7.8.2013 — Ari Jokimäki

Maapallon pintalämpötilamittauksissa näkyvä näennäinen lämpenemisen hidastuminen tai pysähtyminen ei ole vielä merkityksellistä maapallon ilmaston kannalta. Pintalämpötilan eteneminen näyttää myös etenevän IPCC:n ennusteiden rajoissa. Ilmastomallien simulaatioissa on näkynyt vastaavia taukoja jopa ennen nykyisen tauon alkamista, vaikka malleissa on hiilidioksidin vaikutus mukana. Malleilla voidaan myös toistaa lämpenemisessä ollut tauko. Tauon syykin alkaa olla selvillä: lämpeneminen on mennyt meriin, eikä ole jäänyt lämmittämään pintaa. Merien lämpeneminen onkin havaittu mittauksin. Samoin kasvihuonekaasujen lämmitysvaikutuksen jatkuminen näkyy mittauksissa. Ilmaston lämpeneminen kokonaisuutena siis jatkuu huolimatta pintalämpötilan näennäisestä tauosta.

Maapallon pintalämpötilan mittauksissa näkyy monta vuosikymmentä kestänyt lämpenemisjakso. Vuoden 1998 jälkeen pintalämpötilan nousu näyttää kuitenkin hidastuneen. Kovin varmoja tästä ei voida olla, koska kyseinen ajanjakso on hiukan lyhyt, jotta lämpötilan muutosta voitaisiin luotettavasti arvioida. Esimerkiksi Santer ja muut (2011) arvioivat satelliittimittauksista, että tarvitaan 17 vuotta mittauksia, ennen kuin ihmisen vaikutus alailmakehän lämpötilaan voidaan havaita. (Vaikka tarpeeksi aikaa kuluisi ilman lämpenemistä, ei se kuitenkaan tarkoita sitä, että kasvihuonekaasut eivät lämmitäkään. Tämän näemme tarkemmin alla.)

Ilmasto käsitetäänkin yleensä pidemmän ajanjakson sään keskiarvona. Yleisen käytännön mukaan ilmasto on sään 30 vuoden keskiarvo. Tarkastellaanpa, mitä tämä merkitsee pintalämpötilan kannalta. Seuraavassa kuvassa on esitetty maapallon pintalämpötilan kehitys 30 vuoden liukuvana keskiarvona (tämä tarkoittaa sitä, että kuvaajan jokaisen pisteen arvo on sitä ympäröivän 30 vuoden lämpötilojen keskiarvo, eli esimerkiksi vuoden 1990 arvo on vuosien 1975 ja 2004 välisen 30-vuotisjakson lämpötilojen keskiarvo):

Kuten kuvasta nähdään, tässä tarkastelussa ei ole mitään merkkejä ilmaston lämpenemisen pysähtymisestä tai hidastumisesta. Ilmaston kannalta lämpeneminen siis jatkuu yhä. Tarkkasilmäiset huomaavat, että kuvassa X-akselilla esitetty aika loppuu kuvaajassa jo ennen vuotta 2000. Tämä johtuu siitä, että 30 vuoden liukuvassa keskiarvossa tällä hetkellä viimeinen esitettävissä oleva vuosi on 1998. Vuoden 1998 jälkeinen lämpötilakehitys on kuitenkin mukana vaikuttamassa kuvaajaan jo vuodesta 1983 lähtien. Kuvaajan loppuminen vuoteen 1998 merkitsee sitä, että meidän on vielä odotettava 15 vuotta, ennen kuin tiedämme, miten ilmasto on kehittynyt vuoden 1998 jälkeen.

Huolimatta siitä, että maapallon pintalämpötilan kehitys vuoden 1998 jälkeen ei ole vielä ilmaston kannalta tärkeä, ilmiötä on kuitenkin jo tutkittu melko paljon. Yksi julkisuudessa esiintynyt kysymys on se, että poikkeaako pintalämpötilan kehitys aiemmista ennusteista. Rahmstorf ja muut (2012) ovat selvitelleet, miten IPCC:n ennusteet pintalämpötilan kehityksestä täsmäävät mittauksien kanssa. Tässä heidän tuloksensa:



Maapallon pintalämpötilan kehitys ja IPCC:n ennusteet. Vaaleanpunaisella on esitetty korjaamaton pintalämpötilan kehitys ja korjattu kehitys on esitetty punaisella (selitys näille löytyy tekstistä). Sininen alue ja viivat ovat IPCC:n kolmannen arviointiraportin ennuste ja vihreä alue ja viivat ovat neljännen arviointiraportin ennusteita.

Kuvasta nähdään, että vaaleanpunaisella esitetty maapallon pintalämpötilan kehitys (yhden vuoden liukuva keskiarvo kaikkien saatavilla olevien pintalämpötila-analyysien keskiarvona) poikkeaa silloin tällöin ennusteiden ulkopuolelle. Tämä johtuu siitä, että IPCC:n ennusteissa ei ole mukana auringon aktiivisuuden muutoksia tai tulivuoria. Lisäksi ennusteissa El Niñoon liittyvä vaihtelu esiintyy satunnaiseen aikaan, eikä se siksi esiinny samaan aikaan kuin oikeassa elämässä. IPCC:n ennusteet perustuvat monien mallisimulaatioiden yhdistettyyn tulokseen, jolloin El Niñon eri simulaatioissa eri aikaan tapahtuva vaihtelu poistuu simulaatioita yhdistettäessä. Mainittakoon, että vaikka vaaleanpunaisella esitetty pintalämpötila ei pysy tässä esitetyn eri simulaatioiden keskiarvosta saadun alueen sisällä, niin se pysyy kaikkien simulaatioiden erikseen kattaman alueen sisällä (ei esitetty kuvassa).

Auringon, tulivuorien ja El Niñon vaihtelun vaikutus on korjattu punaisella esitetyssä kuvaajassa, joka esittää maapallon pintalämpötilaa, kun siitä on poistettu auringon, tulivuorien ja El Niñon vaihtelun vaikutus. Tämä kuvaaja pysyy jo melko hyvin ennusteiden sisällä erityisesti viime vuosien aikana. Alun heilahtelu alueen ulkopuolelle selittynee sillä, että jo mainittujen korjattujen vaikutusten lisäksi mittauksissa saattaa olla vielä muita sisäisen vaihtelun tekijöitä (samantapaisia kuin El Niñon vaihtelu), jotka vaikuttavat asiaan. Keskimäärin kuvaaja kuitenkin näyttää noudattavan ennustettua kehitystä myös alkupäässä.

Jo tapahtunut lämpötilakehitys voidaan toistaa yksinkertaisella mallilla myös niin, että ilmaston sisäinen vaihtelu sekä auringon ja tulivuorien vaihtelu on mallissa mukana (koska jälkeenpäin tiedetään esimerkiksi milloin tulivuorenpurkauksia tapahtui). Lean & Rind (2009) ovat tehneet näin ja seuraavassa kuvassa on esitetty heidän tuloksensa:



a) Maapallon havaittu pintalämpötilan kehitys (musta) sekä yksinkertaisen mallin avulla tuotettu simulaatio pintalämpötilan kehityksestä (oranssi). b) Pintalämpötilan kehitykseen vaikuttavat tekijät eriteltynä. Kuva on tutkimuksesta Lean & Rind (2009).

Kuvassa esitetyn yksinkertaisen mallin tulos on niin lähellä havaittua pintalämpötilan kehitystä, että meillä on hyvä syy uskoa tämän tutkimuksen antavan selityksen sille, miksi pintalämpötila ei ole noussut vuoden 1998 jälkeen. Kuvan alaosassa eriteltyjä tekijöitä tarkasteltaessa nähdään, että ENSO (eli El Niñon vaihtelu) näyttää kyseisellä aikavälillä vaihdelleen melko samalla tavalla kuin pintalämpötila. Pintalämpötilan pidempiaikaiselle nousullekin näyttää löytyvän syy: ihmiskunnan vaikutus on ainoa tekijöistä, jossa esiintyy pitkäaikaista nousua.

Ilmastomalleilla tehdyissä simulaatioissa näkyy itsestäänkin pitkiä jaksoja, jolloin pintalämpötila ei nouse, vaikka simulaatioissa on mukana myös ilmakehän lisääntyvä hiilidioksidipitoisuus. Tässä on joitakin esimerkkejä:



Ilmastomallien ennusteissa näkyy samanlaisia hitaamman lämpenemisen jaksoja kuin vuoden 1998 jälkeen. Vasemmalla on esitetty kolmen eri päästöskenaarion mallisimulaatioiden tuloksia IPCC:n neljännestä arviointiraportista. Oikealla ylhäällä on simulaatioesimerkki tutkimuksesta Easterling & Wehner (2009). Oikealla alhaalla vastaava esimerkki tutkimuksesta Meehl ja muut (2011).

Kaikissa simulaatioesimerkeissä näkyy jaksoja, jolloin pitkäaikainen lämpenemistrendi keskeytyy jopa kymmeniksi vuosiksi ja jatkuu sitten taas. Kuvassa on esitetty myös IPCC:n neljännen arviointiraportin ennustesimulaatioiden tuloksia, joissa siis myös näkyy taukoja lämpenemisessä. Kyseisessä raportissa puhutaan tulevasta lämpötilakehityksestä hiukan varomattomin sanankääntein. Sieltä voi saada sen kuvan, että lämpötilan pitäisi nousta joka vuosikymmen tietyn määrän. Kyseisessä tekstissä tietysti tarkoitetaan, että lämpötila nousee keskimäärin sen tietyn määrän, vaikkei välttämättä teekään niin jokaisena vuosikymmenenä. Ilmastonmuutoksen kieltäjät ovat kuitenkin käyttäneet tätä varomattomasti muotoiltua tekstiä harhaanjohtamaan ihmisiä, vaikka samassa raportissa on esitetty yllä esitetyt simulaatiot, joista asian oikea laita selviää.

Yllä esitetyt simulaatioesimerkit ovat kaikki aika uusia. Simulaatioissa on nähty samanlaisia asioita jo aiemmin. Seuraavassa kuvassa on esitetty simulaatioesimerkkejä IPCC:n toisesta arviointiraportista, joka julkaistiin vuonna 1995, siis ennen tämän nykyisen lämpenemistauon alkamista:



Mallisimulaatioiden tuloksia IPCC:n toisesta arviointiraportista. Vuosi nolla tarkoittaa vuotta 1990.

On mielenkiintoista havaita, että yhdessä IPCC:n toisen arviointiraportin simulaatioista esiintyy voimakas piikki noin vuoden 1995 paikkeilla. Tämä on verrattavissa maapallon pintalämpötilassa esiintyneeseen piikkiin vuonna 1998. Kyseisen simulaation voisi siis katsoa tavallaan ennustaneen tulevaa lämpenemistaukoa, sillä siinä simulaatiossa on selvästi pitkä tauko lämpenemisessä, vaikka sen vuoden 1995 jälkeistä kehitystä onkin vaikea seurata kuvaajasta. Ei se kuitenkaan aito ennustus ole, vaan kyseessä on sattuma. Se on jännä yksityiskohta joka tapauksessa.

Ilmastomallien simulaatioista nähdään siis selvästi, että kun kasvihuonekaasujen lisääntyminen nostaa maapallon lämpötilaa pitkällä aikavälillä, muut tekijät aiheuttavat ajoittain taukoja lämpötilan nousuun. Vastaavasti muut tekijät välillä nopeuttavat lämpötilan nousua. Tämä on todettu tutkimuksessa Easterling & Wehner (2009): ”Me osoitamme, että 2000-luvun ilmasto voi ja todennäköisesti tulee tuottamaan kymmenen tai kahdenkymmenen vuoden jaksoja, jolloin maapallon keskimääräinen pintalämpötila ei nouse tai jopa hieman viilenee pitemmällä aikavälillä tapahtuvan lämpenemisen aikana”.

Tällä hetkellä lämpenemistaukoa aiheuttanut tekijä näyttää olleen El Niñon vaihtelu, joka käytännössä tarkoittaa sitä, että kasvihuonekaasujen aiheuttama lämmitysvaikutus onkin mennyt meriin, eikä ole jäänyt lämmittämään maapallon pintaa. Tätä on selvitetty viimeaikaisissa tutkimuksissa.

Yllä jo esiteltiin tuloksia tutkimuksista Lean & Rind (2009) sekä Meehl ja muut (2011). Vastaavanlaisia tuloksia ovat saaneet myös Kaufmann ja muut (2011), Hunt (2011), Guemas ja muut (2013) sekä Watanabe ja muut (2013). Kaikkien näiden tutkimuksien mukaan lämmön kulkeutuminen meriin on tärkein syy lämpenemistauolle. Myös auringon vähäisen aktiivisuuden on sanottu saattaneen vaikuttaa asiaan jonkun verran. Lisäksi Solomon ja muut (2010) ovat tuoneet esiin mahdollisuuden, että vesihöyryn määrän muutokset stratosfäärissä olisivat saattaneet nopeuttaa lämpenemistä 1990-luvulla ja hidastaa lämpenemistä 2000-luvulla.

Meriin menevä lämpö on myös mitattu. Seuraavassa kuvassa on esitetty merien yläkerroksen (0-700 m) lämpötilakehitys, joka tässä tapauksessa on esitetty lämpömääränä. Kuva on tutkimuksesta Lyman ja muut (2010):

Kuvasta nähdään, että vuoden 1998 jälkeen lämpö maailman merissä on lisääntynyt selvästi.

Milloin maapallon pinnan lämpeneminen sitten jatkuu? Silloin kuin kaikkien ilmastoon vaikuttavien tekijöiden yhteisvaikutus on maapallon pintaa lämmittävä. Pysähdys voi kestää vaikka 50 vuotta, jos muut tekijät viilentävät maapallon pintaa tarpeeksi kumotakseen kasvihuonekaasujen vaikutuksen. Niin pitkä pysähdys ei kuitenkaan ole nykytietojen valossa kovin todennäköistä.

Lämpenemisen jatkumiselle on olemassa hyvät edellytykset. Viime vuosina maapallon pintalämpötila on pysynyt hyvin korkealla, lähellä ennätyslämpötiloja, vaikka auringon aktiivisuus oli hyvin alhainen ja El Niñon sekä La Niñan vaihtelussa on ollut pitkään La Niña -vaihe päällä. Ilman kasvihuonekaasujen vaikutusta nämä tekijät olisivat viilentäneet maapalloa huomattavasti. Nyt näin ei ole käynyt. Kasvihuonekaasujen lämmitysvaikutus näyttää siis olevan edelleen olemassa. Tästäkin on havaintotietoa olemassa, kuten seuraavaksi nähdään.

Maapallon ilmakehän satelliitista käsin tehtyjä lämpösäteilyn spektrimittauksia tarkastellut tutkijaryhmä (Chapman ja muut, 2013) havaitsi, että hiilidioksidin lämmitysvaikutus on 2000-luvulla edelleen noussut. He laskivat spektrimittausten perusteella, paljonko maapallolta pois lähtevän säteilyn määrä on muuttunut niillä taajuuksilla, joilla kasvihuonekaasut pidättävät maapallolta pois lähtevää lämpösäteilyä. Heidän tuloksiensa mukaan kasvihuonekaasut olivat vuosien 2002 ja 2012 välillä pidättäneet yhä enenevän määrän maapallolta pois lähtevästä säteilystä omilla taajuuksillaan. Näin tapahtui ainakin hiilidioksidin, otsonin ja metaanin tapauksessa hiilidioksidin vaikutuksen ollessa suurin. Havaitut muutokset vastasivat sitä, mitä oli odotettavissa kasvihuonekaasujen lisääntymisestä kyseisen kymmenen vuoden aikana. Seuraavassa kuvassa on esitetty heidän tuloksensa:

Huomautettakoon, että tämä Chapmanin ja muiden tutkimus oli esitetty huhtikuussa 2013 konferenssissa, eikä tutkimusta ole ilmaisesti vielä virallisesti julkaistu. Tässä esitetyt tiedot ovat peräisin konferenssijulkaisusta.

Lähteet:

IPCC:n toinen arviointiraportti (yli 50 MB PDF-tiedosto, tekstin kuvaaja löytyy PDF:n sivulta 314, joka on raportin sivu 300).

IPCC:n neljännen arviointiraportin simulaatiotulokset: kuva 10.5 kuvateksteineen.

D. Chapman, P. Nguyen, M. Halem, A decade of measured greenhouse forcings from AIRS, Proc. SPIE 8743, Algorithms and Technologies for Multispectral, Hyperspectral, and Ultraspectral Imagery XIX, 874313 (May 18, 2013); doi:10.1117/12.2017019. [tiivistelmä]

John A. Church, Neil J. White, Leonard F. Konikow, Catia M. Domingues, J. Graham Cogley, Eric Rignot, Jonathan M. Gregory, Michiel R. van den Broeke, Andrew J. Monaghan, Isabella Velicogna, Revisiting the Earth’s sea-level and energy budgets from 1961 to 2008, Geophysical Research Letters, Volume 38, Issue 18, 28 September 2011, DOI: 10.1029/2011GL048794. [tiivistelmä, koko artikkeli]

David R. Easterling, Michael F. Wehner, 2009, Is the climate warming or cooling? Geophysical Research Letters, Volume 36, Issue 8, April 2009, DOI: 10.1029/2009GL037810. [tiivistelmä, koko artikkeli]

Virginie Guemas, Francisco J. Doblas-Reyes, Isabel Andreu-Burillo & Muhammad Asif, Retrospective prediction of the global warming slowdown in the past decade, Nature Climate Change, 3, 649–653 (2013) doi:10.1038/nclimate1863. [tiivistelmä]

B. G. Hunt, The role of natural climatic variation in perturbing the observed global mean temperature trend, Climate Dynamics, February 2011, Volume 36, Issue 3-4, pp 509-521, DOI: 10.1007/s00382-010-0799-x. [tiivistelmä]

Robert K. Kaufmann, Heikki Kauppi, Michael L. Mann, and James H. Stock, Reconciling anthropogenic climate change with observed temperature 1998–2008, PNAS July 19, 2011 vol. 108 no. 29 11790-11793, doi: 10.1073/pnas.1102467108. [tiivistelmä, koko artikkeli]

Judith L. Lean, David H. Rind, How will Earth’s surface temperature change in future decades? Geophysical Research Letters, Volume 36, Issue 15, 16 August 2009, DOI: 10.1029/2009GL038932. [tiivistelmä, koko artikkeli]

John M. Lyman, Simon A. Good, Viktor V. Gouretski, Masayoshi Ishii, Gregory C. Johnson, Matthew D. Palmer, Doug M. Smith, & Josh K. Willis, Robust warming of the global upper ocean, Nature 465, 334–337 (20 May 2010) doi:10.1038/nature09043. [tiivistelmä, koko artikkeli]

Gerald A. Meehl, Julie M. Arblaster, John T. Fasullo, Aixue Hu & Kevin E. Trenberth, 2011, Model-based evidence of deep-ocean heat uptake during surface-temperature hiatus periods, Nature Climate Change, 1, 360–364 (2011) doi:10.1038/nclimate1229. [tiivistelmä, koko artikkeli]

Stefan Rahmstorf et al 2012, Comparing climate projections to observations up to 2011, Environ. Res. Lett. 7 044035 doi:10.1088/1748-9326/7/4/044035. [tiivistelmä, koko artikkeli]

B. D. Santer, C. Mears, C. Doutriaux, P. Caldwell, P. J. Gleckler, T. M. L. Wigley, S. Solomon, N. P. Gillett, D. Ivanova, T. R. Karl, J. R. Lanzante, G. A. Meehl, P. A. Stott, K. E. Taylor, P. W. Thorne, M. F. Wehner, F. J. Wentz, 2011, Separating signal and noise in atmospheric temperature changes: The importance of timescale, Journal of Geophysical Research: Atmospheres (1984–2012), Volume 116, Issue D22, November 2011, DOI: 10.1029/2011JD016263. [tiivistelmä, koko artikkeli]

Susan Solomon, Karen H. Rosenlof, Robert W. Portmann, John S. Daniel, Sean M. Davis, Todd J. Sanford, Gian-Kasper Plattner, Contributions of Stratospheric Water Vapor to Decadal Changes in the Rate of Global Warming, Science 5 March 2010: Vol. 327 no. 5970 pp. 1219-1223, DOI: 10.1126/science.1182488. [tiivistelmä, koko artikkeli]

Masahiro Watanabe, Youichi Kamae, Masakazu Yoshimori, Akira Oka, Makiko Sato, Masayoshi Ishii, Takashi Mochizuki, Masahide Kimoto, Strengthening of ocean heat uptake efficiency associated with the recent climate hiatus, Geophysical Research Letters, Volume 40, Issue 12, pages 3175–3179, 28 June 2013, DOI: 10.1002/grl.50541. [tiivistelmä]