Ilmastonmuutoksesta johtuvat lämpöennätykset yleistyneet

Viime vuosikymmenen aikana esiintyi ennätysmäärä helleaaltoja monilla maapallon alueilla. Se oli myös maailmanlaajuisesti lämpimin vuosikymmen sen jälkeen, kun luotettavat mittaukset aloitettiin 1800-luvulla. Ympäri maailman esiintyy nykyään paikallisia ennätyskorkeita kuukausien keskilämpötiloja keskimäärin viisi kertaa niin paljon kuin olisi odotettavissa vakaassa ilmastossa, jossa pitkäaikaista lämpenemistä ei tapahdu. Kuukausittaisten lämpöennätysten määrän ennustetaan lisääntyvän 2040-luvulle mennessä maailmanlaajuisesti yli 12 kertaa niin yleisiksi kuin ilmastossa ilman pitkäaikaista lämpenemistä. Helleaallot ovat myös entistä kuumempia. Nykyään keskimäärin 80 prosentin ja 2040-luvulla 90 prosentin todennäköisyydellä uusi kuukauden lämpöennätys johtuu ihmisen aiheuttamasta ilmastonmuutoksesta. Voimakkaina El Niño -vuosina on havaittavissa vielä lisäennätyksiä ilmastonmuutoksen aiheuttaman pitkän aikavälin nousun lisäksi.

© bertys30 - Fotolia.com

© bertys30 – Fotolia.com

Viimeisin vuosikymmen oli mittaushistorian lämpimin ja sen aikana sään ääri-ilmiöiden ennätyksellisen suuri määrä aiheutti vakavia vahinkoja ekosysteemeille ja yhteiskunnalle. Esiin onkin noussut kysymys siitä, missä määrin ääri-ilmiöt johtuvat ilmaston lämpenemisestä. Yhden sään ääri-ilmiötyypin, helleaaltojen, kohdalla ilmiön esiintymisen ja ilmaston lämpenemisen välillä on yksinkertainen suhde: korkeampi globaali keskilämpötila johtaa väistämättä helleaaltojen määrän ja voimakkuuden lisääntymiseen.

Havaittujen ennätysten lukumäärissä on kuitenkin suuria alueellisia eroja. Kesäajan pitkittyneisiin helleaaltoihin liittyvien ennätysten määrä on kasvanut yli kymmenkertaiseksi joillakin manneralueilla esimerkiksi Euroopassa, Afrikassa, Etelä-Aasiassa ja Amazoniassa. Havaitut ennätykset kasaantuvat sekä alueellisesti että ajallisesti. Viimeaikaisia esimerkkejä tällaisista ennätyksellisistä helleaalloista ovat Eurooppa vuonna 2003, Kreikka 2007, Australia 2009, Venäjä 2010, Texas 2011, Manner-Yhdysvallat 2012 ja tuoreimpana Australia 2013.

Kaikilla näillä helleaalloilla oli vakavia vaikutuksia yhteiskuntaan. Ne aiheuttivat monia lämpökuolemia, laajoja metsäpaloja tai satotappioita. Kuolleisuus ja sairastuvuus ovat vahvasti sidoksissa helleaallon kestoon. Kuolemantapausten määrä lisääntyy jokaista kuumaa päivää kohden. Lisäksi äärimmäiset sääilmiöt tyypillisesti aiheuttavat suuria vaikutuksia siksi, etteivät yhteiskunta ja ekosysteemit ole sopeutuneet niihin. Näiden syiden takia on tärkeää tutkia, kuinka kuukausittaisten lämpöennätysten määrä on muuttumassa maailmanlaajuisesti ja missä määrin tämä voidaan selittää ilmaston lämpenemisellä.

Uudessa tutkimuksessa (Coumou, D., Robinson, A., Rahmstorf, S. 2013: Global increase in record-breaking monthly-mean temperatures) selvitetään sitä kysymystä, kuinka suuri osa nykyään havaituista ennätyksellisistä helleaalloista liittyy ilmastonmuutokseen ja kuinka paljon helleaaltoja olisi tapahtunut vakaassa ilmastossa ilman pitkän aikavälin lämpenemistä. Tutkimus keskittyy pitkiin, useita viikkoja kestäviin helleaaltoihin ja kuukausittaisiin lämpöennätyksiin.

Lämpeneminen voimakkainta 1970-luvun jälkeen

Tutkimuksessa käytettiin 131 vuoden (1880-2010, NASA-GISS) havaintosarjaa, jossa on yhdistetty maa-alueiden ja valtamerten pinnan lämpötila-aineistot. Se kertoo kuukausittaisten keskimääräisten pintalämpötilojen poikkeamat verrattuna tavanomaisiin lämpötiloihin maailmanlaajuisessa hilaruudukossa, jossa ruudun koko on 2 × 2 astetta. Ilman napaseutuja (leveyspiireiltä 70 astetta navoille päin olevat alueet, joilla tietojen kattavuus on huono) saadaan noin 12 500 hilaruutua, joista kustakin on 12 aikasarjaa (yksi kullekin kalenterikuukaudelle) eli yhteensä noin 150 000 erillistä aikasarjaa.

Maailmanlaajuiset kunkin kuukauden lämpötilojen keskiarvot osoittavat lämpenemisen tapahtuneen kahdella eri ajanjaksolla: noin 1910-luvulta 1940-luvulle ja suurin osa lämpenemisestä 1970-luvulta nykypäivään. Lämpenemistrendi vaihtelee huomattavasti 131 vuoden aikana.

Kun kaikkien kuukausien ennätykset yhdistetään, useimmilla mantereilla lämpöennätysten määrä on yli kaksinkertaistunut 40 viime vuoden (1971-2010) aikana. Afrikassa, Amazoniassa, Etelä-Aasiassa ja Itä-Euroopassa ennätysten määrä on yli nelinkertaistunut. Pohjois-Amerikassa, Pohjois-Euraasiassa ja Australiassa kehitys on ollut maltillisempaa.

Euroopassa sekä läntisessä Pohjois-Amerikassa lämpöennätyksiä on syntynyt paljon enemmän kesäaikaan kuin talvella. Sen sijaan Keski-Euraasian alueella havaittiin vastoin odotuksia paljon talviajan lämpöennätyksiä. Muuten havaittu ja tietokonemallilla ennustettu lämpöennätysten kehittyminen maa-alueilla pitivät melko hyvin yhtä. Havaitut ennätykset kuitenkin keskittyivät ennustettua enemmän samoille alueille. Tämä on hyvin ymmärrettävää siksi, ettei malli ota huomioon paikallisia palautemekanismeja vaan perustuu taustalla tapahtuvaan pitkäaikaiseen lämpenemistrendiin.

Jos havaintoaineistossa on suurta vaihtelevuutta verrattuna trendiin, ilmastonmuutoksen vaikutus ennätysten lisääntymiseen on suhteellisen vähäinen. Siksi nykyinen lämpenemisnopeus on toistaiseksi lisännyt yksittäisten sääasemien päiväkohtaisia lämpöennätyksiä vain kohtalaisesti. Sitä vastoin hyvin vähän vaihtelevassa havaintoaineistossa, jollainen maapallon keskilämpötila on, melkein kaikki viimeaikaiset ennätykset johtuvat pitkäaikaisesta ilmaston lämpenemistä, koska vaihtelu on pientä verrattuna trendiin. Odotettavissa siis on huomattava kasvu kuukausittaisissa lämpöennätyksissä.

Lämpöennätyksistä 80 prosenttia ilmastonmuutoksen aiheuttamia

Jos ilmasto ei muuttuisi, vuosikymmenen aikana pitäisi havaita todennäköisyyslaskennan mukaan laskettuna keskimäärin yksi mittaushistorian kuumin kuukausi. Havaittu kuukausittaisten lämpöennätysten määrä viime vuosikymmenellä on kuitenkin noin viisi.

Viimeisimmän vuosikymmenen aikana erityisen paljon koko 131-vuotisen havaintohistorian lämpöennätyksiä on tehty tropiikissa, esimerkiksi Itä-Afrikassa, Intiassa ja Amazoniassa. Näillä alueilla on havaittu 12 kertaa niin paljon ennätyksiä kuin pitäisi laskennallisesti olla odotettavissa. Tämä tarkoittaa sitä, että vuoden aikana on keskimäärin yksi ennätyslämmin kuukausi. Myös Länsi-Euroopan kesäaikaan on havaittavissa vastaavanlainen ennätysten suuri lisääntyminen.

Todennäköisyys, että viimeisimmän vuosikymmenen ennätykset näillä alueilla johtuvat ilmastonmuutoksesta, on yli 90 prosenttia. Maailmanlaajuisesti vastaava todennäköisyys on noin 80 prosenttia ja useilla manneralueilla jopa enemmän. Tämä koskee sitä todennäköisyyttä, että ennätys on rikottu riippumatta siitä, kuinka paljon se on ylittynyt. Merkittäviä poikkeuksia ovat Yhdysvaltojen itäosat, Australia, Kaakkois-Aasia ja Argentiina, joissa todennäköisyydet vaihtelevat paikasta toiseen 10 ja 50 prosentin välillä.

Tutkimuksessa selvitettiin myös sitä, miten ennätysten määrä suhteessa odotettuun ennätysmäärään on vaihdellut ajan myötä. Näin tarkastellen paljastuu selvä ennätysten määrän kasvu viimeisimmän 50 vuoden aikana. Eniten ennätyksiä havaittiin vuosina 1998, 1983 ja 2010.

Havaitut ennätykset ja ennustemallit yhteneväisiä muutamin poikkeuksin

Kun todellinen havaittu lämpötilakehitys (GISS, globaali keskiarvo) syötettiin ennustemalliin, myös malli näytti lämpöennätysten määrän kasvavan jyrkästi 1970-luvun jälkeen johtuen maapallon nopeasta lämpenemisestä. Malli näytti kuukausittaisten lämpöennätysten määrän nousevan lopulta noin viiteen vuosikymmenessä, mikä pitää yhtä viimeisimmän vuosikymmenen havaintojen kanssa.

Havaittu lämpöennätysten määrä sopii hyvin yhteen mallin ennustamien tulosten kanssa lukuun ottamatta kolmea selvää poikkeusta: 1940-luku, 1980-luvun alkupuoli ja vuosi 1998. Kaksi viimeksi mainittua käy yhteen erityisen voimakkaiden El Niño –ajankohtien kanssa (1982/1983 ja 1998). Näinä ajankohtina lämpöennätyksiin onkin vaikuttanut ilmaston pitkäaikaisen lämpenemisen ja satunnaisen vaihtelun lisäksi El Niño.

Lämpöennätysten määrä on keskimäärin kasvanut viisinkertaiseksi verrattuna siihen, mikä olisi odotettavissa ilman ilmaston pitkäaikaista lämpenemistä. Ennätysmäärien kasvu on ollut erityisen jyrkkä viimeisimpien 40 vuoden aikana, jolloin maailmanlaajuiset kuukausittaiset keskilämpötilat ovat nousseet lähes lineaarisesti.

NAO, El Niño ja lumipeite vaikuttavat ilmastonmuutoksen lisäksi

Positiivisen NAO-indeksin vuosina esiintyy epänormaalin kylmiä meriveden pintalämpötiloja subtropiikissa ja Pohjois-Atlantin subpolaarisilla alueilla, kun taas keskileveyksillä on suhteellisen lämmintä. NAO-indeksi muuttui 1990-luvun suhteellisen pysyvästä positiivisesta vaiheesta negatiiviseksi 2000-luvulla. Tämä sykli aiheutti subtrooppisilla ja subpolaarisilla alueilla ylimääräistä lämpenemistä siirryttäessä 1990-luvulta 2000-luvulle ja vähensi lämpenemistä keskileveysasteilla.

El Niñon huippuvuosi 1998 johti ennätyksellisiin meren pintalämpötiloihin trooppisella itäisen Tyynenmeren alueella Perun rannikolla. Koska vuoden 1998 lämpötilat tällä alueella olivat niin äärimmäisiä, niitä ei ole ylitetty sen jälkeen. Tämä selittää sen, miksi havaittu ennätysten määrä tällä alueella oli viime vuosikymmenellä pienempi kuin mallin perusteella odotettavissa oleva määrä.

Monet talvella havaitut Euraasian ennätykset, jotka eivät ole ennustemallin mukaisia, voivat liittyä lumipeitteen vaihteluun. Nämä kolme esimerkkiä (NAO, El Niño, lumipeite) osoittavat mekanismien monimutkaisuutta joillakin alueilla sekä selittävät eroja havaintojen ja ennustemallin välillä.

Voiko yksittäisiä helleaaltoja yhdistää ilmastonmuutokseen?

Yksittäiset helleaallot liittyvät usein epälineaarisiin fysikaalisiin mekanismeihin, jotka eivät välttämättä ole yhteydessä pitkän aikavälin lämpötilatrendiin. Tällaisia prosesseja ovat El Niño, sulkukorkeapaineet ja maaperän kosteuteen liittyvät takaisinkytkennät. Yksittäisten helleaaltojen yhdistäminen ilmastonmuutokseen edellyttää siis perusteellista ymmärrystä taustalla vaikuttavista fysikaalisista tekijöistä, eikä se voi perustua pelkästään tilastollisiin tutkimuksiin.

Nämä epälineaariset prosessit kuitenkin esiintyvät yhdessä taustalla vaikuttavan hitaan mutta vakaan lämpenemisen kanssa. Siten luonnolliset mekanismit kuten El Niño voivat aiheuttaa helleaaltoja ja muita lämpöön liittyviä äärimmäisiä sääilmiöitä yhdessä taustalla vaikuttavan pitkäaikaisen lämpenemisen kanssa, jolloin syntyy uusia sääennätyksiä. Ilmastonmuutos vaikuttaa lisäämällä ylimääräistä lämpöä ääri-ilmiöihin, jotka muuten olisivat jääneet ennätyskynnysten alapuolelle.

Siksi voimakkaina El Niño -vuosina kuten 1998 esiintyy paljon enemmän ennätyksiä kuin olisi odotettavissa yksinomaan pitkän aikavälin lämpenemisen vaikutuksesta. Tällaiset epälineaariset mekanismit voivat myös aiheuttaa sään ääri-ilmiöiden keskittymistä tietyille alueille. Esimerkiksi sulkukorkeapaineen vallitessa maaperän kosteuteen liittyvät palautemekanismit voivat vahvistaa kyseisen alueen sään lämpenemistä. Näiden mekanismien vaikutus ei niinkään liity paikalliseen lämpenemistrendiin vaan maaperän kosteuspitoisuuteen, jolla puolestaan ei välttämättä ole mitään pitkän aikavälin trendiä, vaan joka riippuu lähinnä edellisten kuukausien sademääristä ja haihtumisesta. Tällaiset mekanismit voivat selittää sen, että todellisuudessa havaitut ennätykset keskittyvät ajallisesti ja alueellisesti enemmän kuin ennustemallissa.

Kesäaikaan syntyvät kuukausien lämpöennätykset voivat aiheuttaa pitkäaikaisia ja laajalti vaikuttavia helleaaltoja. Tutkimuksen tulosten mukaan tällaisten kesäkuukausien lämpöennätysten määrä on lisääntynyt voimakkaasti laajoilla manneralueilla, esimerkiksi osassa Eurooppaa, Afrikassa, Amazoniassa ja Etelä-Aasiassa. Tämä on sopusoinnussa aiempien tilastollisten tutkimusten kanssa, joissa on selvitetty helleaaltojen yleistymistä 1900-luvulla. Viimeaikaisissa yksittäisiin helleaaltoihin (Eurooppa 2003, Venäjä 2010) keskittyvissä tutkimuksissa ja mallinnuksissa on arvioitu, että ilmastonmuutos on lisännyt näiden helleaaltojen todennäköisyyden noin nelinkertaiseksi. Tämän uuden tutkimuksen tulokset ovat yhdenmukaisia näiden havaintojen kanssa. Samoin johtopäätökset vahvistavat viimeaikaisia mallinnuksia, joiden mukaan trooppisella alueella on odotettavissa erityisen paljon ennätyksellisiä kausilämpötiloja tulevalla vuosisadalla.

Kolmen vuosikymmenen kuluttua lämpöennätyksiä 12-kertainen määrä normaaliin verrattuna

Tulevaisuuden ennusteet pohjautuvat tutkimuksessa voimakkuudeltaan keskitasoa olevaan IPCC:n vuoden 2007 ilmastonmuutosskenaarioon RCP4.5, jonka mukaan maapallo lämpenee 0,7 astetta vuodesta 2011 vuoteen 2040.

Tutkimuksessa käytetyn ennustemallin mukaan kuukausittaisten lämpöennätysten määrä vuosikymmenessä nousee vuoteen 2040 mentäessä globaalisti yli kahteentoista, siis noin 12 kertaa niin yleiseksi kuin muuttumattomassa ilmastossa. Paikoitellen nousua tapahtuu enemmänkin. Lisäksi on huomattava, että 2040-luvulla ennätysten on oltava lämpimämpiä kuin 2020- ja 2030-luvun ennätykset, jotka puolestaan ovat jo nykyisiä ennätyksiä lämpimämpiä. Helleaallot siis tulevat olemaan entistäkin voimakkaampia.

Tämän tutkimuksen mukaan ilmastonmuutos on lisännyt kuukausittaisten ennätyslämpötilojen todennäköisyyden maailmanlaajuisesti keskimäärin viisinkertaiseksi. Tutkimuksen tilastollinen analyysi ei ota kantaa ilmastonmuutoksen syihin. Tutkijoiden mukaan on kuitenkin luotettavasti osoitettu, että ilmaston lämpeneminen 1900-luvun toisella puoliskolla johtuu ihmisestä.

Niinpä voidaan päätellä, että noin 80 prosenttia viimeaikaisista kuukausien lämpöennätyksistä olisi jäänyt saavuttamatta ilman ihmisen vaikutusta ilmastoon. Jos voimakkuudeltaan keskitasoa oleva tulevaisuuden lämpenemisskenaario toteutuu, yli 90 prosenttia kuukausien lämpöennätyksistä johtuu ihmisen vaikutuksista vuoteen 2040 mennessä.

Lähteet

Coumou, D., Robinson, A., Rahmstorf, S. (2013): Global increase in record-breaking monthly-mean temperatures. Climatic Change (online) [doi:10.1007/s10584-012-0668-1].

Potsdam Institute for Climate Impact Research (14.1.2013):  Global warming has increased monthly heat records by a factor of five (press release).

Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Google+ photo

Olet kommentoimassa Google+ -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s

%d bloggers like this: