmanlaadun vuorovaikutukset Hiukkaset ja terveys Clean the Air, Heat the Planet (Science, 2009)
Visibility Antarctica: > 80 km New Delhi: < 1.5 km Kuvat:Ismo K. Koponen ja Petteri Mönkkönen
Atmospheric Brown Cloud (Pollution)
Fyysikko tutkimassa ilmastonmuutosta
Lähestymistapa: Miten vastata tieteellisin kysymyksiin? Selkeä ja kunnianhimoinen visio Empiirinen ja kokeellinen tutkimus (laboratorio- ja kenttätutkimus, laitekehittely,...) Teoreettinen tutkimus (teoriat, simulaatiot, mallinus, mallien kehitystyö,..) Poikki- ja monitieteisyys Tutkimuksesta innovaatiohin (uudet PK-yritykset) Kulmala et al., 2009, EUCAARI, ACP
Data Challenges Exa Bytes Genomics Climate, Environment Physics and Astronomy Byte es per day Peta Bytes Blue Waters Climate, Environment LHC Tera Bytes LHC LSST Genomics Giga Bytes Courtesy: T. Kileen, NSF 2012 2016 2020 Interoperability of Data
Avoin DATA Mittausdata Analysoidut tulokset Mallitulokset Globaaleihin haasteisiin mahdoton vastata ilman avointa dataa Datavirtojen sulkeminen estää myös virtojen sulkijoiden etenemisen
Lähestymistapa (2) Applied Research Basic Research Innovations Policy Society
Abbreviations: ABS=Atmosphere-Biosphere Studies; ACTRIS = European aerosol and atmospheric chemistry infrastructure; BACCI= Research Unit on Biosphere-Aerosol-Cloud-Climate Interactions; CBACCI=Carbon- Biosphere-Atmosphere-Cloud-Climate- Interactions; COPAL= COmmunity heavy-payload Long endurance Instrumented Aircraft for Tropospheric Research in Environmental and Geo-Sciences; CRAICC= Cryosphere-Atmosphere Interactions in a Changing Arctic Climate; EINAR= European Institute of Atmospheric Sciences and Earth System Research; EUCAARI= European Integrated Project on Aerosol-Cloud-Climate-Air Quality Interactions; EUSAAR= European Supersites for Atmospheric Aerosol Research; FCoE=Finnish Centre of Excellence in Physics, Chemistry, Biology and Meteorology of Atmospheric Composition and Climate Change; GS= Finnish graduate school; IAGOS= In-service Aircraft for Global Observing System; ICOS =Integrated Carbon Observation System; IGBP= International Geosphere-Biosphere Program; ileaps=integrated Land Ecosystem Atmosphere Processes Study; IMECC= Infrastructure for Measurements of the European Carbon Cycle; P-S GAW= Pallas-Sodankylä Global Atmosphere Watch Station; PEGASOS= Pan-European Gas-AerosSOls-climate interaction Study; SIOS= Svalbard Integrated Arctic Earth Observing System; SMEAR=Station for Measuring Ecosystem-Atmosphere Relations
SMEAR II-station (boreal forest, country side)
Continuous Measurements
Metsien merkitys ilmastonmuutokselle Hiilinielu Fotosynteesi Aerosolihiukkasten muodostaja fotosynteesin/fotorespiraation sivutuotteena syntyy hiilivetyjä jotka hapettuvat ilmakehässä ja tiivistyvät aerosolihiukkasiksi ja/tai aerosolihiukkasiin
New particle formation event on 15.3.2011
Number of new particle formation days January 1996 - September 2011
Monthly fraction of event days
Monthly medians Kulmala et al., 2010, ACP
CO 2 concentration + Aerosol concentration - + +? Temperature + + Photosynthesis +? BVOC emissions Kulmala et al., 2004, ACP
Ilmasto muuttuu - mitä pitää tehdä? Vähentää päästöjä Vaikeaa Geoengineering Tutkimuksen välttämättömyys Sopeutua Miten ja milloin? Mahdollisuuksia Uudet innovaatiot
Tutkimustyön kehitysvaiheita Metsästys / kalastus Hyvä onni Maanviljelys SMEAR Teollisuus Erikoistunut henkilökunta Palvelut Yhteiskunnan tarpeisiin vastaaminen