Vaikuttaako avaruussää maanpäälliseen säähän?

Esitys aiheesta: "Vaikuttaako avaruussää maanpäälliseen säähän?"— Esityksen transkriptio:

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 auringonpilkkujen esiintymisen 11-vuotisen jaksollisuuden Revontulien ja geomagneettisten häiriöiden esiintymistiheyden 11-vuotinen vaihtelu havaittiin 1850-luvulla Ilmatieteen laitoksen ensimmäinen johtaja J.J.Nervander ( ) tutki Auringon pyörähdysajan (27 d) mukaisia lämpötilan vaihteluja Aurinko Aurinko 20/09/2018

3 Pilkut ovat osa Auringon muuttuvaa magneettikenttää
Kenttäviivoja 20/09/2018

4 Auringonpilkkujen 11-vuotinen jakso
Maksimi v Seuraava pilkkuminimi on v Pilkkujakson keskimääräinen kesto ajanjaksolle on 11.0 v Auringon magneettikenttä vaihtaa napaisuuttaan 22 v jaksossa (Halen j.) 20/09/2018

5 Auringon pilkkulukujen hitaat vaihtelut
Gleissberg: v. De Vries: v. 20/09/2018

6 Auringon aktiivisuuden lähteitä
CME Korona-aukot CME Pilkkujen ympäristö Aurinkotuuli Flare 20/09/2018

7 Aurinkotuuli puhaltaa voimakkaimmin pilkkuminimin lähellä, hitaammin pilkkumaksimissa
20/09/2018

8 Magneettisia myrskyjä ja revontulia on eniten 2-3v
Magneettisia myrskyjä ja revontulia on eniten 2-3v. pilkkumaksimin jälkeen 20/09/2018

9 20/09/2018

10 Suuria hiukkaspurkauksia on Auringossa
eniten pilkkujakson laskevalla kaudella 20/09/2018

11 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” luvun alusta lähtien: magneettisten myrskyjen ja revontulien määrä on kasvanut 20/09/2018

12 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 CME vaikuttaa maapallon magneettikehässä suurimmillaan noin 500 GW teholla, joka vastaa yli kymmenkertaisesti koko Suomen tehonkulutusta 20/09/2018

13 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 20/09/2018

14 Ionosfäärin tila seuraa auringonpilkkujen määrää
Auringon aktiivisuus säätelee olennaisesti yläilmakehän fysikaalista tilaa Onko auringon aktiivisuudella myös vaikutusta alailmakehäs-sä, missä tavalliset sääilmiöt tapahtuvat? 20/09/2018

15 Sääteleekö Auringon aktiivisuus myös sääilmiöitä?
20/09/2018

16 Kasvihuoneilmiö ylläpitää elämää maapallolla
Kasvihuoneilmiön vaikutuksesta maapallon keski-lämpötila on +15°C, ilman kasvihuoneilmiötä se olisi -18°C 20/09/2018

17 Lämpötila on kasvanut kahdessa “aallossa” 1900-luvun alusta
SAT = Surface Air Temperature Lähde: Climatic Research Unit; 20/09/2018

18 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 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 20/09/2018

19 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 20/09/2018

20 Maapallon ilmakehällä on kuumetta 0,6 °C
20/09/2018

21 Ilmakehän säteilypakotelähteet
20/09/2018

22 Ilmastonmuutoksen syitä - 1
Luonnolliset syyt: Aikavälillä v: Auringon säteilymuutokset, tulivuorien kaasut ja pöly, ilmakehän sisäsyntyiset muutokset ilmakehä-valtamerikytkennöissä (esim. El Nino-ilmiö) Aikavälillä vuotta: Maapallon kiertoradan ja pyörimisakselin kallistuskulman muutokset rytmittävät jääkausien esiintymistä (Milankovichin säteilyteoria), vulkanismi, aurinko Aikavälillä >> vuotta: Mannerliikunnot, vuoristojen muodostumiset muuttavat meri- ja ilmavirtoja ja ilmastoa 20/09/2018

23 Ilmastonmuutoksen syitä - 2
Ihmisen aiheuttamat muutokset: Aikaväli 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 20/09/2018

24 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) 20/09/2018

25 Auringon kokonaissäteily ja maapallon lämpötila 1856-2003
20/09/2018

26 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. 20/09/2018

27 Auringonpilkkulukujen määrä ei vaikuta maapallon lämpötilaan
T Auringonpilkut 20/09/2018

28 Vaikuttaako kosminen säteily pilvisyyteen?
H. Svensmark, 2000. Space Sci. Rev, 93. 20/09/2018

29 Auringon aktiivisuus ja maapallon lämpötila
Friis-Christensen & Lassen, Science, 254. 20/09/2018

30 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 LÄMPÖTILAAN VAIKUTTAVAT SEKÄ AURINKO ETTÄ HIILIDIOKSIDIN KASVU 40 35 30 25 20 15 10 Auringon aktiivisuus (aa) 2000 1960 1920 1880 Vuosi -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 Lämpötilan muutos aa ∆T ∆T(aa, CO2) 20/09/2018

31 1930-luvun lämpökausi: alueellinen ilmiö
1930-luvun lämmin kausi rajoittui pohjoisille leveysasteille lokaalina ilmiönä Napaseutu Nyt käynnissä oleva lämpeneminen on globaalia laajuutta Keskileveysasteet 20/09/2018

32 Lämpenemisen selitysmalli (Delworth & Knutson, 2000. Science, 287)
Coupled Ocean-Atmospheric Model 20/09/2018

33 Auringon muutokset vaikuttavat lämpötilan hitaissa muutoksissa
0.6 0.4 0.2 0.0 -0.2 -0.4 Maapallon lämpötilan muutos (°C) 2000 1900 1800 1700 1600 1500 1400 Vuosi Lämpötilan “Jääkiekko- mailakäyrä” Maapallon lämpötila Mann et al, 1998 Auringon aktiivisuuden ennuste lämpötilalle 20/09/2018

34 Jäänlähtö Tornionjoesta aikaistuu: onko Auringolla osuutensa?
8 4 -4 -8 Breaking up of Ice (Days Since May 15) 2000 1950 1900 1850 1800 1750 1700 Year Solar Irradiance 0.3 0.2 0.1 0.0 -0.1 -0.2 Change in the Solar Irradiance (W/m^2) Tornionjoen jäänlähtö-päivän hitaat vaihtelut kertovat ilmastonmuutoksista. Jäänlähtöpäivät ovat 300 vuodessa aikaistuneet noin 2 viikkoa Auringon kokonais-säteilyn muutoksella on tietty korrelaatio jään-lähtöpäivien vaihteluun Date of the Breaking-up of Ice 20/09/2018

35 Auringon säteily ja revontulien esiintyminen 1000 vuoden aikana
20/09/2018

36 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 20/09/2018

37 Kokemuksia Auringon aktiivisuus vs
Kokemuksia Auringon aktiivisuus vs. sää- & ilmastotutkimuksista 30 vuoden ajalta “Auringon aktiivisuuden vaikutus sääilmiöihin” (H. Nevanlinna, 1974), Ilmatieteen laitos, Tutkimusraportti No.53 “Auringon aktiivisuus ja maapallon lämpötilan vaihtelut ”(H. Nevanlinna, 2004), Ilmatieteen laitos, Raportteja 2004:4 20/09/2018

38 Kokemuksia Auringon aktiivisuus vs
Kokemuksia Auringon aktiivisuus vs. sää- & ilmastotutkimuksista 30 vuoden ajalta 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 20/09/2018

39 Kokemuksia Auringon aktiivisuus vs
Kokemuksia Auringon aktiivisuus vs. sää- & ilmastotutkimuksista 30 vuoden ajalta 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 20/09/2018

40 20/09/2018

41 Jääkausien syntyyn vaikuttaa auringon säteily
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 % 20/09/2018

42 Maapallon kiertoradan muutokset vaikuttavat ilmastoon hitaasti
Kiertoradan soikeus vaihtelee v jaksossa Kiertoakselin kallistus-kulma ja suunta muut-tuu ja v jaksoissa 20/09/2018

43 Jäätiköt kasvavat ja supistuvat Milankovichin jaksoissa
20/09/2018

44 Jääkaudet vuorottelevat 100 000 vuoden jaksoissa
Lämmintä Lämmintä Lämpötila Kylmää Kylmää Kylmää 20/09/2018

45 CO2-pitoisuus ja lämpötila 150000 vuoden ajalta
Ilmakehän hiilidioksidi-pitoisuus on nyt noin 30 % korkeampi kuin kertaakaan noin vuoteen Miten se nostaa maapallon lämpötilaa kasvihuone-ilmiön kautta? Nykytaso 200 v sitten Jääkausi päättyy 20/09/2018

46 Päätelmiä (aikaväli 10-200 vuotta)
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 %. 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 20/09/2018

47 Päätelmiä (aikaväli >> 200 v)
Ihmisen aiheuttamista kasvihuonekaasupäästöistä johtuen (lähinnä hiilidioksidi) ilmakehän CO2-pitoisuus on korkeampi kuin koskaan vuoden aikana Kasvihuoneilmiön voimistumisesta ja siitä johtu-vasta maapallon lämpötilan noususta huolimatta ilmastokehitys kulkee kohti seuraavaa jääkautta vuoden kuluttua; ihmiskunnan aiheuttaman kasvihuoneilmiön vahvistumisen ansiosta sen alku voi myöhästyä Ennusteiden mukaan siitä tulee heikompi kuin edellisestä 20/09/2018

48 Lisää päätelmiä 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” 20/09/2018