Miksi meillä on talvi?

Kirsti JylhäIlmatieteen laitosIlmastotutkimus ja -sovellukset

Esityksen pääaiheet

• Miksei talvea 12 kk vuodessa?• Terminen ja tähtitieteellinen talvi• Jääkausista• Entä talvi tulevaisuudessa?

http://www.celluloid-dreams.de/content/images/kritiken-filmbilder/narnia/narnia-3.jpg

Miksei talvea 12 kk vuodessa?

Valkea Velho C.W.Lewisin Narnia-kronikan Velho ja leijona -tarinassa

http://www.adventures.com.sg/5d-gap-twrsa-russian-space-adventure/http://www.maf.govt.nz/mafnet/rural-nz/sustainable-resource-use/climate/impact-on-industries/greenhouse.jpg

Ilmakehän kasvihuoneilmiö

• Maapallolle saapuu keskimäärinn. 340 W/m2 auringon säteilytehoa

• 30% heijastuu takaisin avaruuteen,70% jää lämmittämään maapalloa

• => maapallo lähettää lämpösäteilyä

http://www.adventures.com.sg/5d-gap-twrsa-russian-space-adventure/http://www.maf.govt.nz/mafnet/rural-nz/sustainable-resource-use/climate/impact-on-industries/greenhouse.jpg

Ilmakehän kasvihuoneilmiö• Ilmakehän vesihöyry, hiilidioksidi

ja muut kasvihuonekaasutvähentävät maapinnan ja merienlähettämän lämpösäteilynkarkaamista avaruuteen.

• Ilman luonnollista kasvihuoneilmiötä

• maanpallon pintalämpötila olisi n. -18 ºC eli n. 33ºC kylmempi

• maapallolla ei olisi pitkällekehittynyttä elämää

Nettosäteily* ei jakaudu tasaisesti maapallolle

Lokakuu 2009

* Saapuvan jalähtevän säteily-energian erotus

Thot>10ºC & Tcold<0ºC

Missään muualla ei yhtä lämmintä näin lähellä pohjoisnapaa.Erityisesti talvisin Länsi- ja Pohjois-Euroopassa lämpötila tavattoman korkea.

Köppen-Geiger ilmastovyöhykkeet

Euroopan ilmasto on maapallolla ainutlaatuinen

Lämpimän merivirran synnyttääns. termohaliininen kiertoliike

Euroopan talvien leutous paljolti Pohjois-Atlantin lämpimien merivirtojen ja lauhojen

länsituulen ansiota

Kuvat: Nevanlinna ed. (2008)

Pohjois-Atlantin värähtely ilmakehässä(NAO)

terminen kesä:vuorokauden keskilämpötila pysyy +10 asteen yläpuolella

• terminen syksy:vuorokauden keskilämpötila pysyy +10 ja 0 asteen välillä

• terminen talvi:vuorokauden keskilämpötila pysyy 0 asteen alapuolella

• terminen kevät: vuorokauden keskilämpötila pysyy 0 ja +10 asteen välillä

http://www.ilmatieteenlaitos.fi/saa/tilastot_4.html#4

Termiset vuodenajat Suomessa

Termisen talven alku keskimäärin 1971-2000

http://www.ilmatieteenlaitos.fi/saa/tilastot_69.html

Termisen talven alku v. 2009

31.10.5.11.

25.10.20.10.

10.11.

15.10.

25.11.

10.10.10.10.

1.12.

Lumitilanne marraskuussa 2009

Pysyvä lumi keskimäärin 1971-2000

5.1.

16.11.

6.11.

27.10.

26.11.

25.11.

15.11.5.11.

Termisen talven alku- ja loppupäivämäärät keskimäärin 1971-2000

http://www.ilmatieteenlaitos.fi/saa/tilastot_25.html

10.10.10.10.

15.10.

20.10.25.10.

1.12.

30.10.

25.11.

5.11.

10.11.

5.5.1.5.

25.4.

20.4.15.4.

10.4.

5.4.

15.4.

5.4.

1.4.

Alku Loppu

Pohjoisella pallonpuoliskolla tähtitieteellinen talvi• alkaa talvipäivänseisauksesta noin 21.12. • päättyy kevätpäiväntasaukseen noin 20.3.

Tähtitieteellinen talvi termistä talvea lyhyempi

Maapallo talvipäivän seisauksen aikaan: pohjoisnapa on poispäin auringosta

Kevät- ja syys-päivän tasaus

Kesäpäivän seisauspohjoisnapa kohti aurinkoa

Alkaa päivän ollessa lyhimmillään ja päättyy, kun päivä ja yö yhtä pitkät

Kuvat: http://fi.wikipedia.org/wiki/Talvip%C3%A4iv%C3%A4nseisaus

Kuvat: http://fi.wikipedia.org/wiki/Talvip%C3%A4iv%C3%A4nseisaus

Kiertoradallaan auringon ympäri maapallo vastaanottaa eri kuukausina eri tavalla auringon valoa

=> tähtitieteelliset vuodenajat

Kun pyörimisakseli on voimakkaasti kallellaan, napa-alueet saavat talvella (kesällä) erityisen niukasti (runsaasti) auringonsäteilyä ja kaamoksen (yöttömän yön) alue on laaja

Maapallon pyörimisakseli on nykyään kallellaan noin 23,5°ratatasoon nähden.

Maan pyörimisakselin kaltevuus vaihtelee 22,0 ja 24,6 asteen välillä41 000 vuoden jaksoissa=> vaikutus auringosta tulevan säteilyn jakautumiseen maanpinnalla.

Maan rataparametrien vaihtelut

• noin 100 000 vuoden jakso maapallon kiertoradan muodossa:kiertorata on väliin soikeampi, väliin lähes pyöreä.

• noin 41 000 vuoden jakso maapallon pyörimisakselin kallistuskulmassa

• 19 000-20 000 vuoden jakso pyörimisakselin huojunnassa eli prekessiossaKuvat: Nevanlinna ed. (2008)

Tähtitieteellinen jääkausivaihteluteoria (Milankovich)

Mm. Auringon ja Kuun vetovoima =>Maan pyörimisakseli huojuu => onko maapallo lähimpänäaurinkoa silloin, kun pohjoisessa on kesä ja etelässä talvi (11 000 v. sitten), vai päinvastoin (nykyisin)

• 19 000-20 000 vuoden jakso pyörimisakselin huojunnassa eli prekessiossa

Kuva: Nevanlinna ed. (2008)

Tähtitieteellinen jääkausivaihteluteoria (Milankovich)

• eivät muuta juuri lainkaan maapallon kokonaisuudessaan saamaavuotuista säteilymäärää,

• vaikuttavat merkittävästi säteilyn jakautumiseen eri vuodenajoille ja leveyspiireille

Kiertoradan ominaisuuksien ja pyörimisakselin kaltevuuden vaihtelut

Jäätiköiden laajenemiselle suosiollista, ettäpohjoisen pallonpuoliskon korkeat leveysasteet (>65ºN) saavat kesän aikana vähän säteilyä

maapallon akselin kallistuskulma on mahdollisimman pienimaan kiertorata soikeimmillaan ja maapallo on kauimpana auringosta pohj. pallonpuoliskon kesän aikana

Pohjoisilla leveysasteilla kesäaikaan saatu auringonsäteilyn vaihtelut

Jäätiköiden tilavuus seuraa säteilykäyrää muutaman tuhannen vuoden viiveellä, joka tarvitaan ennen kuin ilmakehä ehtii reagoida

muuttuneeseen säteilytilanteeseen.

Maapallon jäätiköiden tilavuus

200 000 v sitten Nykyaika

Juha Pekka Lunkka, 2008: Maapallon ilmastohistoria

Jääkaudet vuorottelevat n. 100 000 vuoden jaksoissa

Nykyaika 900 000 v. sitten

Eurooppa viime jääkauden kylmimmän vaiheen aikana n. 18 000 v. sitten

• Päiväntasaajan seudullaei kovinkaan paljon nykyistä viileämpää.

Kuva: Nevanlinna ed. (2008)

• Maapallon keskilämpötilanoin 6 °C nykyistä alempi

• Pohjois-Eurooppamannerjäätikön alla

• Ikirouta Ranskankeskiosissa saakka

Entä talvi tulevaisuudessa?

http://www.adventures.com.sg/5d-gap-twrsa-russian-space-adventure/http://www.maf.govt.nz/mafnet/rural-nz/sustainable-resource-use/climate/im

Ilmakehän kasvihuoneilmiö

Hiilidioksidin ja muidenkasvihuonekaasujen pitoisuudetkasvaneet nopeasti

Fossiilisten polttoaineiden käyttömetsien raivaus

Huom. Ilmastojärjestelmässä palautetekijöitä, jotka vahvistavat kasvihuoneilmiön voimistumisen vaikutuksia

Kasvihuoneilmiön voimistuminen

Hiilidioksidipitoisuuden kehitys Pallaksella- pitoisuus laskee kasvukauden aikana

metsien hiilinielujen vuoksi.

Pitoisuuden päiväkeskiarvot Pitoisuustrendi

Talven havaitut keskilämpötilat 1899/1900 – 2006/2007

Helsingissä ja Sodankylässäja arvioidut tulevat 30-vuotiskeskiarvot A1B-skenaariossa

30-vuotiskeskiarvojen skenaariotEtelä- ja Pohjois-Suomessa noin 20 malliin perustuen

Havainnot 1899-2007

30-vuotiskeskiarvot

-20

-15

-10

-5

0

5

2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100 21102010-39 2040-69 2070-99

5

0

-5

-10

-15

-20

(GtC

/vuo

si)

0102030

2000 2050 2100

Päästöskenaario

Talven havaitut keskilämpötilat 1899/1900 – 2006/2007

Helsingissä ja Sodankylässäja arvioidut tulevat 30-vuotiskeskiarvot A1B-skenaariossa

Havainnot 1899-2007

30-vuotiskeskiarvot

-20

-15

-10

-5

0

5

2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100 21102010-39 2040-69 2070-99

5

0

-5

-10

-15

-20

(GtC

/vuo

si)

0102030

2000 2050 2100

Päästöskenaario

30-vuotiskeskiarvojen skenaariotEtelä- ja Pohjois-Suomessa noin 20 malliin perustuen

Talven havaitut keskilämpötilat 1899/1900 – 2006/2007

Helsingissä ja Sodankylässäja arvioidut tulevat 30-vuotiskeskiarvot A1B-skenaariossa

Havainnot 1899-2007

30-vuotiskeskiarvot

-20

-15

-10

-5

0

5

2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100 21102010-39 2040-69 2070-99

5

0

-5

-10

-15

-20

(GtC

/vuo

si)

0102030

2000 2050 2100

Päästöskenaario

30-vuotiskeskiarvojen skenaariotEtelä- ja Pohjois-Suomessa noin 20 malliin perustuen

Terminen talvi lyhenee voimakkaasti

Muutos v. 1971-2000 => v. 2070-2099

(GtC

/vuo

si)Päästöskenaario

0102030

2000 2050 2100

A1B

Mustan viivan länsipuolella ei keskimäärin enää termistä talvea

Lähde: ACCLIM-hanke / IL

-70

-60

-40-50

-100

Muutoksen yksikkö: vrk

19 ilmastomallin keskiarvo

Keskiarvo v. 1971-2000

150

180

120

• Samalla talviset vesisateet yleistyvätEtenkin talvisateet lisääntyvät

1971-2000 => 2070-2099, joulu-helmikuu

Päästöt

A1B

Yksikkö: %

0102030

2000 2050 2100

• Pohjois-Suomessa %-muutos suurempi kuin Etelä-Suomessa

vuoden keskim. vesiarvo vuoden maksimivesiarvo vuotuinen lumipeite-päivien määrä

Ref: Jylhä et al. (2009)0

102030

2000 2050 2100

Lumipeitteen muutokset suurimpia Lounais-Suomessa

Multi-model mean changes (in %) 1961-1990 => 2071-2100, SRES A2

-30%-20%

-50%

-40%

-30%-50%

-40%-60%

-60%-50%

-70%

-80%

Nollarajan ohituspäivät* yleistyvät meillä joulu-helmikuussa

*Tmin < 0ºC, Tmax > 0ºC

Muutos (vrk) 7 mallin keskiarvona 2071-2100 mennessä A2-skenaarion toteutuessa

syys-lokakuu joulu-helmikuu maalis-huhtikuu

- + - + - +

(GtC

/vuo

si)

0102030

2000 2050 2100

A2Päästöt

Ref: Jylhä et al. (2008)

Lauhojen ja sateisten talvien aikana maaperä on usein märkä ja sen kantavuus on huono

Maaperän routakerroksen talvikauden aikainen keskimääräinen suurin paksuus (cm) lumettomilla alueilla pakkassumman perusteella

Ohuempi routakerros 1971-2000 2040-2069

Miksi meillä on myös / ei ainoastaan

talvi?• Kasvihuoneilmiö on vielä sopivan voimakas

• Maapallon pyörimisakselin ja kiertoradanvaihteluiden vaiheet ja siten pohjoisten alueidensaaman auringonsäteilyn määrä kesällä riittävä

• Ihmiskunnan aiheuttaman kasvihuoneilmiönvoimistumisen takia terminen talvi lyheneehuomattavasti jo tämän vuosisadan aikana

Atlantin läheisyys leudontaa talviamme

www.fmi.fi/acclim

Lumiwiki

http://litdb.fmi.fi/apache2-default/snow/index.php/

• pyrkii edistää lumen ja jään tutkijoiden yhteistyötä ja tiedonkulkua Suomessa

• Lumiwikin aiheet:

• Lumen ja jään mittaus• Lumen ja jään mallinnus• Sovelluksia• Hankkeita

• Lumialan seminaareja ja kokouksia• Lumitiimin palaverit

Lumi-postituslistaliittyminen: lumi-on@posti.fmi.fi

KIITOS MIELENKIINNOSTA!

Juha Pekka Lunkka, 2008: Maapallon ilmastohistoria

(GtC

/vuo

si)

0102030

2000 2050 2100

A2Päästöt

Lumen vesisisältö pienenee

joulu-helmikuu

1961-2000

2071-2100

-70%-80%

Asteikko 10%:n väleinKaksi eri ilmastomallijoukkoa => hieman eri tulokset

http://www.ilmatieteenlaitos.fi/ilmastonmuutos/suomessa_9.html

Talven (joulu-helmikuu)keskilämpötila ja sademäärä

laskettuna vuosien 1971-2000 havainnoista

-1

0

1

2

3

4

5

6

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Etenkin talvilämpötilat ja –sademäärät tulevat kasvamaan

Kuukausi

• Ilmaston luontainen vaihtelu

• 19 ilmastomallin väliset erot

Muutoksen paras arvio ja 90%:n todennäköisyysväli ”siltä väliltä” -skenaarion (A1B) toteutuessa

Läm

pötil

an m

uuto

s (°

C)

Suomi v. 1971-2000 => v. 2020-2049

(GtC

/vuo

si)

Päästöskenaario

0102030

2000 2050 2100

A1B