Tim Palmerille Euroopan Meteorologisen seuran tunnustus

Sää ja ilmasto ovat järjestelmiä, joissa pienet muutokset alkutilassa voivat kasvaa ajan myötä nopeasti suuriksi. Näiden ennustamisessa on suurta hyötyä todennäköisyyspohjaisista menetelmistä. Oxfordin yliopiston professorille, Tim Palmerille, on myönnetty Euroopan meteorologisen seuran tunnustuspalkinto hänen tekemästä merkittävästä elämäntyöstään. Hänen tutkimusalanaan on sään ja ilmaston ennustettavuus.

Professori Tim Palmer on tutkinut ennustettavuutta, kuva European Meteorological Society.

Tim Palmer on laajasti tunnettu alallaan aktiivisena ja lahjakkaana tutkijana. Hänen tutkimuskohteensa ovat hyvin monialaisia, mutta eritoten ne liittyvät ilmastojärjestelmän dynamiikkaan, sekä sään ja ilmaston ennustettavuuteen. Hänen tutkimuksillaan on ollut oleellisen tärkeä osa näiden tieteenalojen nykytietämyksen muodostuksessa. Hän on tutkinut sekä teoreettisia että käytännön kysymyksiä. Teoreettisella puolella hän on erityisen kiinnostunut ilmastojärjestelmän epälineaarisesta käyttäytymisestä, liittyen esim. eri ajallisen ja paikallisen skaalan prosessien keskinäiseen vuorovaikutukseen. Tämän johdosta hän on yrittänyt lähestyä ilmaston ennustamista uudelleen todennäköisyyspohjaisten menetelmien kautta.

Hänen sään ja ilmaston ennustettavuuteen sekä parviennusteiden käyttöön liittyvät ansiokkaat tutkimuksensa ovat vaikuttaneet lukuisten uusien, päivittäisessä käytössä olevien sääpalvelutuotteiden käyttöönottoon ympäri Eurooppaa. Näiden tuotteiden avulla voidaan antaa esim. säähän liittyviä varoituksia, jotka voivat pelastaa ihmishenkiä ja suojella omaisuutta sen tuhoutumiselta. Tim Palmerilla on ollut tärkeä osa myös näiden tuotteiden kehityksessä. Harvalla henkilöllä on ollut niin suora vaikutus sääpalvelualaan ja sen kykyyn tarjota merkittäviä parannuksia kansalaisten saatavilla oleviin sääennusteisiin.

Paitsi tutkimuksellisista ansioistaan, Tim Palmer on tunnettu myös hänen työpanoksestaan tiedeviestintään liittyvissä asioissa. Hänellä on poikkeuksellinen kyky selittää sään ja ilmaston ennustettavuuteen liittyviä monimutkaisia ​​käsitteitä maallikoille ymmärrettävällä tavalla. Henkilökohtaisten tutkimustensa lisäksi Tim Palmerin varhainen työ Euroopan unionin 4. puiteohjelman PROVOST-hankkeen (Ilmaston vaihteluiden ennustaminen vuodenaikaisskaalassa) ja 5. puiteohjelman DEMETER-hankkeen (Eurooppalaisen vuodenaikaisskaalaan soveltuvan monimalli-parviennustejärjestelmän kehittäminen) koordinaattorina on johtanut näiden asioiden parissa työskentelevien tutkijoiden yhteisön kehittymiseen.

Tim Palmer: ”Tämän palkinnon saaminen on minulle suuri kunnia, varsinkin kun monet kollegani ovat Euroopan Meteorologisen seuran jäseniä. Itse haluan antaa tunnustusta monille näille kollegoille, jotka ovat myötävaikuttaneet vuosien varrella myös omaan tutkimukseeni – En olisi saanut tätä palkintoa ilman heidän apuaan. Meteorologiassa – kenties enemmän kuin monissa muissa tieteissä – hyödymme valtavasti eurooppalaisten yksilöiden ja laitosten tekemästä yhteistyöstä. Mielestäni vain tällaisen yhteistyön kautta voimme vastata keskeiseen haasteeseen, eli tarjota luotettavia sää- ja ilmastoennusteita yhteiskunnalle useissa eri aikaskaaloissa.”

Lisätietoja aiheesta

Tim Palmerin luento vuodelta 2010: Mitä seuraavaksi ilmastotieteessä?

Artikkeli vuodelta 2011: Epävarmuus sään ja ilmaston ennustettavuudessa

Pieneen kokoluokkaan liittyvän meteorologian merkittäviä kehitysaskeleita 1900-luvulla

Tämän tekstin alkuosa kuvaa lyhyesti meteorologiaan liittyvää kehitystä 1960-luvulle asti, loppuosa keskittyy kuvailemaan joitakin tärkeimmistä sovelletun meteorologian tutkimuskohteista 1900-luvun loppupuolella lähinnä Mike Smithin ”Warnings” -kirjan pohjalta.

Skemaattinen kuva syöksyvirtauksesta, kuva: U.S. Federal Aviation Administration, Wikimedia Commons

Useita meteorologian suuria keksintöjä on tehty 1900-luvulla ja sen loppupuolella. Erityisesti toinen maailmansota oli tapahtuma, jolloin myös meteorologia kehittyi tieteenalana hyvin nopeasti. Suurta kehitystä tapahtui mm. tutkatekniikassa ja säähavaintoverkoston kattavuudessa. Ilmakehän luotauksia tehtiin systemaattisesti ilmavoimien ja tykistön tarpeisiin, sekä synoptiikka (löyhästi määriteltynä suursäätilan ennustaminen) kehittyi parempien säähavaintojen myötä. Näistä esimerkkeinä löytyy suuri määrä vieläkin digitoimattomia luotauksia paperimuodossa (esim. Old Weather ja Data Rescue at home). Mikäli näitä luotauksia saataisiin digitoitua, tarjoaisivat ne paljon arvokasta tietoa ilmastotutkimuksen tarpeisiin (esim. uusanalyysi vuodesta 1871 lähtien NOAA:n sivuilla). Pintahavaintoja tehtiin kuitenkin jo 1940-luvulla melko kattavasti, sillä säätiedon sovellukset olivat ilmeisiä. Esimerkiksi, sääennusteilla oli aivan tavattoman suuri merkitys sille, että liittoutuneiden tekemä Normandian maihinnousu 6.6.1944 onnistui (analyysi Euroopan keskipitkien sääennustusten keskuksen sivuilla)

Vaikka analyyttista pohjaa oli jo olemassa aiemmalta ajalta, ensimmäiset ilmakehämalleilla tehdyt numeeriset sääennustukset tehtiin kuitenkin vasta sotien jälkeen 1950-luvulla. Tietotekniikan laskentakapasiteetti oli kuitenkin vielä niin vaatimatonta, että sääennustukset eivät pysyneet reaaliajassa. Toisin sanoen 24 tunnin sääennustuksen laskemiseen meni aikaa 24 tuntia, joka teki ennusteesta hyödyttömän käytännön tarkoituksiin. Lisäksi pian tämän jälkeen ymmärrettiin alkuarvo-ongelma, eli pienenkin virheen kasvaminen nopeasti ilmakehämallissa ennustusjakson pituuden kasvaessa. Tämän vuoksi sääennustusmalleilla ei voida koskaan simuloida säätä tarkasti rajattoman pitkän ajan päähän pelkästään siitä syystä, että ilmakehän tilaa ei voida minään ajanhetkenä tietää aivan tarkalleen.

Sääennusteet ovat nykyihmiselle hyvin arkipäiväisiä asioita, mutta kuinka moni tulee ajatelleeksi niiden tavattoman moninaisia yhteiskunnallisia merkityksiä, puhumattakaan niiden rahallisesta arvosta? Tultaessa 1900-luvun puolivälin tienoilta nykypäivään, sääpalvelun yhteiskunnalliset sovellukset ovat lisääntyneet huimasti. Tämä johtuu useista syistä: tekniikka on kehittynyt, moni toiminta on entistä sääherkempää, mutta toisaalta myös kulttuuri ja toimintatavat ovat muuttuneet. Esimerkkinä tästä Mike Smithin kirjassa kuvaillaan Yhdysvaltojen tornadovaroituksia: Amerikassa kaikki on suurempaa, niin myös tornadot (tai trombit suomalaisittain, kyse on samasta ilmiöstä). Niitä on myös esiintynyt kautta historian, mutta tornadovaroitusjärjestelmä on ollut kuitenkin olemassa vasta muutamia kymmeniä vuosia. Miksi? Tämä liittyy osaltaan toimintakulttuuriin: Vielä 1970-luvulle asti ajateltiin, että on parempi olla kokonaan varoittamatta tornadoista, kuin antaa niistä minkäänlaisia varoituksia. Riski mennä pieleen riippuu voimakkaasti käytettävästä teknologiasta, mutta jos varoituksia ei anneta lainkaan, ovat vahingot tällöin huomattavasti suurempia tornadon sattuessa kohdalle. Valtion sääpalvelussa ajateltiin, että väärien hälytysten aiheuttama paniikki olisi suurempi riski kuin tornadojen tappamat ja vammauttamat ihmiset.

Ensimmäisen onnistuneen uraauurtavan tornadovaroituksen tekivät Yhdysvaltain ilmavoimien Ernest J. Fawbush ja Robert C. Miller 25.3.1948 (linkki artikkeliin). He vaaransivat koko uransa antamalla kaikkia vallitsevia käytäntöjä vastaan sääennusteen, joka sisälsi mahdollisuuden tornadoista. Ennusteen laatijoilla oli paljon myös onnea, sillä ennuste osui aivan nappiin: Viisi päivää aiemmin, 20.3.1948 Tinkerin ilmavoimien tukikohtaan Oklahoman osavaltiossa keskilännessä oli iskeytynyt tornado, joka aiheutti valtavaa aineellista tuhoa. Kuitenkin, 25.3.1948 säätilanne vaikutti täysin samanlaiselta ja samalla alueella oli jälleen huomattavan suuri riski tornadojen synnylle. Tästä johtuen, hetken miettimisen jälkeen, alueelle annettiin tornadovaroitus. Illalla ennusteen antamisen jälkeen alueelle syntyikin tornado, joka kulki lähes samaa reittiä tukikohdan läpi kuin viisi päivää aiemmin ollut edeltäjänsä! Jälleen kerran tukikohdassa aiheutui miljoonien dollareiden vahingot. Mahdollisuus tällaisen tapahtuman syntymiselle on aivan mitättömän pieni, mikä tekee tästä ensimmäisestä (onnistuneesta) tornadovaroituksesta erityisen mielenkiintoisen! Ensimmäiset julkiset tornadovaroitukset annettiin kaupallisen TV-kanavan kautta vuonna 1952, eikä niillä ollut kansallisen sääpalvelun kanssa vielä mitään tekemistä. Kaikki muuttui vuonna 1953, kun kolmen tornadon sarja tappoi Amerikassa yli 300 ihmistä ja haavoitti lähes 3000:a touko-kesäkuussa. Myös kansallinen sääpalvelu alkoi vähitellen muuttaa toimintatapaansa.

Tutkatekniikan kehittyminen oli yhtä lailla hidasta. Nykypäivänä käytetyistä värikoodatuista tutkakuvista (esim. Ilmatieteen laitoksen testbed-sivusto) ei ollut tietoakaan ennen 1970-lukua (linkki). Karttapohjia ei ollut, eikä tutkakuvia voitu myöskään jakaa laajasti yleisölle analogisen teknologian vuoksi. Kirjassa on hauska tarina, miten käytäntö nykypäivänä käytetystä väriskaalasta on syntynyt vuonna 1976, kun TSC-yhtiö kehitti ensimmäisen kaupallisen värikoodatun tutkan: Talvella on usein säätilanteita, jolloin lunta sataa heikosti ja myös tutkakaiut ovat heikkoja -> lumi on kylmää, heikot tutkakaiut ovat sinisiä. Hieman intensiivisempi sade kesäaikaan tekee hyvää kasveille -> tutkakaiut ovat vihreitä. Voimakkaampi sade voi aiheuttaa tulvimista ja vaatii varovaisuutta -> tutkakaiut ovat keltaisia. Erittäin voimakkaat kaiut ovat punaisia tai valkoisia -> ne ovat vaarallisia, rakeet ovat valkoisia. Tällainen käytäntö voi tuntua hyvin ilmeiseltä nykyään, mutta 1970-luvulla se jouduttiin keksimään tyhjästä. Vuoteen 1973 mennessä oli onnistuttu myös kehittämään jonkinlainen versio Doppler-tutkasta. Tällöin sitä pystyttiin käyttämään todellisen, mielenkiintoisen säätilanteen seuraamiseen kun tornadosta saatiin havaintoja. Kuitenkin, laajamittainen käyttöönotto oli hidasta ja vasta 1990-luvulla Amerikkaan saatiin luotua kattava Doppler-tutkaverkosto. Doppler-tutka mittaa tutkakaikujen lisäksi myös tuulen nopeutta ja suuntaa, mikä auttaa meteorologia muodostamaan huomattavasti kattavamman kuvan pieniskaalaisista sääilmiöistä ja niiden rakenteista.

Meteorologia on aina ollut oleellisen tärkeää myös lentoliikenteelle. Eräs suurimmista läpimurroista liittyy syöksyvirtausten tunnistamiseen ja kun ne saatiin mukaan lentoliikenteelle annettaviin varoituksiin. 1977 Ted Fujita julkaisi artikkelin aiemmin tuntemattomasta meteorologisesta ilmiöstä, syöksyvirtauksesta. Kuten usein tieteessä, myös syöksyvirtausten laajamittaiseen tunnustamiseen meni huomattavan kauan aikaa, sillä havaintoja niistä oli hankalaa tehdä niiden pienen mittakaavan vuoksi. Kuitenkin, lentoliikenteessa syöksyvirtauksista aiheutuneita onnettomuuksia oli tapahtunut useita, kuten kuuluisa vuonna 1985 tapahtunut Delta 191:n onnettomuus, jossa kuoli 134 ihmistä (linkki). Tapausta selvitettiin hyvin intensiivisesti sekä oikeudessa että tutkimuslaitoksissa, koska lentokone oli kapteenin johdolla perämiesten varoituksista huolimatta jatkanut laskeutumistaan, vaikka kiitotien yllä oli voimakas ukkospilvi. Ukkospilven läheisyydessä lentokone oli äkillisesti menettänyt nostevoimansa ja osunut maahan (sekä tämän jälkeen yhteen liikkuvaan autoon, mikä vuoksi lentokone pyörähti ympäri ja tuhoutui pahoin) jo paljon ennen kiitotietä. Tarkemmat (mm. Fujitan tutkimusryhmä) tutkimukset osoittivat, että onnettomuus aiheutui ”erittäin voimakkaasta pienen mittakaavan tuuliväänteestä”, joka osoittautui voimakkaan ukkospilven aiheuttamaksi syöksyvirtaukseksi. Fujitan teoria syöksyvirtauksista hyväksyttiin pian tämän jälkeen viimeinkin laajamittaisesti lentoliikenteen viranomaisten ja meteorologien keskuudessa. Tämän jälkeen on tapahtunut vain yksi syöksyvirtauksista aiheutunut merkittävä lento-onnettomuus vuonna 1994 (linkki), joka sekin olisi ollut vältettävissä mikäli lentohenkilökunta olisi noudattanut koulutuksessa annettuja ohjeita.

Tiheän havaintoverkoston rakentaminen, sekä kaukokartoituslaitteiden laajamittainen käyttöönotto, ovat olleet oleellisen tärkeässä osassa näiden ilmiöiden tutkimuksessa. Tieteellisen tutkimuksen ansiosta vaaraa aiheuttavien sääilmiöiden varoitukset ovat parantuneet. Kun tällaisiin sääilmiöihin varaudutaan paremmin, yhteiskunta pystyy säästämään rahaa sekä ihmishenkiä. Nykyään Amerikassa annettavia varoituksia voi seurata esim. Yhdysvaltain kansallisen sääpalvelun tai myrskykeskuksen sivuilta. Varoitusten ja huomautusten kirjo on hyvin laaja (esim. huomautus tiheästä sumusta tai varoitus jäätävistä oloista laivaliikenteelle).

Lähteet:

Fujita, T.T., Byers, H.R., 1977: Spearhead echo and downburst in the crash of an airliner, Monthly weather review, 105, 129-146.

Mike Smithin ”Warnings” -kirja

Miller, C.C., Crisp, C.A., 1999: The first operational tornado forecast twenty million to one, Weather and forecasting, 14, 479-483.