Stratosfääri lämpenee nyt Siperian yllä voimakkaasti ja vuodenaikaan nähden erikoisen aikaisin: "Arvaamaton tilanne"

Kaukana Suomen itäpuolella Siperian ilmatilassa on parhaillaan tapahtumassa ilmiö, joka voi lähiviikkoina vaikuttaa säähän eri puolilla pohjoista pallonpuoliskoa.

Stratosfäärin alimmissa kerroksissa, noin 10 kilometrin korkeudessa, lämpötila on Pohjois-Siperian yllä nousemassa äkillisesti ja vuodenaikaan nähden myös erikoisen aikaisin. Talvikuukausina stratosfäärin voimakasta lämpenemistä seuraavat tyypillisesti arktisen ilmamassan purkaukset kohti keskileveysasteita, mutta tähän aikaan vuodesta vaikutukset eivät ole niin suoraviivaisia.

Sanoisin, että tilanne on vähintäänkin jännittävä. Jos eläisimme nyt pari kuukautta pidemmällä ja vastaava ilmiö tapahtuisi talven kynnyksellä, olisi helppo todeta, että hyytävän sään todennäköisyys kasvaa lähiaikoina Euroopan, Yhdysvaltojen ja Aasian mantereella. Mutta kun stratosfääri lämpenee jo tässä vaiheessa syksyä, voi vaikutuksia vain arvailla.

Stratosfäärin lämpeneminen ja polaaripyörre

Stratosfäärin äkillisellä lämpenemisellä viitataan siihen, että lämpötila kohoaa ilmakehässä 10–50 kilometrin korkeudella useilla kymmenillä asteilla muutaman vuorokauden sisään. Mitä lähempänä napa-alueita ollaan, sitä alempana stratosfäärin alaraja, eli tropopaussi, sijaitsee. Napa-alueilla se on alle 10 kilometrissä, tropiikissa puolestaan yli 17 kilometrissä.

Stratosfäärin äkillisen lämpenemisen voi käynnistää jokin alailmakehässä eli troposfäärissä tapahtuva voimakas sääilmiö tai esimerkiksi meri- ja manneralueiden välisten suurten lämpötilaerojen laukaisemat Rossby-aallot. Niiden myötä merkittävä määrä energiaa voi siirtyä troposfääristä stratosfääriin, mikä aiheuttaa siellä äkillisen lämpötilan nousun.

Meitä Suomessa kiinnostaa kuitenkin lähtökohtaisesti eniten se, mitä tapahtuu stratosfäärissä pohjoisen napa-alueen ja Siperian ympäristössä. Se kun vaikuttaa meidän säähämme eniten.

Muistellaan hetki viime talvea. Stratosfäärin voimakas lämpeneminen Siperian yllä vuodenvaihteessa ja sitä seurannut polaaripyörteen hajoaminen johtivat hyytävään talvisäähän eri puolilla Eurooppaa ja Yhdysvaltoja tammi–helmikuussa. Esimerkiksi Espanjassa mitattiin samassa rytäkässä kaikkien aikojen uusi pakkasennätys ja erittäin suuria lumikertymiä.

On tyypillistä, että stratosfäärin lämpeneminen vaikuttaa pohjoisen napa-alueen ympärille syntyvään polaaripyörteeseen. Se sanelee pitkälti meidänkin talvisään.

Polaaripyörre syntyy kiertämään pohjoista napa-aluetta viimeistään alkutalven aikana, kun lämpötilaerot eteläisempien leveysasteiden välillä kasvavat tarpeeksi suuriksi. Lämpötilan voimakas lasku aiheuttaa myös ilmanpaineen laskun napa-alueen ympäristössä, mikä toimii alkusysäyksenä polaaripyörteen – ikään kuin arktisen matalapaineen alueen – syntymiselle. Pyörre koostuu kahdesta eri osasta, joista toinen sijaitsee troposfäärin alimmissa kerroksissa ja toinen korkealla stratosfäärissä.

Karkeasti ottaen voisi ajatella näin: mitä nopeammin pohjoinen napa-alue jäähtyy ja mitä ripeämmin jääpeitettä muodostuu talven lähestyessä, sen tiiviimpi polaaripyörteestä voi syntyä. Tällöin Suomen leveysasteilla vallitsevat keskimäärin voimakkaat länsivirtaukset ja kylmin ilma pysyy polaaripyörteen sisäpuolella. Niinä talvina, kun pyörre syystä tai toisesta ei ole voimakas tai se hajoaa, kylmää ilmaa karkaa helpommin pyörteen sisältä eteläisemmille leveysasteille. Muuttuvan ilmastomme myötä polaaripyörteen käytökseen voi tulla muutoksia, mutta tutkimustuloksissa konsensus pyörteen tulevaisuudesta on häilyvä.

Stratosfäärin äkillinen lämpeneminen pohjoisilla leveysasteilla tunnetusti vaikuttaa polaaripyörteen käytökseen. Tyypillistä on, että pyörre heikkenee tai jopa hajoaa useammaksi pienemmäksi osaksi, jolloin arktisen ilman "pusseja" voi laskeutua napa-alueelta kohti Eurooppaa, Aasiaa ja Yhdysvaltoja. Kylmeneminen tapahtuu usein viikon tai muutaman viiveellä stratosfäärin lämpenemisestä – on tosin hyvin hankala ennustaa, mille alueelle kylmeneminen osuu.

Mutta mitä tapahtuu, jos stratosfääri lämpenee voimakkaasti silloin, kun polaaripyörre on vasta muodostumassa?

Arvaamaton tilanne

Euroopan keskipitkien sääennusteiden keskuksen ECMWF:n mukaan Pohjois-Siperian ja pohjoisen napa-alueen yllä on ensi viikolla stratosfäärin alimmissa kerroksissa merkittävä lämpötilapoikkeama. Noin 10 kilometrin korkeudessa 10 hPa:n painepinnalla lämpötila kohoaa nopeasti ja paljon. Myöhemmin lämpeneminen näyttää laajenevan stratosfäärissä myös Pohjois-Kanadan päälle.

Nyt kun elämme vasta lokakuuta, jolloin polaaripyörre tyypillisesti alkaa vasta syntyä pohjoisen napa-alueen ympärille, on äärimmäisen mielenkiintoista nähdä, miten stratosfäärin lämpeneminen tulee heijastumaan säähämme myöhemmässä vaiheessa lokakuuta tai marraskuussa.

Talvella ennuste olisi suoraviivainen: stratosfäärin nopean lämpenemisen seurauksena tavanomaista kylmemmän talvisään todennäköisyys on kasvanut keskileveysasteilla lähiviikkoina. Mutta lokakuussa ennustettavuus onkin kinkkisempää.

Pohditaan kuitenkin mahdollisia skenaarioita. Jos parhaillaan Siperian yllä stratosfäärissä tapahtuva lämpeneminen heijastuu syntymässä olevaan polaaripyörteeseen talvikuukausien tavoin, voisi ajatella, että tänä vuonna kestää pidempään ennen kuin pyörteestä tulee tiiviimpi. Tämä voi näkyä länsivirtausten tilapäisenä heikkenemisenä ja myrskyaktiivisuuden laskuna. Tässä tilanteessa kylmää ilmaa pääsee herkemmin valahtamaan meidän leveysasteille pohjoisesta ja talviset olosuhteet voivat iskeä yllättävän varhain.

Parhaillaan otettaan voimistaa myös maailmanlaajuinen sääilmiö, La Niña, jonka myötä meriveden lämpötila laskee Tyynen valtameren itäisissä osissa. La Niñan aikana maapallon keskilämpötila tyypillisesti laskee ja erityisesti Yhdysvalloissa ja Kanadassa talvisten, jopa arktisten olosuhteiden todennäköisyys on kasvanut. Stratosfäärin äkillinen lämpeneminen voikin yhteisvaikutuksessa La Niñan kanssa hyydyttää osan Pohjois-Amerikasta vallan varhain tänä syksynä.

Entä Euroopan ja Suomen kohtalo? 

Tähän voi vain todeta, että tilanne on arvaamaton ja tiedämme stratosfäärin lämpenemisen vaikutukset paremmin viikon tai parin viiveellä. Mielenkiintoista on, että Euroopan keskuksen ennusteen mukaan länsivirtaukset ovat maailmanlaajuisesti keskimäärin hiipumassa Suomea vastaavilla leveysasteilla lähiaikoina jopa reilusti alle keskiarvon, mutta sitten ne taas elpyisivät.

Näyttää siis, että varsinkin lokakuun loppupuoliskolla kylmän sään todennäköisyys kasvaa eri puolilla pohjoista pallonpuoliskoa keskileveysasteilla. Sitten epävarmuus kasvaa.

Lue seuraavaksi: Kolmen kuukauden ennuste: Tältä näyttää marras-joulu-tammikuu

Lähteet: ECMWF, Simpson ym. 2018: The Downward Influence of Uncertainty in the Northern Hemisphere Stratospheric Polar Vortex Response to Climate Change

Markus Mäntykannas

Päivitetty 14.10.2021 klo 18.12