Uusi tutkimus nostaa jälleen esiin yhden ilmastotieteen vaikeimmista ongelmista: pilvien vaikutusta maapallon säteilytasapainoon ei edelleenkään kyetä kuvaamaan malleissa yhtä tarkasti kuin usein annetaan ymmärtää. Tutkimuksen mukaan kolme laajasti käytettyä mallipohjaista uusintanalyysiä aliarvioivat pilvien absorboiman auringonsäteilyn määrää selvästi verrattuna satelliitti- ja maanpintahavaintoihin.

Ilmastokeskustelu tiivistyy julkisuudessa usein hiilidioksidiin, lämpötilakäyriin ja tulevaisuutta kuvaaviin malliennusteisiin. Todellinen ilmastojärjestelmä on kuitenkin huomattavasti monimutkaisempi. Pilvet voivat sekä viilentää että lämmittää maapalloa: ne heijastavat osan auringon säteilystä takaisin avaruuteen, mutta samalla ne absorboivat säteilyä ja pidättävät maanpinnalta nousevaa lämpöä.

Juuri tämä kaksisuuntainen vaikutus tekee pilvistä ilmastomallien kannalta poikkeuksellisen hankalan tekijän. Pilvien määrä, korkeus, paksuus, pisarakoko, jääkiteet ja sijainti vaikuttavat kaikki siihen, millainen niiden kokonaisvaikutus lopulta on. Lisäksi ilmasto muuttaa pilviä samalla kun pilvet muuttavat ilmastoa.

Kolme mallia, sama perusongelma

Advances in Climate Change Research -julkaisussa ilmestynyt tutkimus vertasi vuosien 2012–2023 havaintoja kolmeen laajasti käytettyyn uusintanalyysiin: Yhdysvaltain NCEP:n CFSv2-järjestelmään, Euroopan keskipitkien sääennusteiden keskuksen ERA5-aineistoon sekä NASAn MERRA2-järjestelmään.

Uusintanalyysit eivät ole pelkkiä tulevaisuusennusteita. Niissä havaintoaineistoa yhdistetään numeerisiin malleihin, jotta ilmakehän historiallisesta tilasta saadaan yhtenäinen ja maailmanlaajuinen kuva. Niitä käytetään laajasti tutkimuksessa, sää- ja ilmastoanalyysissä sekä erilaisten mallien arvioinnissa.

Tutkijat vertasivat mallien tuloksia satelliittihavaintoihin sekä maanpinnalla toimivien tarkkojen säteilymittausasemien aineistoon. Johtopäätös oli selvä: kaikkien kolmen järjestelmän laskema pilvien aiheuttama auringonsäteilyn absorptio jäi havaittua pienemmäksi.

Kun tutkijat korjasivat pilvisten ja pilvettömien tilanteiden vesihöyryeroihin liittyvän mahdollisen havaintoharhan, aliarvio oli maailmanlaajuisena keskiarvona noin 8,26 wattia neliömetriltä CFSv2:ssa, 14,50 wattia ERA5:ssä ja 16,51 wattia MERRA2:ssa.

MERRA2:n ero havaintoihin oli kaikkein suurin. Tutkimuksessa sen laskema keskimääräinen pilviabsorptio oli vain pieni osa havaintojen perusteella saadusta arvosta. Tutkijoiden mukaan ero oli tilastollisesti merkitsevä ja näkyi johdonmukaisesti eri mittausasemilla.

Kyse ei ole uudesta kiistasta

Pilvien poikkeavan voimakkaasta säteilyn absorptiosta keskusteltiin vilkkaasti jo 1990-luvulla. Osa tutkimuksista tulkitsi eron osoitukseksi siitä, että malleista puuttui olennaisia fysikaalisia prosesseja. Toiset epäilivät mittausvirheitä, puutteellista otantaa tai sitä, että pilvisen ja pilvettömän ilmakehän vertailu tehtiin liian yksinkertaisin oletuksin.

Mittalaitteet, satelliittijärjestelmät ja säteilynsiirtomallit ovat sittemmin kehittyneet. Uusi tutkimus osoittaa, että ero on joissakin järjestelmissä pienentynyt merkittävästi. Erityisesti CFSv2:n ja ERA5:n uudemmat säteilylaskennan menetelmät näyttävät parantaneen tuloksia aikaisempiin malleihin verrattuna.

Ongelma ei silti ole kadonnut. Tutkimuksen keskeinen viesti ei ole, että kaikki ilmastomallit olisivat käyttökelvottomia, vaan että pilvien ja lyhytaaltoisen auringonsäteilyn vuorovaikutuksessa on edelleen huomattava systemaattinen ero mallien ja havaintojen välillä.

Mitä tutkimus kertoo – ja mitä se ei kerro

Tutkimuksen tuloksia on houkuttelevaa käyttää väitteenä, jonka mukaan ilmastonmuutosta koskevat laskelmat tai hiilidioksidin lämmittävä vaikutus olisi kokonaan kumottu. Tutkimus itse ei kuitenkaan tee tällaista johtopäätöstä.

Se tarkastelee rajattua mutta tärkeää kysymystä: kuinka hyvin nykyiset mallipohjaiset uusintanalyysit kuvaavat pilvien absorboimaa auringonsäteilyä. Havaittu ero voi vaikuttaa säteilytasapainon, ilmakehän lämpenemisen, veden kierron ja pilvipalautteiden laskentaan, mutta tutkimus ei yksin ratkaise sitä, kuinka suuri vaikutus erolla on pitkän aikavälin lämpötilaennusteisiin.

Myös havaintoihin liittyy epävarmuutta. Pilvien absorptiota ei mitata yhdellä suoralla ja täydellisellä menetelmällä, vaan se johdetaan satelliitti- ja maanpintamittausten yhdistelmistä. Tutkijat huomauttavat itse, että pilvisten ja selkeiden tilanteiden vesihöyrymäärän ero voi ilman korjausta liioitella havaittua absorptiota.

Tämä varaus ei silti poista peruslöydöstä. Korjauksen jälkeenkin kaikki kolme järjestelmää jäivät havaintojen alapuolelle, ja MERRA2:n ero oli edelleen suuri.

Miksi asialla on merkitystä

Ilmastomalli ei ole todellisuuden kopio, vaan matemaattinen kuvaus järjestelmästä, jota ei voida käsitellä täydellä tarkkuudella. Pilvien kaltaiset ilmiöt tapahtuvat usein paljon pienemmässä mittakaavassa kuin mallien laskentaruudukko kykenee suoraan esittämään. Siksi niiden vaikutuksia joudutaan kuvaamaan parametrisaatioilla eli yksinkertaistetuilla laskentasäännöillä.

Jos pilvien absorptio jää järjestelmällisesti liian pieneksi, mallin on tasapainotettava säteilybudjettiaan muilla tavoilla. Se voi vaikuttaa ilmakehän pystysuuntaiseen lämpörakenteeseen, haihduntaan, sateisiin ja siihen, miten pilvipalautteet reagoivat lämpötilan muutoksiin.

Tutkimus muistuttaa ennen kaikkea siitä, että ilmastotiede ei ole valmis rakennelma, jossa kaikki merkittävät muuttujat tunnetaan täydellisesti. Mallit paranevat, mutta niiden tuloksia on arvioitava jatkuvasti todellisia havaintoja vasten. Poikkeamat eivät ole tieteelle häiriö, vaan juuri se mekanismi, jonka kautta järjestelmiä korjataan.

Pilvet ovat tässä suhteessa enemmän kuin meteorologinen yksityiskohta. Ne ovat yksi maapallon energiatalouden keskeisistä säätelijöistä – ja samalla yksi niistä kohdista, joissa mallinnuksen rajat tulevat näkyviksi.

Lähde: Report24: NASA-Modelle versagen: Wolken-Effekt wird massiv unterschätzt!

Tutkimus: Fu ym.: Is the cloud absorption of solar radiation still underestimated notably by current model-based reanalyses?

Komentoi