Kaksi uutta tutkimusta päätyvät samaan lopputulokseen: kosteus todennäköisesti lisääntyy troposfäärissä. Toisessa tutkimuksessa on käsitelty säähavaintopallojen radiosondien kosteusmittauksia uusin menetelmin ja tuloksien mukaan troposfäärin vesihöyrypitoisuus kasvaa maailmanlaajuisesti. Toisessa tutkimuksessa tarkasteltiin eri analyysien tuloksia ja yhtä lukuunottamatta kaikki muut näyttävät kosteuden lisääntyneen. Tutkimuksessa esitetään useita syitä sille, miksi muista poikkeavan analyysin tulokset eivät näytä olevan todenmukaisia.
Ilmakehän lämmetessä on odotettavissa, että troposfäärin vesihöyrypitoisuus lisääntyy. Tämä perustuu siihen hyvin tunnettuun tosiasiaan, että lämpimämpi ilmakehä voi sisältää enemmän vesihöyryä. Vesihöyryn lisääntyessä troposfäärissä se voimakkaana kasvihuonekaasuna aiheuttaa lisää lämpenemistä. Tällaista prosessia kutsutaan takaisinkytkennäksi. Ilmastojärjestelmän tunnetuista takaisinkytkennöistä vesihöyryn takaisinkytkentä on voimakkain. Se yksinään saattaa kaksinkertaistaa hiilidioksidin aiheuttaman lämpenemisen.
Vesihöyryn takaisinkytkennän voimakkuutta on tutkittu paljon viimeisten vuosikymmenien aikana. Tiedeyhteisössä ollaan nykyään melko yksimielisiä siitä, että vesihöyryn takaisinkytkentä on positiivinen ja voimakas. Viime vuonna kuitenkin julkaistiin tutkimus (Paltridge ja muut, 2009), jossa troposfäärin kosteuden esitettiin vähenevän. Jos se pitäisi paikkansa, vesihöyryn takaisinkytkentä olisikin negatiivinen eli jarruttaisi lämpenemistä.
Paltridge ja muut käyttivät tutkimuksessaan NCEP/NCAR-analyysiä. Kyseisessä analyysissä esitetään maapallon mennyt säätila havaintojen ja numeerisen sääennustusmallin tuloksien avulla.
Eri analyysien vertailu
Uudessa tutkimuksessa Dressler ja Davis ovat tarkastelleet myös muita analyysejä NCEP/NCAR:n lisäksi. Muut analyysit ovat: NASAn Modern Era Retrospective‐Analysis for Research and Applications (MERRA, vuodesta 1979 nykypäivään), ECMWF:n kaksi analyysiä Interim (uudempi, vuodesta 1989 nykypäivään) sekä ERA-40 (vanhempi, vuodesta 1957 vuoteen 2002) ja japanilainen analyysi JRA (vuodesta 1979 nykypäivään). NCEP/NCAR-analyysi ulottuu vuodesta 1948 nykypäivään. Satelliittien datan mukaantulo vuonna 1979 saattaa vaikuttaa hieman analyysin tuloksiin, joten Dessler ja Davis keskittyvät analyysien dataan vain vuodesta 1979 lähtien.
Dessler ja Davis esittävät kosteuden muutokset eri analyyseissä kolmella eri alueella: tropiikissa, pohjoisella ja eteläisellä pallonpuoliskolla. Tulokset esitetään myös ilmakehän eri korkeuksilla. Tulokset NCEP/NCAR-analyysin osalta ovat samankaltaiset Paltridgen ja muiden tutkimuksen kanssa. NCEP/NCAR-analyysin tulokset poikkeavat eniten muista analyyseistä trooppisen troposfäärin keski- ja yläosissa. Siellä NCEP/NCAR-analyysi näyttää voimakkaasti vähenevää kosteutta, kun taas muut näyttävät siellä muuttumatonta tai lisääntyvää kosteutta (paitsi ERA-40, joka näyttää hiukan vähenevää kosteutta). Muualla NCEP/NCAR-analyysi ei poikkea merkittävästi muista analyyseistä.
Seuraavaksi Dessler ja Davis ottavat pintalämpötilan analyysiin mukaan. Näin saadaan tarkempi kuva siitä, miten ilmakehän kosteus muuttuu lämpenemisen seurauksena. Lyhyen aikavälin tarkastelussa troposfäärin kosteus lisääntyy lämpenemisen myötä kaikissa analyyseissä, myös NCEP/NCAR-analyysissä. Tämä tulos on yhdenmukainen viimeaikaisten tutkimusten kanssa ja myös Paltridge ja muut saivat vastaavan tuloksen. Pitkän aikavälin tarkastelussa NCEP/NCAR-analyysi poikkeaa toisista analyyseistä trooppisen troposfäärin keski- ja yläosissa, missä NCEP/NCAR-analyysi näyttää edelleen vähenevää kosteutta, mutta tässä tarkastelussa muut näyttävät lisääntyvää kosteutta mukaan lukien ne, jotka edellisessä tarkastelussa näyttivät muuttumatonta tai lievästi vähentynyttä kosteutta.
Kosteuden muutos eri korkeuksilla ilmakehässä eri analyysien mukaan.
Näiden tuloksien perusteella Paltridgen ja muiden löytämä NCEP/NCAR-analyysissä näkyvä kosteuden väheneminen liittyy pitkän aikavälin vasteeseen pintalämpötilan muutokselle. Tässä herää kysymys siitä, että voisiko vesihöyryn takaisinkytkentä olla lyhyellä aikavälillä positiivinen ja pitkällä aikavälillä negatiivinen? Takaisinkytkennän suuruuden mahdollista vaihtelua eri aikaväleillä ei voida sulkea pois ja aiemmissa tutkimuksissa on näkynytkin joitakin merkkejä erilaisesta reaktiosta lyhyellä aikavälillä El Niñon aikana verrattuna pitkän aikavälin tapahtumiin. Nämä kuitenkin liittyivät enemmän pintalämpötilan jakaumaan El Niñoon liittyen kuin vesihöyryn käyttäytymiseen lämpötilan muutoksissa.
Desslerin ja Davisin mukaan kaiken nykytiedon valossa näyttää äärimmäisen epätodennäköiseltä, että lyhyen aikavälin takaisinkytkentä olisi positiivinen ja pitkän aikavälin takaisinkytkentä negatiivinen. Teoriasta ei löydy sellaista kuvausta, joka voisi aiheuttaa sellaisen tilanteen. Nykykäsityksen mukaan ylemmän troposfäärin muutoksien pitäisi tasaantua termodynaamisessa mielessä noin kuukaudessa, joten muutamien vuosien aikavälillä vesihöyryn takaisinkytkennän pitäisi olla sama kuin pitemmillä aikaväleillä. Ilmastomallit antavat myös tämäntapaisen tuloksen.
Meillä on myös mittauksia vesihöyryn takaisinkytkennästä pitkällä aikavälillä ja niissä näkyy positiivinen takaisinkytkentä. Lisäksi menneiden ilmastonmuutosten analyysin tulokset eivät sovi yhteen negatiivisen vesihöyryn takaisinkytkennän kanssa.
Ainoastaan NCEP/NCAR-analyysi näyttää voimakkaasti vähenevää kosteutta trooppisen troposfäärin keski- ja yläosissa pintalämpötilan noustessa. Uudemmat analyysit, kuten MERRA ja ERA-Interim, sisältävät paljon sellaisia parannuksia, joita ei ole NCEP/NCAR-analyysissä. Niinpä uudemmat analyysit ovat luotettavampia tuloksiensa suhteen etenkin, kun niiden tulokset ovat sopusoinnussa asiaan liittyvän teoreettisen tiedon kanssa. Kuten aiemmin näimme, uudempien analyysien tulokset näyttävät kosteuden lisääntymistä pintalämpötilan noustessa.
Analyysejä vertailtiin myös riippumattomien havaintojen kanssa (AIRS-satelliitin mittaukset). Muut analyysit ovat melko hyvin yhteensopivia niiden kanssa, mutta NCEP/NCAR-analyysi poikkeaa tässä tarkastelussa selvästi muista. Niinpä näyttää siltä, että NCEP/NCAR-analyysissä on luultavasti joitakin vääristymiä. Lisäosoituksena tästä on se, että NCEP/NCAR-analyysissä ei näy vuoden 1998 El Niñoon liittynyttä voimakasta kosteuden lisääntymistä. Myös Paltridge ja muut arvelivat tutkimuksessaan, että NCEP/NCAR-analyysin näyttämät trendit eivät välttämättä ole todellisia.
Radiosondimittaukset
Troposfäärin kosteutta on mitattu jo pitkän aikaa säähavaintopallojen mukana olevilla radiosondeilla. Niiden avulla on saatu ainoat paikan päältä otetut pitkään jatkuneet mittaukset, jotka kattavat lähes koko maapallon. Radiosondien mittaussarjoihin liittyy kuitenkin paljon ongelmia, jotka liittyvät mittauslaitteistojen ja havaintomenetelmien muutoksiin. Näiden muutoksien vaikutusten korjaaminen mittaussarjoissa on osoittautunut erittäin vaikeaksi.
Dai ja muut esittävät uudessa tutkimusartikkelissaan uuden lähestymistavan ongelmaan. He käyttävät tilastollisia menetelmiä epäjatkuvuuskohtien tunnistamiseen mittaussarjoista. Näillä menetelmillä löytyy suurin osa epäjatkuvuuskohdista. Mittaussarjoista on ensin poistettava joitakin näytteenoton aiheuttamia ongelmia ja sitten sarjoista voidaan korjata epäjatkuvuuskohdat.
Tuloksena on uudelleen käsitelty globaali mittaussarja troposfäärin kosteudelle. Korjatussa sarjassa kosteuden vaihtelut ovat pienempiä kuin alkuperäisessä vuosien 1973 ja 2008 välillä. Korjattu mittaussarja näyttää troposfäärin kosteuden lisääntyneen globaalisti.
Lähteet:
Aiguo Dai, Junhong Wang, Peter W. Thorne, David E. Parker, Leopold Haimberger, Xiaolan L. Wang, A New Approach to Homogenize Daily Radiosonde Humidity Data, Journal of Climate 2010, doi: 10.1175/2010JCLI3816.1. [tiivistelmä]
Dessler, A. E., and S. M. Davis (2010), Trends in tropospheric humidity from reanalysis systems, J. Geophys. Res., 115, D19127, doi:10.1029/2010JD014192. [tiivistelmä, koko artikkeli]
Garth Paltridge, Albert Arking and Michael Pook, Trends in middle- and upper-level tropospheric humidity from NCEP reanalysis data, Theoretical and Applied Climatology, Volume 98, Numbers 3-4, 351-359, DOI: 10.1007/s00704-009-0117-x. [tiivistelmä, koko artikkeli]
Ilmastotieto 