Oulun kylmä talvisää jatkunee vielä pitkään, jos ennakoitu napapyörteen rikkoutuminen toteutuu

Oulun sää on vaihdellut tänä syksynä ja talvena melkoisesti. Talvisiin ilmavirtauksiimme vaikuttaa stratosfäärissä puhaltava napapyörre, yksi planeettamme tärkeimmistä ilmastorakenteista, jossa virtaa jopa tuhat kilometriä tunnissa kulkevia tuulia. Napapyörteen tila vaikuttaa alailmakehään ja meidän talvisäähämme viikon–parin viiveellä. Jos napapyörre uusien tutkimustulosten mukaisesti rikkoutuu lähiviikkojen aikana, kylmät talvisäät jatkuvat vielä pitkään rikon jälkeen.
LuntaJaJäätäAurinkoPaistaaMatalalta

Ensimmäinen, poikkeuksellisen aikainen ja runsas räntäsade tuli Ouluun jo syyskuun 14. päivänä. Pysyvä lumikerros tänne saatiin kuitenkin vasta marraskuussa. Marraskuun 19. päivänä alkanut pakkasjakso tuotti myös talven tähänastisen kylmyysennätyksen itsenäisyyspäivän aattona, jolloin vuorokauden keskilämpötila oli Oulunsalon lentokentällä -21,9 astetta. Pakkasta kesti joulukuun 15. päivään, jolloin nopea lauhtuminen vei lämpötilan vuorokaudeksi nollan yläpuolelle. Sen jälkeen alkoi uusi pakkasjakso, jonka on kestänyt näihin päiviin asti. Tämän talven joulukuu oli Oulunsalon 60-vuotisessa mittaussarjassa keskimääräistä kylmempi.

Oulun, kuten koko Suomen, talvisäät vaihtelevat vallitsevien ilmavirtausten mukaan. Kun ne puhaltavat etelän tai lännen suunnasta, saamme kosteanlämmintä merellistä ilmaa Atlantilta. Jos taas tuulee pohjoisesta tai idästä, saamme kylmää ja kuivahkoa, mantereista ilmaa. Tämä erityyppisten ilmamassojen vaihtelu aiheuttaa sen, että talviemme säät ovat niin vaihtelevia sekä talven aikana että talvesta toiseen.

Lämpimien virtausten vaikutus on erityisen suuri Oulun talvisäihin, koska ne tuottavat pilviä. Pilvillä on talvella samantapainen lämmittävä takaisinheijastusvaikutus kuin kasvihuonekaasuilla. Erona on kuitenkin se, että siinä missä esimerkiksi hiilidioksidin kasvu on hidasta, pilvien määrä vaihtelee erittäin runsaasti ja nopeasti. Tämän vuoksi pilvet ja vesihöyryä kuljettavat ilmavirtaukset hallitsevat talvisäiden vaihtelua lähes täysin. Ilmakehän muut muutokset, kuten kasvihuonekaasujen määrän kasvu, tulevat esiin vasta usean vuosikymmenen pituisilla ajanjaksoilla siten, että ne muuttavat keskilämpötilojen jakaumaa hitaasti lämpimämpään suuntaan.

NAO ja napapyörre vaikuttavat talvisäähän

Ouluun tulevat ilmavirtaukset ovat osa Euraasian suursäätilaa, jota hallitsevat suuret ilmastorakenteet. Viime vuosikymmeninä pohjoisen pallonpuoliskon suuria sää- ja ilmastorakenteita on alettu ymmärtää aiempaa paremmin. Euraasian tärkein talvi-ilmastorakenne on nimeltään NAO (North Atlantic Oscillation) eli Pohjois-Atlantin vaihtelu.

NAO liittyy Keski-Atlantin korkeapainealueen ja Pohjois-Atlantin matalapainealueen välisen paine-eron vaihteluun. Kun paine-ero on keskimääräistä suurempi, eli kun NAO on positiivisessa vaiheessaan, Atlantin ilmavirtaukset kulkeutuvat kauemmas pohjoiseen, jolloin saamme kosteaa ja lämmintä ilmaa ja talvemme on keskimääräistä lämpimämpi. Vastaavasti pienen paine-eron hallitsemina talvina, eli negatiivisen NAOn aikana, napa-alueiden kylmä ilmamassa tunkeutuu etelämmäs ja talveamme hallitsevat kuivat pakkaskelit.

Viime vuosina on tehty suuria edistysaskeleita NAO-vaihtelun syiden ja yhteyksien ymmärtämiseksi. Aiemmin luultiin, ettei alailmakehän eli troposfäärin ja keski-ilmakehän eli stratosfäärin välillä ole merkittävää vuorovaikutusta. Nyt tiedetään, että vuorovaikutusta on molempiin suuntiin ja että talvella tämä vuorovaikutus on suurimmillaan. Tärkein havainto on ollut se, että talven NAOlla on selvä yhteys stratosfäärissä talvella puhaltavaan voimakkaaseen tuuleen, niin sanottuun napapyörteeseen. Voimakas napapyörre suosii positiivista NAO-vaihetta ja lämmintä talvisäätä, heikko napapyörre vastaavasti arktisten ilmamassojen vyörymistä etelään.

Napapyörteen nopeus ja rakenne vaihtelevat talven aikana, mutta muutokset ovat huomattavasti hitaampia ja säännöllisempiä kuin alailmakehän olosuhteet. Tämä lisää NAOn vaikutusten ennustettavuutta. Napapyörteen ja stratosfäärin paremman tuntemuksen ansiosta saamme nykyään luotettavampia pitkän ajan sääennusteita.

Napapyörteen rikkoutuminen johtaa kylmään sydäntalveen ja arktisen ilman vyörymiseen kauas etelään

Napapyörre syntyy joka talvi kylmän navan ja lämpimän päiväntasaajan lämpötilaeron pyrkiessä tasoittumaan. Noin joka toinen talvi napa-alueen stratosfääri kuitenkin lämpenee äkillisesti, mikä rikkoo napapyörteen ja johtaa yleensä kylmään sydäntalveen ja arktisen ilman vyörymiseen kauas etelään. Näin kävi myös viime talvena. Tämä tapahtuma on nimeltään stratosfäärin äkillinen lämpeneminen (SSW, stratospheric sudden warming).

Oulun talvisäiden syyt riippuvat siis varsin suurelta osalta stratosfäärin tilasta. Mutta mikä säätelee stratosfääriä? Jo jonkin aikaa on tiedetty, että NAO'lla, ja siis todennäköisesti myös napapyörteellä, on noin kymmenvuotinen vaihtelu. Millään tunnetulla stratosfääriin vaikuttavalla tekijällä ei tällaista vaihtelua tunneta. Sen vuoksi nykyiset ilmastomallit eivät sisällä tällaista pakotetta, ja niiden mukaan kyseistä vaihtelua syntyy vain satunnaisesti. Kymmenvuotinen vaihtelu on kuitenkin tilastollisesti merkittävää.

Hidas aurinkotuuli lisää kylmän talven todennäköisyyttä

NAOn kymmenvuotinen vaihtelu tuo mieleen Auringon aktiivisuuden kymmenvuotisen vaihtelun, niin sanotun aurinkosyklin. Muutama vuosi sitten englantilaiset tutkijat esittivätkin, että Auringon UV-säteily voisi lisätä NAOn positiivista vaihetta Auringon aktiivisuuden maksimivuosina. Huomasimme kuitenkin, että NAOn positiivinen vaihe runsastuu vasta Auringon aktiivisuuden laskevalla kaudella, muutama vuosi maksimin jälkeen. Tällöin Auringosta tulevalla hiukkassäteilyllä, aurinkotuulella, on suurimmat nopeutensa, minkä on havaittu lisäävän yläilmakehään satavien varattujen hiukkasten määrää merkittävästi.

Viime vuosina tekemämme tutkimukset ovat osoittaneet, että aurinkotuulen ominaisuudet, erityisesti yhdessä päiväntasaajalla vaikuttavien QBO (quasibiennial oscillation) -tuulien kanssa, voivat selittää varsin suuren osan napapyörteen ja siis myös talviemme vuosittaisesta vaihtelusta. Kun aurinkotuuli on voimakas, positiivisen NAO:n ja lämpimän talven todennäköisyys kasvaa. Jos taas aurinkotuuli on hidasta, napapyörteen rikon ja kylmän talven todennäköisyys kasvaa. Niinä talvina, jolloin QBO:n suunta on länteen ja aurinkotuuli on heikko, SSW esiintyy erittäin todennäköisesti.

Tällä hetkellä olemme aurinkosyklin 25 nousevalla kaudella. Aurinkotuuli ei ole vielä kovin nopeaa, vaikka vuoden 2020 nopeusminimi on jo takana. QBOn tämänhetkinen suunta on länteen, mikä suosii heikkoa napapyörrettä ja sen rikkoa. Stratosfäärin lämpeneminen ja napapyörteen rikko tänä talvena on siis varsin todennäköistä. Pientä lämmitystä on tapahtunut aivan viime päivinä, mutta riittääkö se napapyörteen rikkoon ja kylmän sydäntalven syntyyn, jää nähtäväksi.

Lue lisää avaruusilmaston tutkimusryhmän työstä

Kalevi Mursula on emeritusprofessori avaruusfysiikan ja tähtitieteen tutkimusyksikössä, jossa tutkitaan myös Auringon eri aktiivisuusmuotojen pitkäaikaista vaihtelua ja niiden vaikutuksia Maan lähiavaruuteen, ilmakehään ja ilmastoon.