1 / 48

Vaikuttaako avaruussää maanpäälliseen säähän?

Vaikuttaako avaruussää maanpäälliseen säähän?. Geomagnetismin luento, sl. 2005 Heikki Nevanlinna. Vaikuttavatko auringonpilkut säähän ja ilmastoon?.

hova
Download Presentation

Vaikuttaako avaruussää maanpäälliseen säähän?

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Vaikuttaako avaruussää maanpäälliseen säähän? Geomagnetismin luento, sl. 2005 Heikki Nevanlinna

  2. Vaikuttavatko auringonpilkut säähän ja ilmastoon? • W. Herschel (v. 1801) esitti ajatuksen, että auringonpilkkujen vaihtelu vaikuttaa maapallon suursäätilaan ja sitä kautta esim. vehnän hinnan vuosivaihteluihin • H. Schwabe keksi v. 1843 auringonpilkkujen esiintymisen 11-vuotisen jaksollisuuden • Revontulien ja geomagneettisten häiriöiden esiintymistiheyden 11-vuotinen vaihtelu havaittiin 1850-luvulla • Ilmatieteen laitoksen ensimmäinen johtaja J.J.Nervander (1805-1848) tutki Auringon pyörähdysajan (27 d) mukaisia lämpötilan vaihteluja Aurinko 16.1.2005 Aurinko 16.1.2005

  3. Pilkut ovat osa Auringon muuttuvaa magneettikenttää Kenttäviivoja

  4. Auringonpilkkujen 11-vuotinenjakso Maksimi v. 2000. Seuraava pilkkuminimi on v. 2006-07 Pilkkujakson keskimääräinen kesto ajanjaksolle 1610-1996 on 11.0 v Auringon magneettikenttä vaihtaa napaisuuttaan 22 v jaksossa (Halen j.)

  5. Auringon pilkkulukujen hitaat vaihtelut Gleissberg: 90-110 v. De Vries: 200-220 v.

  6. Auringon aktiivisuuden lähteitä CME Korona-aukot CME 16.1.2005 Pilkkujen ympäristö Aurinkotuuli Flare

  7. Aurinkotuuli puhaltaa voimakkaimmin pilkkuminimin lähellä, hitaammin pilkkumaksimissa

  8. Magneettisia myrskyjä ja revontulia on eniten 2-3v. pilkkumaksimin jälkeen

  9. Suuria hiukkaspurkauksia on Auringossa eniten pilkkujakson laskevalla kaudella

  10. Avaruussää - mitä se on? • Avaruussää on maapallon lähiavaruuden sähkömag-neettisen voimien ja sähköi-sesti varattujen hiukkasten muutos. Avaruussääilmiöt (esim. revontulet) tapahtuvat pääasiassa maapallon ioni- ja magneettikehissä noin 100 km korkeudelta lähtien. • Avaruussäähäiriöt aiheutuvat auringon aktiivisuudesta ja liittyvät auringonpilkkuihin. Aurinkotuuli tuo varattuja hiuk-kasia maapallon lähiavaruu-teen Avaruusilmasto on” lämmennyt” 1900 -luvun alusta lähtien: magneettisten myrskyjen ja revontulien määrä on kasvanut

  11. Auringon purkauksien voimaa • Coronal Mass Ejection eli CME on auringon massapurkaus, jonka aikana auringon materiaa sinkoutuu avaruuteen tyypilli-sesti miljardi tonnia nopeudella 1000 km/s. Purkaus havaitaan maapallolla 1-2 vrk myöhemmin • Maapallo vastaanottaa lisä-energiaa suunnilleen 500 GW teholla jopa useiden tuntien ajan. Lisäenergia on kuitenkin vain promillen osia auringon jatkuvasta säteilystä Revontulikaari USA:n yllä 8.11.2004 CME vaikuttaa maapallon magneettikehässä suurimmillaan noin 500 GW teholla, joka vastaa yli kymmenkertaisesti koko Suomen tehonkulutusta

  12. Auringon aktiivisuus säätelee yläilmakehää (h > 80 km) • Auringonpilkkumaksi-mista -minimiin ionosfää-rin ja termosfäärin lämpö-tila vaihtelee tekijällä ≈ 2, neutraalihiukkasten ja elektronien tiheys tekijällä ≈ 100 • Auringon aktiivisuus kontrolloi täysin ylä-ilmakehän ominaisuuksia kaikilla aikaväleillä

  13. Ionosfäärin tila seuraa auringonpilkkujen määrää • Auringon aktiivisuus säätelee olennaisesti yläilmakehän fysikaalista tilaa • Onko auringon aktiivisuudella myös vaikutusta alailmakehäs-sä, missä tavalliset sääilmiöt tapahtuvat?

  14. Sääteleekö Auringon aktiivisuus myös sääilmiöitä?

  15. Kasvihuoneilmiö ylläpitää elämää maapallolla Kasvihuoneilmiön vaikutuksesta maapallon keski-lämpötila on +15°C, ilman kasvihuoneilmiötä se olisi -18°C

  16. Lämpötila on kasvanut kahdessa “aallossa” 1900-luvun alusta SAT = Surface Air Temperature Lähde: Climatic Research Unit; www.cru.uea.ac.uk

  17. Kasvihuoneilmiö vahvistuu - maapallon ilmakehä lämpiää • Ilmakehän lämpötila on noussut 150 vuoden aikana 0.6 °C (∆T) • Nousuvauhti ei ole ollut tasais-ta. Lämpötilan nousu oli vähäis-tä 1940-60 ja 1800-luvun lopul-la • Voidaanko lämpötilan nousu selittää kasvihuonekaasujen lisääntyneillä päästöillä? • Hallitusten välisen ilmaston-muutospaneelin (IPCC) tutki-joiden mielestä kyllä; ihmisen “sormenjälki” näkyy lämpö-tilan nopeana kasvuna

  18. Maapallon ilmakehän lämpötilan kasvu: alhaalla lämpiää ylhäällä kylmenee Lämpöpiikit tulivuoren purkauksista 1.“Mittarilukemat” maanpinnalla 2. Satelliittimittaukset troposfäärissä 4-5 km 3. Satelliittimittaukset stratosfäärissä n. 20 km

  19. Maapallon ilmakehällä on kuumetta 0,6 °C

  20. Ilmakehän säteilypakotelähteet

  21. Ilmastonmuutoksen syitä - 1 • Luonnolliset syyt: • Aikavälillä 1-1000 v: Auringon säteilymuutokset, tulivuorien kaasut ja pöly, ilmakehän sisäsyntyiset muutokset ilmakehä-valtamerikytkennöissä (esim. El Nino-ilmiö) • Aikavälillä 1000 - 100 000 vuotta: Maapallon kiertoradan ja pyörimisakselin kallistuskulman muutokset rytmittävät jääkausien esiintymistä (Milankovichin säteilyteoria), vulkanismi, aurinko • Aikavälillä >> 100 000 vuotta: Mannerliikunnot, vuoristojen muodostumiset muuttavat meri- ja ilmavirtoja ja ilmastoa

  22. Ilmastonmuutoksen syitä - 2 • Ihmisen aiheuttamat muutokset: • Aikaväli 10-200 vuotta • Kasvihuonekaasujen (mm. CO2, CH4) lisääntyneet päästöt nostavat maapallon ilmakehän alaosan lämpötilaa ja vaikuttavat ilmastoon. Stratosfääri jäähtyy • Freonit eli CFC-yhdisteet tuhoavat stratosfäärin (15-30 km) otsonia (arktiset otsoniaukot), joka muuttaa ylemmän ilmakehän ilmastoa • Teollisuuden aerosolipäästöistä ilma samenee ja jäähtyy

  23. Auringon säteilyenergian vaihtelut • Aurinkovakio (S) 1360 W/m2.Ilmakehän muutosten tärkein energialähde • Energiamaksimi näkyvän valon (≈ 500nm) alueella • S vaihtelee auringon-pilkkujakson aikana max. ±0.1%. Säteily on suurin pilkkumaksimissa • Auringon säteilyn intensiteetin vaihtelut suuria, kun l < UV tai l >> IR (radioaallot MHz, GHz)

  24. Auringon kokonaissäteily ja maapallon lämpötila 1856-2003

  25. Auringon säteily riippuu heikosti auringonpilkuista • Satelliittimittaukset osoit-tavat, että auriko on hie-man kuumempi pilkku-maksimissa kuin mini-missä • Ero säteilyvoimakkuu-dessa on noin 0.1 %, joka aiheuttaa maapallolla korkeintaan 0.1 °C lämpö-tilamuutoksen.

  26. Auringonpilkkulukujen määrä ei vaikuta maapallon lämpötilaan T 1856-2003 Auringonpilkut

  27. Vaikuttaako kosminen säteily pilvisyyteen? H. Svensmark, 2000. Space Sci. Rev, 93.

  28. Auringon aktiivisuus ja maapallon lämpötila Friis-Christensen & Lassen, 1991. Science, 254.

  29. LÄMPÖTILAAN VAIKUTTAVAT SEKÄ AURINKO ETTÄ HIILIDIOKSIDIN KASVU 40 0.4 35 ∆T 0.2 30 ∆T(aa, CO2) Auringon aktiivisuus (aa) Lämpötilan muutos 25 0.0 20 -0.2 aa 15 -0.4 10 1880 1920 1960 2000 Vuosi Lämpötilan muutoksessa mukana myös auringon vaikutus • Lämpötilan muutoksia aiheuttavat ns. luonnolliset tekijät (aurinko, tulivuoret ja ilmakehän omat sisäiset muutokset mm. El Nino) • Auringon säteilymuutokset selittävät korkeintain 20% lämpötilan muutoksesta ennen vuotta 1960 • Nykyinen lämpötilan kasvu-vauhti todistaa voimistuneen kasvihuoneilmiön vaikutuksesta

  30. 1930-luvun lämpökausi: alueellinen ilmiö 1930-luvun lämmin kausi rajoittui pohjoisille leveysasteille lokaalina ilmiönä Napaseutu Nyt käynnissä oleva lämpeneminen on globaalia laajuutta Keskileveysasteet

  31. Lämpenemisen selitysmalli(Delworth & Knutson, 2000. Science, 287) Coupled Ocean-Atmospheric Model

  32. 0.6 0.4 Maapallon lämpötila 0.2 Auringon aktiivisuuden Maapallon lämpötilan muutos (°C) ennuste lämpötilalle 0.0 -0.2 -0.4 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 Vuosi Auringon muutokset vaikuttavat lämpötilan hitaissa muutoksissa Lämpötilan “Jääkiekko- mailakäyrä” Mann et al, 1998

  33. -8 0.3 Solar Irradiance 0.2 -4 0.1 Breaking up of Ice (Days Since May 15) 0 Change in the Solar Irradiance (W/m^2) 0.0 4 -0.1 Date of the Breaking-up of Ice -0.2 8 1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000 Year Jäänlähtö Tornionjoesta aikaistuu: onko Auringolla osuutensa? • Tornionjoen jäänlähtö-päivän hitaat vaihtelut 1693-2002 kertovat ilmastonmuutoksista. Jäänlähtöpäivät ovat 300 vuodessa aikaistuneet noin 2 viikkoa • Auringon kokonais-säteilyn muutoksella on tietty korrelaatio jään-lähtöpäivien vaihteluun

  34. Auringon säteily ja revontulien esiintyminen 1000 vuoden aikana

  35. Selitysmalleja auringon aktiivisuuden ja maapallon sääilmiöiden välille • Vaikuttajia: • *Säteilymuutokset (UV) • *Hiukkaset (elektr., prot.) • Auringon aktiivisuus-vaikutuksia vahvistavia mekanismeja ilmakehässä: * ionisaatio, josta syntyy pilviä • * otsonipitoisuuden muu-tokset, jotka vaikuttavat lämpötilaan stratosfäärissä

  36. “Auringon aktiivisuuden vaikutus sääilmiöihin” (H. Nevanlinna, 1974), Ilmatieteen laitos, Tutkimusraportti No.53 “Auringon aktiivisuus ja maapallon lämpötilan vaihtelut 1856-2003”(H. Nevanlinna, 2004), Ilmatieteen laitos, Raportteja 2004:4 Kokemuksia Auringon aktiivisuus vs. sää- & ilmastotutkimuksista 30 vuoden ajalta

  37. Tutkimusmetodi on yleensa tilastollinen, missä Auringon aktiivisuusparametriä (esim. pilkkuluku) verrataan jonkin ilmastomuuttujan (esim. lämpötila) pitäaikaissarjaan Vertailu antaa esim. korrelaatiokertoimia (k) tai spektrianalyysin avulla saatuja jaksollisuuksia (T), joiden statistisen yhteensopivuuden katsotaan todistavan Auringon vaikutuksista ilmakehään Kokemuksia Auringon aktiivisuus vs. sää- & ilmastotutkimuksista 30 vuoden ajalta

  38. Yleensä ei ole mitään fysikaalista selitysmallia saaduille korrelaatioille tai jaksollisuuksille. Implisiittisenä oletuksena on, että “Auringon säteilymuutos kuitenkin vaikuttaa maapallon ilmastoon”. Fysikaaliset selitykset ovat kvalitatiivisia tai spekulatiivisia. Toistuva ongelma näissä tutkimuksessa on saatujen korrelaatioiden pysymättömyys aikasarjaa jatkettaessa, mikä todistaa, ettei todellista syy-seuraussuhdetta ole, vaan kysymys on sattumasta Kokemuksia Auringon aktiivisuus vs. sää- & ilmastotutkimuksista 30 vuoden ajalta

  39. Maapallon kiertorata auringon ympärillä muuttuu hitaasti. Radan muoto vaihtelee ympyrästä ellipsiin. Kun rata on soikeimmillaan maapallon saama auringon säteily muuttuu etäisyyden muuttuessa auringosta. Säteilymuutokset ovat suurimmillaan ± 20 % Jääkausien syntyyn vaikuttaa auringon säteily

  40. Maapallon kiertoradan muutokset vaikuttavat ilmastoon hitaasti Kiertoradan soikeus vaihtelee 100 000 v jaksossa Kiertoakselin kallistus-kulma ja suunta muut-tuu 21 000 ja 43 000 v jaksoissa

  41. Jäätiköt kasvavat ja supistuvat Milankovichin jaksoissa

  42. Jääkaudet vuorottelevat 100 000 vuoden jaksoissa Lämmintä Lämmintä Lämpötila Kylmää Kylmää Kylmää

  43. CO2-pitoisuus ja lämpötila 150000 vuoden ajalta • Ilmakehän hiilidioksidi-pitoisuus on nyt noin 30 % korkeampi kuin kertaakaan noin 400 000 vuoteen • Miten se nostaa maapallon lämpötilaa kasvihuone-ilmiön kautta? Nykytaso 200 v sitten Jääkausi päättyy

  44. Auringon kokonaissäteily muutos pilkkujakson aikana < 1 ‰. Se voidaan havaita heikkona vaihteluna globaalilämpötilassa (∆T ≈ ±0.05°C) Auringon säteilyn systemaattinen kasvu noin vuodesta 1850 voi selittää ilmakehän lämpötilan hitaasta vuosikymmeniä kestävistä heilahteluista ehkä 20 - 40 %. Auringon pakote on pitkäaikais-vaihteluissa (> 11 v) kääntynyt laskuun Epäsuorat auringon aktiivisuuden vaikutukset: stratosfäärin otsonipitoisuuden (UV) muutokset ja kosmisten säteiden pilvisyysvaikutukset, ovat spekulaatioiden tasolla. Vaikutus-mekanismit osittain tuntemattomia Päätelmiä (aikaväli 10-200 vuotta)

  45. Ihmisen aiheuttamista kasvihuonekaasupäästöistä johtuen (lähinnä hiilidioksidi) ilmakehän CO2-pitoisuus on korkeampi kuin koskaan 400 000 vuoden aikana Kasvihuoneilmiön voimistumisesta ja siitä johtu-vasta maapallon lämpötilan noususta huolimatta ilmastokehitys kulkee kohti seuraavaa jääkautta 10 000 - 15 000 vuoden kuluttua; ihmiskunnan aiheuttaman kasvihuoneilmiön vahvistumisen ansiosta sen alku voi myöhästyä Ennusteiden mukaan siitä tulee heikompi kuin edellisestä Päätelmiä (aikaväli >> 200 v)

  46. Auringon aktiivisuus vaikuttaa hitaissa ilmastonmuutoksissa. Voi olla merkittävä tekijä, kun T > 100 v. Harhaa on väittää kaiken ilmastonmuutoksen johtuvan auringosta Suurin osa maapallon viimeaikaisesta lämpötilankasvusta johtuu ihmiskunnan kasvihuonepäästöistä. Kyseessä ei ole “luonnollinen muutos” Lisää päätelmiä

More Related