Avaruusilmaston tuntemus saattaa parantaa pitkän aikavälin talvisääennusteita lähivuosina

Oulun yliopistossa tutkitaan aurinkotuulen, geomagneettisen aktiivisuuden ja Maan lähiavaruuden energeettisten hiukkasten ja niiden ilmastovaikutusten pitkäaikaista ennustamista.

”Muutaman vuoden kuluttua voimme toivottavasti kytkeä avaruusilmaston muutokset pitkän ajan sääennusteisiin. Tämä saattaa parantaa esimerkiksi keskimääräisen talvisään ennusteita”, sanoo tutkimusprojektin johtaja, dosentti Timo Asikainen Oulun yliopiston Avaruusilmaston tutkimusryhmästä.

1970-luvulta lähtien on tiedetty, että Auringosta yläilmakehään satavat hiukkaset saavat aikaan revontulien lisäksi myös kemiallisia muutoksia, jotka hajottavat otsonia. Otsonikerros absorboi Auringon UV-säteilyä ja muodostaa stratosfäärin noin 10-50 km korkeuteen, missä lämpötila nousee ylöspäin mentäessä. Stratosfäärin eli yläilmakehän lämpötilaan vaikuttaa otsonin määrä, ja kun se muuttuu hiukkaspommituksen seurauksena, myös ilmanpaine ja tuulien voimakkuus muuttuvat. Koko stratosfäärin dynamiikka muuttuu.

”Viimeisten 15 vuoden aikana on selvinnyt, että avaruuden hiukkaspommitus ei muuta vain stratosfäärin olosuhteita. Stratosfäärin muutokset heijastuvat myös alempaan ilmakehään, ja vaikuttavat näin maanpinnan tuuliin ja säähän”, Timo Asikainen sanoo.

Yhdysvallat on lähettänyt satelliitteja polaariradalle avaruuteen 1970-luvun lopulta lähtien. Satelliitit mittaavat muun muassa avaruudesta tulevaa energeettistä hiukkassadetta, joka törmää ilmakehään revontulialueella.

40 vuoden aikasarja on kiinnostava sekä avaruus- että ilmastotutkijoille, ja aineisto on avannut uusia mahdollisuuksia myös avaruusilmaston ilmastovaikutusten tutkimiselle.

”Kun satelliiteista saatua hiukkassarjaa ja eri puolilta maapalloa mitattuja talvilämpötiloja verrattiin samalta ajanjaksolta, saatiin tilastollisesti merkitsevä korrelaatio suurille alueille pohjoisella pallonpuoliskolla”, Asikainen kertoo.

Suuri hiukkassade pyrkii tuottamaan leutoa säätä Pohjois-Euraasian alueelle ja kylmää Pohjois-Amerikkaan. Niin kutsuttu NAO-indeksi aiheuttaa samankaltaisen kuvion: kun NAO-indeksi on positiivinen, niin kovat lännenpuoleiset tuulet pitävät talven Suomessalämpimänä ja sateisena. Kun NAO-indeksi on negatiivinen, niin Jäämereltä puhaltavat tuulet tekevät talvesta ankaran.

Hiukkaspommituksesta saadaan epäsuoraa tietoa geomagneettisten häiriöiden mittauksista ja auringonpilkkujaksoista. Kun sitä verrataan maan pinnan lämpötiloihin pitkällä aikajaksolla, nähdään, että hiukkaset selittävät noin viidesosan NAO-indeksin vaihtelusta.

Tilannetta mutkistaa se, että ilmakehän sisäinen tila näyttää vaikuttavan siihen, kuinka voimakkaasti hiukkasmekanismi vaikuttaa. Jos nämä sisäiset tekijät pystytään kartoittamaan tarkemmin, voidaan hiukkasten vaikutuksia ennustaa paremmin.

”Jos päiväntasaajan stratosfäärissä tuulee lännestä, niin hiukkasvirran vaikutus polaaripyörteeseen häviää aineistosta. Mutta jos otetaan lukuun vain ne talvet, jolloin päiväntasaajan stratosfäärissä tuulee idästä, ja verrataan hiukkasmäärää NAO-indeksiin, niin viimeisten 40 vuoden aikana hiukkasmäärä selitti melkein puolet NAO-indeksin vaihtelusta”, Asikainen sanoo.

Suurin osa keskimääräisen talvisään muutoksista liittyykin ilmaston sisäiseen vaihteluun. Esimerkiksi kuluvan talven leutoutta hiukkaspommitus ei selitä, sillä se on tällä hetkellä vähäistä, mutta NAO-indeksi on voimakkaasti positiivinen. Hiukkasten osuudessa kokonaiskuvassa riittää vielä tutkittavaa.