Ilmasto ei ehkä olekaan niin herkkä kuin luultiin. Onko ilmastokatastrofi peruttu?

No, ilmastonmuutosta ei ole peruutettu. Kaikkein pahimmat ja maailmanloppuisimmat ilmastonäkymät saattavat olla hiukan vähemmän todennäköisiä.

Ilmastotutkimusten ja -uutisten seuraaminen tuppaa olemaan synkkää ajanvietettä. Hyviä uutisia tulee harvoin, mutta joskus sitten niitäkin. Ilmastotutkijat Peter Cox ja kumppanit julkaisivat tammikuussa Naturessa artikkelin, joka rajaa ilmastoherkkyyden entistä pienemmälle vaihteluvälille. Tutkimuksen tuloksista ovat uutisoineet nyt ainakin Wired, Carbon Brief ja The Guardian.

Mistä on kyse? Artikkelin pääväite on, että ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden kaksinkertaistuessa maapallon pintalämpötila ei nousisikaan 1,5–4,5 astetta (IPCC, 2013)  vaan 2,2–3,4 astetta Celsiusta. Epävarmuus pienenisi merkittävät 60 prosenttia ja katastrofaalinen lämpeneminen näyttäisi ainakin tällä vuosisadalla hieman epätodennäköisemmältä.

Kuinka hyvä uutinen tämä oikeastaan on? Mitä yksi tutkimus ilmastoherkkyydestä merkitsee? Ilmastoherkkyys on merkityksellinen ilmastopolitiikan arvioinnissa, ja tutkimuksen näkökulmasta aihe on kiintoisa nyt, kun IPCC:n seuraavan arviointiraportin ilmastoskenaarioita aletaan lähiaikoina taas simuloida.

Mitä ilmastoherkkyys tarkoittaa?

Ilmastojärjestelmä muuttuu jollakin tavoin jollakin herkkyydellä, kun sitä toisella tavalla pakotetaan. Kaikessa yleisyydessään ja yksinkertaisuudessaan juuri tätä merkitsee ilmastoherkkyys.

Kun ilmastoherkkyydestä puhutaan, sillä käytännössä kuitenkin tarkoitetaan aina yhtä ja samaa: kuinka paljon planeetan pintalämpötila nousee, kun hiilidioksidipitoisuus tuplataan ja ilmaston annetaan hakea tasapainotila tämän jälkeen?

Tässä maailmassa ja ajassa kysymys on konkreettisesti tämä: kuinka paljon voimme odottaa ilmaston lämpenevän, kun hiilidioksidipitoisuus on kaksinkertaistunut esiteollisesta ajasta lähtien? Ilmastoherkkyys on kuuma peruna kun se asetellaan näin: kuinka paljon hiiltä ilmakehään voi päästää niin, että riskit eivät kasva liian suuriksi? Ilmastopolitiikan tärkeimmät kysymykset liittyvät läheisesti ilmastoherkkyyteen.

Hallitustenvälisen ilmastopaneeli IPCC:n käyttämän määritelmän mukaan esiteollinen ilmakehän hiilidioksidipitoisuus oli 280 miljoonasosaa (eli parts per million, ppm). Ihminen on tupruttanut huomattavat lisäykset ilmakehään, ja nykyisin huidellaan hitusen yli 400 miljoonasosan lukemissa. Kaksinkertainen pitoisuus esiteolliseen nähden, eli 560 ppm, lähestyy hyvää vauhtia.

– Ilmaston tasapainoherkkyys, Equilibrium climate sensitivity, merkitsee yksinkertaisesti sitä, että mitä ilmastolle tapahtuu, kun hiilidioksidimäärä nousee ja ilmastojärjestelmän annetaan tehdä omia juttujaan jonkin aikaa, ilmastomalleja tutkiva ja kehittävä tutkijatohtori Risto Makkonen sanoo.

Täydellisen tasapainon saavuttaakseen ilmastojärjestelmä toki tarvitsee aikaa. Kun ilmastomalleissa pyritään tarkastelemaan ilmastoherkkyyttä, mallin annetaan siirtyä tilaan, jossa ilmastojärjestelmä on saavuttanut jonkinlaisen vakauden tai pseudotasapainon.

Iso kysymys on, että tutkijat eivät tarkkaan tiedä, kuinka herkkä ilmastojärjestelmämme on hiilidioksidin merkittävälle lisäykselle. Epävarmuus syntyy ensinnäkin siitä, että ilmastoherkkyyttä sinänsä ei voida mitata.

– Ilmastoherkkyyden saaminen esiin olemassaolevasta havaitusta datasta on hyvin vaikeata, koska satelliittikuvat eivät kerro pakotetta suoraan. Joudutaan käyttämään yhdessä mittauksia, teoriaa ja monimutkaisia malleja.

Osaamme varsin hyvin sanoa, minkälainen lämmittävä ilmastopakote syntyisi hetkellisesti, jos hiilidioksidia lisätään tietty määrä ilmakehään, mutta tämä ei merkitse samaa kuin se, kuinka paljon planeetta lämpenee. Myöskään ilmastoherkkyys ei tarkoita suoraan sitä, miten suuri lämmittävä pakote hiilidioksidipitoisuuden lisäyksestä ilmastoon aiheutuu, eikä hiilidioksidipitoisuuden kasvu ei ole ainoa ihmisen aiheuttama ilmastopakote..

Säteilypakote tai ilmastopakote on suure, joka kuvaa Maahan saapuvan ja poistuvan säteilyn välistä eroa. Säteilypakotteen yksikkö on W/m2. Jos Säteilypakote on positiivinen, ilmasto lämpenee ja jos se on negatiivinen, ilmasto viilenee.

Ilmastoherkkyys on arvo, joka ottaa huomioon ilmastojärjestelmän toiminnan kaikkine vuorovaikutuksineen ja takaisinkytkentöineen kun hiilidioksidipitoisuus ilmakehässä nousee. Kun lämpötila nousee, syntyy takaisinkytkentöjä joista osa lämmittää ja osa viilentää ilmastoa. Osa takaisinkytkennöistä on lähes välittömiä, osa vaikuttaa vuosisatojen aikana. Kaikista monimutkaisimmista takaisinkytkennöistä ei edes tiedetä, lämmittävätkö vai viilentävätkö ne lopulta ilmastoa.

Tarkentuva tieto?

Paljonko ilmasto sitten oikein lämpenee, jos tai kun hiilidioksidin määrä kaksinkertaistuu? Tästä ei olla oltu, eikä olla vieläkään varmoja. Ilmastoherkkyyden vaihteluväli on Makkosen mukaan ollut verraten suuri ja pääpiirteittäin hyvin samansuuruinen jo ensimmäisistä ilmastomalleista lähtien: puolestatoista tai kahdesta Celsius-asteesta neljään ja puoleen asteeseen.

Kun hiilidioksidi lisääntyy nyt ilmakehässä hyvin nopeasti ja käsillä oleva ilmastonmuutos on aiempiin tunnettuihin ilmastonmuutoksinkiin nähden  hyvin nopea, ero lähitulevaisuudessa siintävän 1,5 astetta lämpimämmän ja 4,5 astetta lämpimämmän maailman välillä on valtava. Kun ilmastomallit ennakoivat, että Pohjois-Euroopassa keskilämpötilat olisivat merkittävästi planeetan keskiarvoa korkeammat, täällä muutokset olisivat hyvin merkittäviä. Korkean ilmastoherkkyyden skenaarioissa merenpinnan nousu uhkaisi rannikkokaupunkeja toden teolla ja – paha sanoa mitä muuta, ennustaminen olisi niin rajun muutoksen maailmassa vaikeaa.

Tasapainoherkkyyden on arveltu olevan 66 prosentin todennäköisyydellä 1,5–4,5 astetta Celsiusta niin, että todennäköisyys 4,5 asteen ylitykselle olisi noin 25 prosenttia. Nyt Coxin ja kumppanien tutkimus haarukoi ilmastoherkkyyden 66 prosentin todennäköisyydellä välille 2,2–3 astetta, ja todennäköisyys yli 4,5 asteen ilmastoherkkyydelle on vain prosentti. Todennäköisin arvo oli IPCC:n aiemmassa arviossa 3 astetta, kun Coxin paperissa se on 2,8 astetta, joten tältä osin suurta mullistusta aiempaan nähden uusi tutkimus ei ennakoi, kunhan tarkkuus on suurempi.

Coxin et al. tutkimus vertaa havaittuja muutoksia pintalämpötilassa tunnettuihin pitkäaikaisiin luonnollisiin ilmastonmuutoksiin. Tämä menetelmä auttoi tutkijoita poistamaan tuloksistaan ihmisen aiheuttamaan ilmastopakotteeseen liittyviä epävarmuuksia.

Apuna käytetään IPCC:n viidennen ja viimeisimmän arviointiraportin käyttämien ilmastomallien CMIP5-ajoja, ja niiden tuottamasta datasta mallinnetaan matemaattisesti yhteys ilmastoherkkyyden ja lämpötilan välille. Tutkimuksessa käytettiin kuuttatoista IPCC:n käyttämää mallia, ja lopuilla 23 CMIP5-mallilla tulokset testattiin.

– Tutkimus viisaasti valitsi käyttöönsä mahdollisimman erilaisia malleja, koska monet ilmastomalleista sisältävät keskenään samankaltaisia osia. Näiden 16 valikoidun joukossa ei ollut sellaisia, jotka ovat lähisukulaisia keskenään, Makkonen arvioi.

Makkonen pitää tuoretta tutkimusta varsin vakuuttavana ja tervetulleena uutena yrityksenä määrittää ilmastoherkkyys tarkemmin.

– Erityisesti tämä paperi on hyödyllinen analyysivaiheessa, kun arvioidaan mallien välisiä eroavaisuuksia.

Ilmastoherkkyyttä ei syötetä malliin

Kun ilmastomalleja tehdään, tarkoituksena ei ole kaventaa ilmastoherkkyyteen liittyviä epävarmuuksia. Silti ilmastomallintajat kuten Makkonen työskentelevät juuri niiden epävarmuuksien kanssa, joista ilmastoherkkyysarvioidenkin suuri vaihteluväli on johtunut.

Ilmastoherkkyyttä ei myöskään syötetä malleihin, vaan kunkin mallin herkkyysarvo syntyy siitä, miten ne systeemin toimintaa mallintavat.

Kaikki monimutkaiset dynaamiset vaikutukset kasvillisuudessa, ilmakehän ja merten kemiassa, aerosoleissa ja niin edelleen kieltämättä sisältävät paljon muuttujia ja epävarmuuksia. Siinä missä vanhat ilmastomallit keskittyvät enimmäkseen ilmakehän ja meren virtauksiin, nykyiset ilmastojärjestelmämallit ottavat huomioon paljon enemmän. Ja se tietysti vaatii paljon enemmän laskentatehoa.

– Mallit perustuvat perusfysiikkaan ja -kemiaan. Lähtöparametrit kuvataan mahdollisimman tarkasti ja sitten simuloidaan supertietokoneiden avulla, mitä tapahtuu ja minkälaisia dynaamisia vuorovaikutuksia on. Pyrimme rakentamaan ilmastojärjetelmästä mahdollisimman realistisia malleja ja siinä sivussa tullaan sanoneeksi asioita myös ilmastoherkkyyteen liittyen.

Makkosen mukaan hiilidioksidipitoisuuden kaksin- tai nelinkertaistaminen on hyvin tyypillinen skenaario, joka ilmastojärjestelmämallille tavataan simulaatioissa antaa.

– Pitää myös huomioida että lämmittävä ilmastopakote voi syntyä hiilidioksidipitoisuuden kasvun lisäksi esimerkiksi aerosolihiukkasten vähenemisen seurauksena. Vaikka pakote olisikin samansuuruinen, ilmastojärjestelmän herkkyys näille pakotteille on varmasti erilainen.

Supertietokoneet raksuttavat

Ilmastoherkkyyden paremmasta ymmärtämisestä on ilmastomallinnukselle kuitenkin iloa, Makkonen sanoo. Esimerkiksi nämä Coxin ja kumppaneiden uuden haarukoinnin kaltaiset eri metodein laaditut tarkennusehdotukset tulevat tarpeeseen.

Makkosen johtama Earth System Modeling group Helsingin yliopiston INAR-instituutissa on tänä keväänä mukana ajamassa ilmastoskenaarioita IPCC:n seuraavaan arviointiraporttiin. Kuudennen ilmastoraportin luonnontieteellisen osuuden on määrä ilmestyä vuonna 2021 ja yksi sen taustana käytettävistä kymmenistä ilmastojärjestelmämalleista on Kumpulassakin pyöritettävä EC-Earth.

EC-Earth on eurooppalaisen konsortion yhteinen ilmastomalli, jossa Helsingin yliopiston tutkimus on vahvasti mukana. Makkosen mukaan eräs mallin vahvuus on siinä, että se kuvaa ilmakehän kemiaa ja aerosolien osuutta ilmastojärjestelmässä hyvin yksityiskohtaisesti ja viimeisimpään tutkimukseen perustuen. Aerosolien ilmastovaikutusta ei tunneta vielä niin tarkasti kuin esimerkiksi tärkeimpien kasvihuonekaasujen osuutta, joten tutkimus alalla auttaa hyvinkin rajaamaan realistisimmissakin ilmastomalleissa vielä olevia epävarmuuksia. Aerosolien ja ilmakehän kemian mallintamisen kehittyminen on yksi suuri ero viidennessä arviointiraportissa käytettyihin malleihin.

– Mallintajan näkökulmasta on kiinnostavampaa pyrkiä rajaamaan nimenomaan näitä hiilidioksidipitoisuutta epävarmempien muuttujien vaihteluvälejä. Silti tämä Coxin ja kumppaneiden tutkimus, ja tässä nyt ehtii varmasti tulla vielä muutamia muitakin, ovat arvokkaita IPCC:lle, kun he alkavat arvioida ja tehdä analyysejä ja yhteenvetoja varsinaiseen arviointiraporttiin.

Fysikaalisten epävarmuuksien lisäksi on ennakoitava tulevaisuutta. Ihmisen aiheuttama hiilidioksidipakotekaan ei nimittäin ole itsestään selvä. Päästöt vaihtelevat vuosittain ja niiden kehitystä on vaikea ennakoida. Luonnontieteeseen limittyy näin aimo annos yhteiskunnallista ennakointia. Uusiss ilmastosimulaatioissa on käytössä jälleen päivitettyjä sosioekonomisia skenaarioita, joita Makkonen kumppaneineen EC-Earthilla simuloi.

– Koska uudet mallit kuvaavat tarkemmin ja realistisemmin ilmastojärjestelmän toimintaa, on kiinnostavaa tietysti nähdä, miten meidän mallimme tulokset suhtautuvat esimerkiksi tähän Coxin tutkimuksen ilmastoherkkyyden vaihteluväliin.

Entäs sitten?

Coxin ja tovereiden käyttämä menetelmä siis on Makkosen mukaan tervetullutta keskustelua, josta on taatusti paljon hyötyä, kun IPCC seuraavan raportin kirjoittajat analysoivat mallien antamia tuloksia ja laativat tiivistelmiä.

Vaikka tämänkin tutkimuksen arvo taatusti todella punnitaankin akateemisessa keskustelussa ja eri metodein laadittuja ilmastoherkkyystutkimuksia yhdistämällä, tutkimus on saanut osakseen myös nopeita reaktioita. Esimerkiksi hiilibudjetteihin rakentavan kriittisesti suhtautuva ilmastotutkija Glen Peters kirjoittaa Oslon yliopiston ilmastotutkimuskeskus CICEROn sivuilla, kuinka globaali hiilibudjetti, jonka rajoissa on pysyttävä, olisikin Coxin ja kumppaneiden tutkimuksen myötä tuntuvasti suunniteltua suurempi. Petersin lausumaa on vaikea nähdä kuitenkaan avoimena tuprutteluvaltakirjana, vaan pikemmin pienenä valonpilkahduksena. Kuten jo aiemmin todettu: pahimmat mahdolliset tulevaisuudet olisivat vähän epätodennäköisempiä.

Tuntuu jotenkin uskaliaalta sanoa, että globaali hiilibudjetti voisi olla hieman suurempi. Koska ilmastokeskustelu on surkean mustavalkoiseksi politisoitunutta, minkäänlaisten helpotukselta kuulostavienkaan lausumien taakse asettuminen on jotenkin ”vaarallista”.  Jos ilmastoherkkyys olisi tuo Coxin ja kumppanien keskiarvo 2,8 astetta, tavoiteltuun puolentoista asteen lämpenemiseen olisi silti lähes mahdoton päästä, ja Petersin hahmottelemaan kahden asteen hiilibudjettiin pääseminen vaatisi isoja rakenteellisia muutoksia ja mittavia toimia. Ei mitään uutta siinä, siis.

P. S.

Luen harvoin kommenttipalstoja tiedejutuista, mutta sivustoilla, joilla osa kommentoijista on tutkijoita itsekin se on joskus mielenkiintoista. Kun Realclimaten blogisti ja Norjan ilmatieteen laitoksen tutkija Rasmus E. Benestad kirjoitti pätevästi epäilyksistään Coxin ja kumppaneiden artikkelia kohtaan, heti ensimmäinen kommentti kysyy kirjoittajalta, miltä tuntuu olla denier, ”kieltäjä”.

”Ilmastonmuutoksen kieltäjä” on tässä kyyninen olkiukko, joka tarkoittaa tutkijaa, jonka mielessä ilmastotiede ei ole loppuunkäsitelty ja valmis. Paraatiesimerkki tiedekeskustelun viemisestä sivuraiteille. En itse ole koskaan tavannut tutkijaa, jonka mielestä tiede olisi valmis. Miten ihmeessä muka 1,5 ja 4,5 asteen vaihteluväli ilmastoherkkyyden suhteen voisi merkitä ”lopullista totuutta”?

Blogikirjoituksen taustalle on haastateltu tutkijatohtori Risto Makkosta Helsingin yliopiston INAR-instituutista. Makkonen johtaa Kumpulassa Earth system modeling -ryhmää.