Pilvien ja aerosolihiukkasten vuorovaikutuksen tutkimuksessa uusi edistysaskel

[Ilmatieteen laitoksen tiedote:]

Tietämys ilmakehän pienhiukkasista eli aerosoleista kasvaa vähitellen. Tuore tutkimus vastaa aerosolien ja pilvipisaroiden vuorovaikutusta koskevaan kysymykseen. Nature-lehdessä julkaistussa tutkimuksessa on pystytty osoittamaan, että pilvien tiivistymisytiminä toimivien aerosolien aiheuttama pintajännityksen aleneminen tehostaa pilvimuodostusta.

Kuva: Eija Vallinheimo.

Jotta globaalia ilmastonmuutosta voitaisiin selittää, täytyy ymmärtää aerosolihiukkasten vuorovaikutus pilvien kanssa nykyistä täsmällisemmin. Aerosolien vaikutus ilmastonmuutokseen on vielä nykyäänkin ilmastonmuutoksen suurin epävarmuustekijä. Toisin kuin kasvihuonekaasut, aerosolit viilentävät ilmastoa, mutta arvio niiden jäähdyttävästä vaikutuksesta on vieläkin melko epätarkka. Se tiedetään, että aerosolit muodostavat pilvipisaroita ja pilvet vaikuttavat ilmakehän säteilytasapainoon. Tutkijat ovat jo vuosia halunneet kiivaasti selvittää, mitkä tekijät vaikuttavat pilvipisaroiden muodostumiseen. Nyt Naturessa julkaistu tutkimus vie tutkimusta jälleen eteenpäin.

Jokainen pilvipisara pitää sisällään vähintään yhden aerosolihiukkasen eli ne tarvitsevat ns. tiivistymisytimen. ”Pääasiana on ollut selvittää, millaiset aerosolihiukkaset lopulta päätyvät pilvipisaroiksi ja millaiset eivät”, Laaksonen tiivistää. ”Veden korkea pintajännitys aiheuttaa osaltaan sen, että kovin pienet hiukkaset eivät yleensä ole tehokkaita tiivistysytimiä. Tilanne kuitenkin muuttuu, jos hiukkaset sisältävät riittävästi pintajännitystä alentavia aineita.”

Osa pienhiukkasista muita tehokkaampia pilviytimiä

Vuonna 1999 Naturessa julkaistussa artikkelissa havaittiin, että kun sumuvettä oli kerätty suuri määrä astiaan, veden sisältämät orgaaniset aineet alensivat pintajännitystä tehokkaasti, mistä pääteltiin pintajännityksen alenemisen vaikuttaneen myös sumupisaroiden muodostumiseen. Ilmatieteen laitoksen ja Itä-Suomen yliopiston professori Ari Laaksonen tutkimusryhmineen kuitenkin huomasi tuloksissa ajatusvirheen, jota artikkelin kirjoittaneet tutkijat eivät olleet ottaneet huomioon. ”Pintajännitystä alentavat aineet eli surfaktantit tietenkin vaikuttavat veden pinnalla. Jos laboratorioastiassa oleva vesi jaetaan pienenpieniksi pisaroiksi, kasvaa veden pinta-ala valtavasti. Tällöin orgaanisten aineiden pitoisuus vesipinnalla alenee niin paljon, että ne eivät enää välttämättä vaikutakaan pintajännitykseen kovin paljon”, Laaksonen kertoo. ”Teoreettiset laskelmat kuitenkin kertoivat, että eräänlaiset super-surfaktantit voisivat vaikuttaa pilvipisaroiden muodostumiseen. Tällaisia aineita ei ilmakehän hiukkasista ole kuitenkaan tähän mennessä löydetty”.

Nyt julkaistussa tutkimuksessa löydettiin Pohjois-Atlantilla tehdyissä mittauksissa pienhiukkasia, jotka olivat erittäin tehokkaita pilviytimiä. Hiukkaset koostuivat sulfaatista ja orgaanisista aineista, eikä niiden vaikutusta pilvenmuodostukseen kyetty selittämään muuten kuin pintajännityksen alenemisella. Vaikka hiukkasten sisältämiä orgaanisia molekyyleja ei kyetty tunnistamaan tarkasti, saatiin mittauksista riittävästi informaatiota ilmiön mallintamiseen. Näin saatiin selvitettyä, että pisaroiden faasiseparaation takia pisara jakautuu kahteen osaan, jolloin ainoastaan pisaran pinnalla on orgaanisia aineita. Tämä alentaa pintajännitystä riittävästi, minkä seurauksena tiivistymisydin kasvaa helpommin pilvipisaraksi. ”Näin on voitu vahvistaa, että joissakin tapauksessa pintajännityksen aleneminen auttaa hiukkasia tulemaan pilvipisaroiksi. Pilvipisaroita voi tällöin syntyä jopa moninkertaisesti ilmastomallien nykytietoihin verrattuna. Seuraavaksi aletaan selvittää löydetäänkö tämä ilmiö eri puolilta maailmaa ja miten nämä uudet tiedot vaikuttavat ilmastonmuutoksen mallinnukseen”, Laaksonen toteaa.

Lisätietoja:

Tutkimusprofessori Ari Laaksonen, puh. 040 513 7900, ari.laaksonen@fmi.fi

https://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature22806.html

Surface tension prevails over solute effect in organic-influenced cloud droplet activation
Jurgita Ovadnevaite, Andreas Zuend, Ari Laaksonen, Kevin J. Sanchez, Greg Roberts, Darius Ceburnis, Stefano Decesari, Matteo Rinaldi, Natasha Hodas, Maria Cristina Facchini, John H. Seinfeld & Colin O’ Dowd Nature (2017) doi:10.1038/nature22806

Metaanipitoisuudet kääntyneet jälleen nousuun

[Ilmatieteen laitoksen tiedote:]

Ilmakehän metaanipitoisuuden nousu tasoittui vuosina 1999–2006, mutta pitoisuudet ovat alkaneet jälleen nousta. Tasoittumisen ja sen jälkeisen nousun syy on vielä epäselvä, ja siksi on tärkeää tutkia metaanitaseiden kehitystä.

Kuva: Johanna Ekman.

Metaani (CH4) on merkittävä kasvihuonekaasu, jonka pitoisuus ilmakehässä on noussut noin 2,5- kertaiseksi esiteolliseen aikaan verrattuna. Globaalin metaanitaseen kehitystä on arvioitu Ilmatieteen laitoksen kehittämällä CarbonTracker Europe-CH4 (CTE-CH4) -inversiomallilla, jossa ilmakehän metaanipitoisuushavaintoja käytetään määrittämään metaanipäästöjen suuruutta.

Tuoreiden tutkimustulosten mukaan vuosina 2000–2012 metaaniemissiot vaihtelivat vuodesta toiseen, mutta vuosien 2007–2012 päästö oli vuosittain keskimäärin 18 teragrammaa suurempi kuin vuosien 2000–2006 päästö. Metaania pääsi ilmakehään keskimäärin 516 ±51 teragrammaa vuodessa. Arvioitu nousu päästöissä sai aikaan ilmakehässä havaitun pitoisuuksien kasvun vuoden 2007 jälkeen.

Suurimmat nousut emissioissa vuoden 2007 jälkeen löytyivät Etelä-Amerikan ja Aasian lauhkealta vyöhykkeeltä ja Aasian trooppiselta vyöhykkeeltä. Pohjois-Amerikasta ja Euroopasta ei löytynyt vastaavia suuria lisäyksiä.

Pohjoisten alueiden päästöt vaihtelevat suuresti vuodesta toiseen

Ilmatieteen laitos on ollut mukana inversiomallinnukseen perustuvassa työssä selvittämässä pohjoisten alueiden (>50˚N) metaaniemissioita. Tutkimus tarkentaa edellä mainittuun globaalin tutkimuksen tietoja. Emissiot arvioitiin vuosille 2005–2013. Metaaniemissiot pohjoisilta alueilta olivat noin 15 % maailmanlaajuisista kokonaisemissioista. Suurimmat päästöt Pohjois-Amerikan mantereen pohjoisosista olivat peräisin Hudson Bayn alankoalueelta ja Albertan provinssista, ja ne olivat usein suurempia kuin alkuarviot. Euraasian emissiot olivat myös suurempia kuin alkuarvio, erityisesti Länsi-Siperian alankoalueella.

Pohjoisten alueiden emissiot vaihtelivat suuresti vuodesta toiseen. Maan lämpötilan ja kosteuden vuosittaisilla vaihteluilla on vaikutusta suoalueiden emissioihin, ja metaaniemissioiden keskimääräinen kasvu yhdeksän vuoden tutkimusjakson aikana Pohjois-Amerikassa ja erityisesti Hudson Bayn alankoalueella näyttäisi olevan yhteydessä maan lämpötilan nousuun. Euraasiassa ja erityisesti Venäjällä ihmisten aiheuttamien emissioiden kasvu todennäköisesti tuo osansa metaaniemissioiden kasvuun tutkimusjakson aikana.

Päästöjä arvioidaan inversiomalleilla, joissa käytetään ilmakehän metaanipitoisuushavaintoja yhdessä kuljetusmallin kanssa määrittämään metaaniemissioiden suuruutta maapallon eri alueilla. Menetelmää voidaan käyttää myös virallisten kasvihuonekaasuinventaarioiden verifiointiin.

Globaalin metaanitaseen kehitystä arvioitiin CarbonTracker Europe-CH4 -inversiomallilla ja pohjoisten alueiden emissioita FLEXINVERT-inversiomallilla. CTE-CH4 on kehitetty Ilmatieteen laitoksella NOAA:ssa ja Wageningenin yliopistolla kehitetyn CarbonTracker-mallin hiilidioksidi-version perusteella. CTE-CH4 arvioi erikseen luonnon ja ihmisen aiheuttamien metaaniemissioiden suuruutta, ja sitä pakotetaan globaaleilla ilmakehän metaanipitoisuushavainnoilla. Tulosten luotettavuus tarkistettiin mm. mallista riippumattomilla globaaleilla satelliittimittauksilla ja lentokoneista tehdyillä profiilimittauksilla. Mallin tuottamat pitoisuusarvot sopivat hyvin mittausten kanssa yhteen.

Lisätietoja:

Tutkija Aki Tsuruta, puh. 050 442 7775, aki.tsuruta@fmi.fi

Ryhmäpäällikkö Tuula Aalto, puh. 029 539 5406, tuula.aalto@fmi.fi

Yläilmakehän mittaukset saamassa enemmän huomiota ilmastotutkimuksessa

[Ilmatieteen laitoksen tiedote:]

Viime aikoina on ilmastotutkimuksessa yhä enemmän kiinnitetty huomiota yläilmakehän prosesseihin.

Kuva: Rigel Kivi.

Tutkijat ovat huomanneet, että maanpinnalla tapahtuvien muutosten ymmärtämiseksi tulisi tutkimukseen sisällyttää myös ns. yläilmakehän takaisinkytkentäprosesseja. Yksi esimerkki on stratosfäärin vesihöyry. ”Ilmatieteen laitoksella on tutkittu stratosfäärin vesihöyryn pitkäaikaisia vaihteluita käyttäen satelliitti- ja luotaushavaintoja, sekä säämalleja”, kertoo erikoistutkija Rigel Kivi. Suomessa tehdyssä tutkimuksessa on havaittu, että stratosfäärin vesihöyryn pitkäaikainen lisääntyminen on myös lisäännyt stratosfäärin pilvien muodustumista, joka puolestaan voi kiihdyttää stratosfäärin otsonikatoa.

Yläilmakehän prosessien ymmärtäminen edellyttää tarkkoja havaintoja. Riittävän tarkkuuskynnyksen ylittäviä havaintoja tehdään tänään noin 25 ns. referenssiasemalla eri puolella maapalloa. Referenssiasemien verkosto on saanut alkuunsa noin 10 vuotta sitten. Suomessa referenssiasemien verkostoon osallistuu Ilmatieteen laitos ja Sodankylän mittausasema. Ilmatieteen laitos on osallistunut verkoston perustamisesta alkaen. Sodankylässä sijaitsevalla asemalla tehdään ilmakehän referenssimittauksia sekä in situ- että kaukokartoitusmenetelmillä. Esimerkiksi yläilmakehän vesihöyryn tarkkoja in situ -mittauksia on Sodankylässä tehty jo vuodesta 1996 alkaen.

Referenssiasemien kansainvälisen verkoston työ on laajentumassa ja on odotettavissa uusien korkeatasoisten asemien liittymistä verkostoon. Verkosto on tunnettu nimellä Global Climate Observing System (GCOS) Reference Upper-Air Network (GRUAN).

GRUAN-verkoston yhdeksäs vuosikokous järjestetään 12.-16.6.2017 Ilmatieteen laitoksella Helsingissä. Kokouksen teemana on yläilmakehän mittaukset ja erityisesti ilmastonmuutos arktisilla alueilla. Kokoukseen osallistuu ilmakehätutkimuksen huippuasiantuntijoita mm. USA:sta ja EU-maista, Japanista, Kiinasta, Kuubasta, Uudesta-Seelannista ja Venäjältä.

Lisätietoja:

Erikoistutkija Rigel Kivi, puh. 029 539 2728, rigel.kivi@fmi.fi

Tutkimusprofessori Jouni Pulliainen, puh. 029 539 4701, jouni.pulliainen@fmi.fi

Professori Peter Thorne, Co-Chair, GCOS Working Group on the GCOS Reference Upper Air Network

Ilmastonmuutoksen ekologiset ja taloudelliset vaikutukset -luento

Pidin Ilmastotiedon edustajana esitelmän Tieteen Ystävien Seuran (ry) pyynnöstä 30.5.2017 aiheesta ilmastonmuutoksen ekologiset ja taloudelliset vaikutukset sekä niihin varautuminen Metsätalolla, Helsingin Unioninkadulla.

Esityksen kalvot voi ladata täältä: TYS_Luentokalvot 30.5.2017

Kasvihuonekaasujen mittaus avaruudesta kuuma aihe juuri nyt – alan huippututkijat kokoontuvat ensimmäistä kertaa Helsingissä

[Ilmatieteen laitoksen tiedote:]

Satelliittien tuottamilla mittauksilla on mahdollista todentaa tulevaisuudessa yhä paremmin, kuinka valtiollisesti sovitut kasvihuonekaasujen päästövähennykset toteutuvat.

Ilmakehän kasvihuonekaasuja mitataan yhä enemmän satelliiteilla. Tavoitteena on, että tulevaisuudessa satelliittien tuottamaa tietoa voitaisiin käyttää myös ilmastosopimusten tekemisessä ja valvomisessa. Ensimmäiset askelet tähän suuntaan on juuri otettu: suurkaupunkien hiilidioksidipäästöjä on Ilmatieteen laitoksen tutkimuksessa pystytty havaitsemaan avaruudesta käsin. Haasteita satelliittimittauksissa kuitenkin riittää, erityisesti arktisella alueella.

Satelliiteilla havaintoja myös arktisilta alueilta

Ilmatieteen laitoksen professori Johanna Tamminen korostaa satelliittien merkitystä globaaleissa havainnoissa. ”Esimerkiksi arktisella alueella on laajalti maastoa, josta ei ole saatavilla maanpintamittauksia. Kuitenkin juuri arktiseen alueeseen liittyy tärkeitä kysymyksiä erityisesti metaanin lähteistä. Arktinen alue on haastava nykyisille satelliiteillekin pitkän valottoman ajan takia, ja mittausten tulkitsemiseksi tarvitaan tieteellistä yhteistyötä”. Tamminen lisäksi muistuttaa, että satelliiteilla on mahdollista havaita myös raportoimattomia kasvihuonekaasupäästöjä. Satelliittien mittaustarkkuus kehittyy jatkuvasti, mutta kehitystyö vaatii vahvaa kansainvälistä yhteistyötä. Tarkkuus ja satelliittien lähitulevaisuus ovatkin keskeisinä teemoina esillä Ilmatieteen laitoksen järjestämässä kokouksessa, joka kerää alan huippututkijat Helsinkiin.

Ilmatieteen laitos järjestää 6.–8.6. kansainvälisen kokouksen kasvihuonekaasujen satelliittimittauksista. Kokoukseen osallistuu yli 160 tutkijaa mm. Euroopan avaruusjärjestö ESA:sta, Yhdysvaltain Nasasta, sekä Japanin ja Kiinan avaruusjärjestöistä. Kokous on myös yksi Ilmatieteen laitoksen järjestämistä tapahtumista liittyen Suomen Arktisen neuvoston puheenjohtajuuskauteen. Vuosittainen kokous järjestetään nyt 13. kertaa, mutta ensimmäistä kertaa Suomessa. Tiedekokous on osa Suomi 100 –juhlavuoden ohjelmaa.

Lisätietoja:

Professori Johanna Tamminen, puh. 040 737 8733, johanna.tamminen@fmi.fi

Tutkijatohtori Hannakaisa Lindqvist, puh. 040 725 5651, hannakaisa.lindqvist@fmi.fi

Tohtori Iolanda Ialongo, puh. 0440112140, iolanda.ialongo@fmi.fi

Kokouksen verkkosivut: http://iwggms13.fmi.fi/

http://ilmatieteenlaitos.fi/ilmakehan-kaukokartoitus

Ilmatieteen laitos kerää palautetta ilmastonmuutosaineistojen käytettävyydestä

[Ilmatieteen laitoksen tiedote:]

Oletko joskus tarvinnut tietoa ilmastonmuutoksesta? Oletko käyttänyt tai yrittänyt käyttää ilmastoskenaarioaineistoja? Ilmatieteen laitoksen koordinoima EU-hanke selvittää mm. sitä, miten ilmastoskenaariodata tulisi tuoda kaikkien käyttöön mahdollisimman helpolla ja sopivalla tavalla käyttötarkoituksen mukaan. Osallistumalla kyselyyn, voit sanoa painavan sanan ja toivoa parannusta ilmastoskenaarioaineistojen saatavuuteen.

Kuva: Tommi Mäkelä.

Linkki kyselyyn: https://www.esurveycreator.com/s/DECM

Ilmastoskenaariot kuvaavat erilaisia tutkijoiden tekemiä vaihtoehtoisia kehitysnäkymiä tulevaisuuden ilmastosta. Tulevaisuuden Euroopassa ilmastoskenaariodatat ovat vapaasti kenen tahansa saatavilla. Tämän mahdollistaa EU:n Copernicus ilmastonmuutos -palvelu. Erilaisten havaintoaineistojen lisäksi palvelusta voi ladata myös ilmastomallien skenaariodatoja. Ilmatieteen laitoksen koordinoimassa Copernicus-palvelun osahankkeessa tuotetaan tietoa siitä, miten nämä ilmastoskenaariodatat saadaan mahdollisimman helppokäyttöisiksi, mutta toisaalta tuodaan selvästi esille niiden rajoitukset ja epävarmuudet.

Ilmastomallikeskuksia, joissa ilmastoennusteita tuotetaan, on kymmeniä ympäri maailmaa. Kaikki nämä tuottavat hieman erilaisen kuvan tulevaisuuden ilmastosta riippuen alueesta ja sääsuureesta.

”Jokin malli ei välttämättä kuvaa läheskään oikein Suomen havaittua ilmastoa, joten voi kysyä, kuinka luotettavasti kyseinen malli ennustaa maamme tulevaa ilmastoa”, toteaa dosentti Kirsti Jylhä Ilmatieteen laitokselta. ”Kuitenkin tämä samainen malli voi olla varsin hyvä jollakin toisella alueella”.

”Luotettavin ennuste tulevaisuuteen saadaan useiden mallien keskiarvona, ja mallijoukosta pitäisi voida karsia pois sellaiset, jotka eivät sovellu kyseiselle käyttäjälle. Hankkeessa tuotamme mahdollisimman käyttäjäystävälliset, mutta vahvasti tieteeseen pohjautuvat menetelmät mallien valintaan kunkin eri käyttäjäryhmän tarpeita varten”, Jylhä summaa.

Parhaillaan hankkeessa kerätään tietoja käyttäjien tarpeista ja vaatimuksista. Voit käydä vastaamassa kyselyyn alla olevasta linkistä (kysely on englannin kielinen ja yhteinen koko Euroopassa): https://www.esurveycreator.com/s/DECM

Hankkeessa ovat mukana myös Helsingin yliopisto ja Tieteellisen laskennan keskus CSC sekä viisi muuta eurooppalaista tutkimuslaitosta. Hanketta johtaa yksikönpäällikkö Hilppa Gregow Ilmatieteen laitokselta.

Lisätietoja:

Erikoistutkija Kirsti Jylhä, puh. 050 4336 554, kirsti.jylha@fmi.fi

Ryhmäpäällikkö Antti Mäkelä, puh.050 3011 988, antti.makela@fmi.fi

Yksikönpäällikkö Hilppa Gregow, puh. 050 598 6881 hilppa.gregow@fmi.fi (lomalla ja matkoilla 15.6.2017 asti)

http://www.copernicus.eu/

http://decm.climate.copernicus.eu/

Toukokuu oli kolea, kuiva ja ukkoseton

[Ilmatieteen laitoksen tiedote:]

Edellisen kerran yhtä kolea toukokuu oli maan etelä- ja keskiosassa vuonna 1999 ja maan pohjoisosassa vuonna 1968.

Kuva: Eija Vallinheimo.

Ilmatieteen laitoksen tilastojen mukaan toukokuu oli koko maassa 1–3 astetta tavanomaista viileämpi. Erityisesti Pohjois-Pohjanmaalla sekä Kainuussa kuukausi oli poikkeuksellisen kolea eli vastaava toistuu keskimäärin muutamia kertoja sadassa vuodessa.

Kuukauden ylin lämpötila ja samalla ainoa hellepäivä mitattiin 19. päivänä, jolloin Hämeenlinnan Evolla lämpötila kohosi 27,0 asteeseen. Kuukauden alin lämpötila oli 16. toukokuuta Suomussalmen Pesiössä mitattu -13,1 astetta.

Harvinaisen kuivaa suuressa osassa maata

Lapissa toukokuun sademäärä oli 10–20 mm luokkaa, mikä on harvinaisen tai poikkeuksellisen vähän eli siellä vastaava toistuu keskimäärin 10–30 vuoden välein. Vähiten satoi Inarin Angelissa havaintoasemalla 5,6 mm.

Tavanomaiseen sademäärään yllettiin ainoastaan Pohjois-Pohjanmaalla ja Kainuussa noin 40 mm sadekertymällä. Eniten satoi Kuhmon Kalliojoella 60,4 mm.

Maan eteläosassa toukokuu oli pitkään erittäin kuiva ja metsäpalovaroitus oli voimassa lähes koko kuukauden, mutta viimeisinä päivinä tulleet sateet muuttivat kuukausitilastot lähemmäksi pitkän ajan keskiarvoja.

Maasalamoita paikannettiin Suomessa vain 239 kpl, mikä on kolmanneksi vähiten viimeisten noin 60 vuoden aikana.

Kevät oli hieman tavanomaista kylmempi

Kevätkuukausista maaliskuu oli tavanomaista lämpimämpi, mutta huhti- ja toukokuu puolestaan keskimääräistä kylmempiä. Kevät oli tavanomaista kylmempi maan pohjoisosassa, jossa lämpötilapoikkeama vaihteli 0,5 ja 1 asteen välillä. Etelässä sen sijaan kevät oli kuitenkin keskilämpötilan osalta melko tavanomainen.

Kevät oli tavanomaista sateisempi Pohjanmaan maakunnissa sekä Kainuussa. Muualla maassa sademäärät jäivät jopa harvinaisen pieniksi eli ne toistuvat keskimäärin kerran 10 vuodessa.

Lisätietoja:

Säätilastoja Ilmastopalvelusta puh. 0600 1 0601 (4,01 e/min + pvm)
Sääennusteet palvelevalta meteorologilta 24 h/vrk puh. 0600 1 0600 (4,01 e/min + pvm)

Toukokuun säätilastot: http://ilmatieteenlaitos.fi/toukokuu

Ilmastokatsaus-verkkolehti: http://www.ilmastokatsaus.fi/