Mittaukset kertovat ilmaston muuttuvan
Maapallon ilmasto on lämmennyt lähes asteen 1800-luvun lopun jälkeen. Ilmastonmuutos näkyy myös siinä, että valtamerten pinta on noussut ja vesi on lämmennyt. Lisäksi esimerkiksi manner- ja vuoristojäätiköt sekä pohjoinen merijää ovat kutistuneet. Pohjoisilla maa-alueilla sademäärät ovat kasvaneet ja sateet paikoin voimistuneet.
Maapallon keskilämpötila on noussut vajaan asteen
Maapallon ilmasto on lämmennyt vuodesta 1880 lähtien 2010-luvun alkuun noin 0,85 astetta [1], [2], [3]. Suurin osa lämpötilan noususta on tapahtunut viimeksi kuluneen kuudenkymmenen vuoden aikana, jolloin maapallon keskilämpötila on noussut yhteensä noin 0,72 astetta [3], eli noin keskimäärin 0,12 astetta vuosikymmenessä (kuva 1) [1], [2], [4].
Viimeiset kolme vuosikymmentä 1980-luvusta alkaen ovat olleet kukin vuorollaan lämpimämpiä kuin yksikään aikaisempi vuosikymmen 1800-luvun puolivälin jälkeen (kuva 1) [1], [2], [3]. Mittaushistorian aikana lämpimintä on toistaiseksi ollut vuonna 2016. Edelliset ennätykset olivat vuosilta 2015 ja 2014. [5], [6]
Lämpötilan nousu on edennyt epätasaisesti
Maailmanlaajuinen ilmaston lämpeneminen näkyy selvästi, kun tarkastellaan pitkää aikaväliä eli seurataan maapallon keskilämpötilan kehittymistä vähintäänkin usean vuosikymmenen aikana. Keskilämpötila (kuva 1) ei ole kuitenkaan noussut tasaisesti, vaan välillä nousu on ollut nopeampaa ja välillä hitaampaa. Tällaisen luonnollisen vaihtelun takia lyhyistä aikasarjoista lasketut trendit eivät yleensä anna oikeaa kuvaa ilmaston kehityksestä, sillä niihin vaikuttaa voimakkaasti tarkastelujakson alku- ja loppuhetken valinta. [1], [2], [3]
Lämpötila kohosi vuosina 1910–1940, minkä jälkeen nousu taittui useammaksi kymmeneksi vuodeksi. Lämpötila nousi jälleen nopeasti 1900-luvun lopulla, mutta vuoden 2000 jälkeen on taas vallinnut suvantovaihe. [4]. Lämpötilan nousun hidastumista selittää se, että lämpöä on siirtynyt ilmakehästä meriin; merien lämpömäärä on vuoden 2000 jälkeen kasvanut nopeasti. [4], [7] Hitaamman lämpenemisen taustalla voivat olla myös muun muassa runsastunut tulivuoritoiminta ja ihmiskunnan hiukkaspäästöjen nopea kasvu [4].
Maapallon keskilämpötilan nousun lisäksi laajoilla alueilla on 1900-luvun puolivälin jälkeen havaittu muutoksia äärilämpötilojen esiintymisessä. Koleat päivät, kylmät yöt ja pakkasjaksot ovat harvinaistuneet, kun taas kuumia päiviä, lämpimiä öitä ja hellekausia esiintyy entistä useammin. [1], [2], [3]
Kuva 1. Maapallon keskilämpötila on noussut. a) Havaintoihin perustuva maapallon keskilämpötilan vaihtelu vuosina 1850–2012 poikkeamana jakson 1961–1990 keskiarvosta. Kuvan ylemmässä osassa on esitetty vuosittaiset ja alemmassa kymmenvuotisjaksojen keskilämpötilat. Jälkimmäiseen on merkitty harmaalla varjostuksella pisimmän havaintosarjan perusteella laskettu keskilämpötilan epävarmuusväli. b) Vuotuisen keskilämpötilan muutos vuosina 1901–2012 eri puolilla maapalloa. Valkoisilta alueilta ei ole riittävästi havaintotietoa. Ristein on merkitty alueet, joilla muutos on tilastollisesti merkitsevää 10 prosentin tasolla.[1], [2]
Keskiajan lämpöhuippu pohjoisella pallonpuoliskolla on ylitetty
Pohjoisen pallonpuoliskon keskilämpötila oli 1900- ja 2000-lukujen vaihteessa todennäköisesti korkeampi kuin kertaakaan vähintään 1400 vuoteen. Lämpötilat ovat mitä ilmeisemmin olleet sydänkeskiajalla noin tuhat vuotta sitten ajoittain yhtä korkeita kuin viime vuosikymmeninä. Korkeita lämpötiloja ei kuitenkaan tällöin esiintynyt samanaikaisesti eri puolilla maailmaa, kuten nykyään. [1], [2], [8] Pohjoisilla alueilla lämpötilat tosin vaihtelevat hyvin paljon vuosikymmenestä toiseen, ja siellä oli lämmintä myös vuosina 1925–1945 [9].
Pohjoisilla napa-alueilla keskimääräiset lämpötilat ovat nousseet viimeksi kuluneen sadan vuoden aikana voimakkaasti. [1], [2], Nousuvauhti on ollut lähes kaksi kertaa niin nopea kuin maapallolla keskimäärin [9], [8]
Jäät ja jäätiköt ovat kutistuneet
Sekä Grönlannin että Etelämantereen mannerjäätiköiden massa on pienentynyt kiihtyvään tahtiin viimeisten kahdenkymmenen vuoden aikana. Grönlannin mannerjäätikön vuosittainen sulamisvauhti on noussut noin 35 miljardista 215 miljardiin tonniin ja Etelämantereen 30 miljardista 147 miljardiin tonniin [1], [2], [10]
Vuoden 1978 jälkeen tehdyt tekokuu- eli satelliittihavainnot osoittavat, että Pohjoisen jäämeren keskimääräisen vuotuisen jääpeitteen laajuus on pienentynyt noin neljä prosenttia eli noin 0,5 miljoonaa neliökilometriä vuosikymmenessä (kuva 2). Kesällä monivuotisen jään pinta-alan väheneminen on ollut vieläkin nopeampaa. Näyttää siltä, että pohjoisilla merillä ei ole ollut kesäisin yhtä vähän jäätä eikä merivesi yhtä lämmintä ainakaan 1450 vuoteen. [1], [2], [10]
Eteläisellä jäämerellä jääpeite on sitä vastoin viimeisten kolmen vuosikymmenen aikana laajentunut noin 1,5 prosenttia eli noin 0,15 miljoonaa neliökilometriä vuosikymmenessä [1], [2], [10]. Näyttää siltä, että pääsyynä tähän ovat olleet tuuliolosuhteiden muutokset, jota aiheuttavat maailmanlaajuinen ilmaston lämpeneminen sekä otsonikato. Tuulet pyrkivät tällöin levittämään jäitä entistä laajemmalle alueelle. [11] Etelämantereen niemimaan tuntumassa ja sen länsipuolella merijää on kuitenkin vähentynyt [11], [10].
Vuoristojäätiköt ovat kutistuneet eri puolilla maailmaa. Viimeisten neljänkymmenen vuoden aikana eli 1970-luvun alusta lähtien vuoristojen jäätiköistä on sulanut jäätä keskimäärin yhteensä 226 miljardia tonnia vuodessa. Sulamisvauhti on kiihtynyt viime vuosina. [1], [2], [10]
Routa ja lumi ovat vähenemässä
Pohjoisessa ikiroudan peittämillä alueilla maan pintakerrosten lämpötila on 1980-luvun alusta lähtien noussut paikoin jopa 2–3 astetta. Pohjois-Venäjällä ikiroudan peittämän alueen pinta-alan on havaittu pienentyneen ja routakerroksen ohentuneen. [1], [2], [10]
Pohjoisella pallonpuoliskolla myös lumipeitteen laajuus maa-alueilla on supistunut voimakkaasti (kuva 2), etenkin keväisin. Viimeisen viidenkymmenen vuoden aikana suhteellisesti ottaen suurin muutos on tapahtunut kesäkuussa, jolloin keskimääräisen lumipeitteen laajuus on kutistunut puoleen alkuperäisestä [1], [2], [10].
Valtamerten vesi on lämmennyt ja pinta noussut
Valtamerien ylimmät kerrokset 700 metrin syvyyteen saakka ovat lämmenneet viimeisten neljänkymmenen vuoden aikana (kuva 2). Eniten on lämmennyt valtamerten pintaosa eli pinnalta 75 metrin syvyyteen ulottuva vesikerros, jonka lämpötila on noussut keskimäärin 0,11 astetta vuosikymmenessä eli yhteensä lähes puoli astetta. Tämä johtuu siitä, että ilmaston lämmetessä maapallon ilmastojärjestelmän sisältämän lämpöenergian määrä kasvaa. Tästä lisäenergiasta valtaosa, yli 90 prosenttia, on varastoitunut meriin. Lämpeneminen on todennäköisesti lähtenyt käyntiin jo aikaisemmin, joskus vuosien 1870 ja 1971 välisenä aikana. [1], [2], [12]
Keskimääräinen maailmanlaajuinen merenpinnan korkeus on noussut runsaassa sadassa vuodessa eli vuosien 1901 ja 2010 välisenä aikana noin 19 cm (kuva 2). Suurin osa eli noin 75 prosenttia 1970-luvun alun jälkeisestä merenpinnan noususta on aiheutunut vuoristojäätiköiden sulamisesta ja meriveden lämpölaajenemisesta. Myös mannerjäätiköistä peräisin oleva vesi on vaikuttanut asiaan. [1], [2], [12]
Merien pintakerros on happamoitunut 26 prosentilla eli veden pH-arvo on laskenut 0,1 yksiköllä teollistumista edeltävään aikaan verrattuna [1], [13]. Meriveden happamoitumista aiheuttaa pääasiassa hiilidioksidi, jota meret sitovat ilmakehästä [12]. Tällä hetkellä ihmiskunnan tuottamista hiilidioksidipäästöistä noin 30 prosenttia liukenee meriin. [12]
Kuva 2. Ilmaston tähänastisia muutoksia kuvaavia aikasarjoja: (a) lumen peittämän alueen laajuus pohjoisella pallonpuoliskolla maalis-huhtikuussa; (b) pohjoisten merialueitten jään pinta-ala heinä-syyskuun keskiarvona; (c) maapallon merien ylimmän 700 metrin paksuisen kerroksen sisältämän lämpöenergian määrän muutos verrattuna vuoden 1970 tilanteeseen; (d) merenpinnan korkeuden maailmanlaajuisen keskiarvon muutos verrattuna vuosina 1900–1905 vallinneeseen tasoon. Eriväriset käyrät esittävät eri tietolähteistä peräisin olevia arvioita. Kaikki luvut ovat yksittäisten vuosien keskiarvoja, ja arvioiden epävarmuutta on havainnollistettu varjostuksella; aivan kaikille käyrille epävarmuusarviota ei tosin ole kyetty esittämään.[1], [2]
Alailmakehässä on enemmän lämpöä ja vesihöyryä
Ilmakehän alimpien osien eli ala- ja keskitroposfäärin lämpötila on noussut 1900-luvun puolivälin jälkeen (kuva 2) [1], [2], [3]. Troposfäärin lämpeneminen johtuu kasvihuonekaasujen pitoisuuksien lisääntymisestä. Samanaikaisesti kasvihuoneilmiön voimistuminen kuitenkin pyrkii jäähdyttämään ylempänä olevaa ilmakehän osaa eli stratosfääriä, joka havaintojen mukaan onkin viilentynyt 1960-luvun jälkeen. Viilenemiseen on myös vaikuttanut se, että stratosfäärin otsonikerros on ohentunut. [1], [2]
Ilmakehän sisältämän vesihöyryn määrä on lisääntynyt ainakin 1970-luvulta lähtien. Havaittu muutos on hyvin sopusoinnussa lämpötilan nousun kanssa, sillä mitä lämpimämpi ilmakehä on, sitä enemmän se kykenee pitämään sisällään vesihöyryä. [1], [2], [3]
Sademäärät ovat yhtäällä lisääntyneet ja toisaalla vähentyneet
Sademäärien on havaittu lisääntyneen pohjoisilla maa-alueilla, muun muassa Pohjois-Euroopassa. Entistä vähemmän taas on satanut esimerkiksi Sahelin ja Välimeren alueilla sekä eteläisessä Afrikassa. Merkkejä muutoksesta on nähtävissä 1900-luvun alkupuolelta lähtien, mutta luotettavia arviot ovat vasta 1950-luvusta eteenpäin. [1], [2], [3]
Myös rankat sateet ovat voimistuneet monilla maa-alueilla, kuten Pohjois-Amerikassa ja Euroopassa. Samalla kuitenkin Välimeren maissa ja Länsi-Afrikassa on esiintynyt myös entistä ankarampia ja pidempiä kuivuuskausia. [1], [2], [3]
Sademäärät kuitenkin vaihtelevat hyvin voimakkaasti myös luonnostaan, joten havaitut muutokset eivät välttämättä aina johdu ihmiskunnan kasvihuonekaasupäästöistä [14].
Trooppiset myrskyt ovat hiukan voimistuneet Pohjois-Atlantilla
Viimeisten sadan vuoden aikana trooppisten hirmumyrskyjen lukumäärä ei ole suuremmin muuttunut [3]. Pohjois-Atlantilla voimakkaimmat hirmumyrskyt ovat kuitenkin luultavimmin sekä lisääntyneet että voimistuneet 1970-luvulta lähtien [3], mikä voi johtua entistä korkeammasta meren pintalämpötilasta [15].
Trooppisten hirmumyrskyjen esiintyminen kuitenkin vaihtelee luonnossa varsin paljon vuosikymmenestä toiseen. Siten myrskyjen ankaroituminen ei välttämättä johdu ainakaan kokonaan ilmaston muuttumisesta. [9]
Suurialaisten myrskyjen lisäksi myös pienimittakaavaisemmat rajut sääilmiöt aiheuttavat paljon tuhoa. Tällaisia ankariasääilmiöitä ovat muun muassa tornadot, raesateet, kovat ukonilmat ja pölymyrskyt. Havaintojen perusteella on vielä mahdotonta sanoa, ovatko tämän tyyppiset ilmiöt mahdollisesti maailmanlaajuisesti yleistymässä. [9]
Ilmaston muuttumista seurataan mittausten ja luonnon arkistojen avulla
Maapallon keskilämpötilan ja eräiden muidenkin ilmastosuureiden muutoksia on ollut mahdollista arvioida mittausten perusteella 1800-luvun puolivälistä alkaen. Mittaushistorian alkupuolen lämpötilatiedot ovat loppupuolta epävarmempia, erityisesti harvemman havaintoasemaverkoston vuoksi. [1], [2]
Troposfäärin lämpötilojen mittaamiseen on viime vuosikymmeninä käytetty radioluotaimia ja satelliitteja [3]. Jälkimmäisten avulla voidaan seurata myös esimerkiksi jääpeitteessä ja jäätiköissä tapahtuvia muutoksia. [10].
Ennen mittarihavaintojen aikaa ilmastonmuutoksia on voitu tutkia luonnon arkistoihin tallentuneiden tietolähteiden, kuten puiden vuosirenkaiden paksuuksien sekä jäätiköiden ja merien pohjakerrosten happi-isotooppien jakaumien avulla. [1], [2]