Historiallinen säätapahtuma näyttää yhä todennäköisemmältä: "Raja-arvo alittuu 7. marraskuuta"

Markus Mäntykannas, meteorologi
Julkaistu tänään klo 11.36 | Päivitetty tänään klo 11.44

Meteorologipiireissä jännitys alkaa tiivistyä ennennäkemättömällä tavalla, sillä edessämme on näillä näkymin säätapahtuma, joka päätyy historiankirjoihin. Tuoreen ennusteen valossa näyttää yhä todennäköisemmältä, että marraskuun alussa koemme ennätyksellisen varhaisen stratosfäärin äkillisen lämpenemisen ja polaaripyörteen romahduksen. Ennusteen mukaan kriittinen raja-arvo alittuu 7. marraskuuta, jolloin globaalit länsivirtaukset ovat keskileveysasteilla kääntymässä itävirtauksiksi.

Yläilmakehän tulevat, poikkeukselliset tapahtumat ovat olleet meteorologipiireissä kuumana puheenaiheena ympäri maapalloa viime aikoina. Kollegani nosti aiheen esille muutama päivä sitten myös Forecan blogissa otsikolla Polaaripyörre uhkaa romahtaa ennätysvarhain – "muutos voi näkyä päivissä".

Mielestäni näin ainutlaatuinen tapahtuma ansaitsee lisätarkastelua ja ennusteen päivittämisen. Tällä hetkellä nimittäin näyttää yhä todennäköisemmältä se, että koemme ennätysaikaisen startosfäärin äkillisen lämpenemisen heti marraskuun alussa. Stratosfäärin äkillisellä lämpenemisellä tarkoitetaan napa-alueen yläpuolella olevan stratosfäärin lämpenemistä muutamassa päivässä kymmenillä asteilla.

Stratosfäärin tapahtumat tuntuvat tyypillisesti myös alempana ilmakehässä: ensin napa-aluetta kiertävään polaaripyörteeseen tulee häiriö ja lopulta kylmä ilma voi päästä leviämään napa-alueelta kohti matalampia leveysasteita.

SSW tapahtuu Siperian yllä

Euroopan keskipitkien sääennusteiden keskuksen ECMWF:n tuoreessa ennusteessa stratosfääri lämpenee Pohjois-Siperian yllä marraskuun ensimmäisellä viikolla jopa yli 20 astetta pitkän ajan keskiarvoa lämpimämmäksi.

Tämänhetkisen ennusteen perusteella tuleva tapahtuma täyttää SSW:n eli stratosfäärin äkillisen lämpenemisen ehdot. 

Kirjallisuuden mukaan vuoden 1958 jälkeisessä aineistossa varhaisin stratosfäärin äkillinen lämpeneminen on koettu 27.–28.11.1968 (Butler ym., 2017). Vuodelta 1952 on mahdollinen tapahtuma 19. marraskuuta, mutta havaintoon liittyy epävarmuutta. NCEP-NCAR-reanalyysi tunnistaa lisäksi tapahtuman 30.11.1958.

Tällä hetkellä näyttää, että SSW-ilmiö tapahtuisi 2. marraskuuta alkavalla viikolla. Näin ollen aiempi ennätys vuodelta 1968 paranisi peräti kolmella viikolla, jos tapahtumat etenevät ennusteen mukaisesti.

Ennusteeseen liittyy kuitenkin vielä epävarmuutta, ja eri säämallien näkemys tapahtuman todennäköisyydestä on erilainen.

Tapahtuman syy ei vielä selvillä

Mikä sitten aiheuttaa stratosfäärin äkillisen lämpenemisen ja miksi se mahdollisesti tapahtuu tänä vuonna ennätyksellisen varhain?

Tarkastellaan ensiksi tapahtumia, jotka voivat johtaa stratosfäärin äkilliseen lämpenemiseen:

• Stratosfäärin alapuolella troposfäärissä syntyvät Rossby-aallot voivat stratosfääriin noustessaan murtua ja jarruttaa länsituulia. Ilma lämpenee tapahtumaketjun seurauksena voimakkaasti. Rossby-aallot, eli planetaariset aallot, ovat ilmakehän yläosissa ja valtamerissä esiintyviä laajamittaisia, mutkittelevia aaltoliikkeitä, jotka syntyvät maapallon pyörimisestä aiheutuvan Coriolis-ilmiön muuttumisesta leveyspiirin mukaan yhdessä maapallon lämpötilaerojen, vuoristojen ja merien muodostamien maastonmuotojen kanssa.
• Martius, Polvani ja Davies (2009) tutkivat, että valtaosa SSW-tapahtumista syntyi sulkukorkeapaineen vaikutuksesta. Esimerkiksi Uralin ja Skandinavian alueen laaja-alaiset korkeapaineet saattavat toimia laukaisevana tekijänä.
• ENSO:n äärivaiheet, kuten El Niño ja La Niña saattavat suosia stratosfäärin lämpenemistä. Butler ja Polvani (2011) havaitsivat, että SSW-tapahtumat ovat yleisimpiä El Niño- ja La Niña -talvina kuin ENSO:n neutraaleissa vaiheissa pohjoisen pallonpuoliskon talven aikana.
• Kaukokytkentäskenaarioissa on mainittu myös MJO eli Madden–Julian-oskillaation vaikutus. SSW-tapahtumat ovat havainnoissa seuranneet tiettyjä MJO-vaiheita (Garfinkel ym. 2012).
• Mainittakoot kuitenkin, että monet SSW-tapahtumat syntyvät ilman mitään selvää ulkoista pakotetta.

Tilanne muuttuu astetta monimutkaisemmaksi, kun lähdetään analysoimaan, mikä edellä mainituista tekijöistä voisi olla marraskuun alun stratosfäärin äkillisen lämpenemisen ja polaaripyörteen hajoamisen takana. Meiltä puuttuu täysin aikaisempi referenssi, sillä vastaavaa tapahtumaa ei ole kirjattu säähavaintoihin tapahtuvaksi vielä tähän vuodenaikaan.

Näin meteorologina mielenkiinto kohdistuu käynnissä olevaan ennätyksellisen voimakkaaseen El Niño -vaiheeseen. El Niñon aikana Tyynen valtameren keskisten ja itäisten osien pintaveden lämpötila kohoaa päiväntasaajan ympäristössä vähintään 0,5 astetta pitkän ajan keskiarvon yläpuolelle. Lokakuussa poikkeama on ollut tarkastelualueella jo laajalti yli 2,5 astetta, paikoin jopa neljä astetta. Tämä täyttää erittäin voimakkaan, Super-El Niñon ehdot. Ilmiön odotetaan nostavan koko maapallon keskilämpötilaa loppuvuonna ja ensi vuonna.

Lue lisää: Mikä on El Niño ja miten se syntyy?

Onko siis mahdollista, että Super-El Niño olisi tulevan SSW-tapahtuman takana? El Niñon vaikutus SSW:n todennäköisyyteen näkyy kirjallisuudessa vasta tammi–helmikuussa, eli meillä ei harmillisesti ole aikaisempaa vertailukohtaa näin voimakkaan El Niñon vaikutuksista marraskuussa. Pelkkä El Niño ei siksi selitä suoraviivaisesti näin varhaista ajoitusta.

Entä MJO? NOAA CPC:n mukaan MJO on tällä hetkellä voimistuvassa vaiheessa. MJO-signaali on voimistunut viime päivinä ja edennyt Intian valtameren ylle, itäisimmäksi sitten kesäkuun. Intian valtameri vastaa RMM-vaiheita 2–3, mutta katsauksessa ei mainita vaiheen numeroa. Kirjallisuudessa SSW-tapahtumaa edeltävät tyypillisesti vaiheet 6–7, joten nykyinen voimistuva vaihe ei suoraan sekään sovi laukaisevaksi tekijäksi. MJO vaikuttaa stratosfääriin noin 1–3 viikon viiveellä. Sen myöhempi eteneminen voi siksi vaikuttaa pyörteen palautumiseen tai uuteen häiriöön joulukuussa, mutta ei marraskuun alun tapahtumaan.

Yksi mahdollinen selittävä tekijä voi mielestäni olla Venäjän Ural-vuoriston kupeessa viihtyvä laaja-alainen korkeapaineen alue. Peings (2019) osoitti mallikokein, että marraskuun pysyvät sulkukorkeapaineet Uralin ympäristössä voivat toimia varhaistalven ajurina stratosfäärin lämpenemiselle. Blokkaus, eli sulkukorkeapaineen läsnäolo, lisää ylöspäin ilmakehässä eteneviä planetaarisia aaltoja, jotka lämmittävät polaaripyörrettä. Tutkimus koskee marras–joulukuuta, mutta ei niinkään loka–marraskuun vaihdetta.

Tuleva, mahdollinen SSW-tapahtuma marraskuun alussa on sarjassaan niin erikoinen, että uskoisin sen päätyvän tutkimuksen kohteeksi. Vaikka tällä hetkellä kenelläkään ei oikein ole vielä esittää vedenpitävää analyysiä tapahtuman juurisyistä, uskon, että saamme vastauksen lähitulevaisuudessa.

Polaaripyörre hajoamassa ja jakautumassa: Katse marraskuun 7. päivässä

Kuten aiemmin todettua, stratosfäärin äkillinen lämpeneminen vaikuttaa myös napa-aluetta kiertävän polaaripyörteen dynamiikkaan. Polaaripyörre syntyy napa-alueen ympärille talvikuukausiksi ja kätkee sisäänsä planeettamme kylmimmän ilmamassan.

Jos pyörteen dynamiikka syystä tai toisesta muuttuu epävakaaksi, kylmää ilmaa voi päästä "läikkymään" pyörteen sisältä esimerkiksi Eurooppaan, Pohjois-Amerikkaan ja Aasiaan.

Pyörre voi joko jakautua pienemmiksi osiksi tai siirtyä napa-alueen päältä ja valua matalammille leveysasteille, jolloin napa-alue lämpenee, mutta vastaavasti jokin muu alue napa-alueen ulkopuolella voi kylmetä rajusti.

Me meteorologit seuraamme polaaripyörteen käytöstä taukoamatta läpi talven, koska parhaassa tapauksessa pystymme ennustamaan arktisen kylmän ilmamassan purkaukset jo viikon tai parin päähän. Tosin aina on sattumasta kiinni, mihin vaikutukset milloinkin osuvat – toisinaan ne tuntuvat laajalla alueella pitkäkestoisesti, toisinaan suppeamalla alueella lyhytkestoisesti.

Tämänhetkisessä ECMWF:n ennusteessa (kuva alla) katse kohdistuu marraskuun 7. päivään, jolloin länsivirtausten ennustetaan yläilmakehässä kääntyvän negatiiviseksi, eli länsivirtaukset vaihtuvat keskimäärin itävirtauksiksi. Tämä kielii polaaripyörteen romahduksesta, joka olisi tänä vuonna tapahtumassa ennätyksellisen varhain.

Pohja on noin −1,5…−2 m/s, ja se osuu 9.–10. marraskuuta tienoille. Takaisin positiiviseksi keskiarvo nousee noin 12.–13.11. Negatiivinen jakso on siis lyhyt, noin 5–6 vuorokautta. Tämä kuitenkin ehtii täyttämään tuulen kääntymiseen perustuvan SSW:n kriteerin (zonaalivirtaus 10 hPa:n tasolla kääntyy itäiseksi).

Alla olevassa kuvassa esitetään ennuste yläilmakehän länsivirtausten keskimääräiselle voimakkuudelle leveyspiirillä 60 °N. Tyypillisesti länsivirtaukset voimistuvat marraskuun edetessä ja saavuttavat huippunsa joulu–tammikuussa, mikä kielii vilkkaasta matalapainetoiminnasta ja keskimäärin lännestä kohti itää puhaltavista ilmavirtauksista myös alempana ilmakehässä. 

Tuleva notkahdus länsivirtauksissa näyttää kuitenkin jäävän ohimeneväksi. Zonaalivirtausten odotetaan voimistuvan nopeasti marraskuun puolivälin jälkeen. Marraskuun lopussa voimakkuuden odotetaan saavuttavan ilmastollisen keskiarvon ja mahdollisesti jopa ylittävän sen.

Pitkän aikavälin ennustamiseen liittyy kuitenkin aina epävarmuutta.

Mihin kylmä valuu?

Polaaripyörteen hajoaminen alkaa ennusteissa näyttää yhä aiempaa todennäköisemmältä. ECMWF:n ennusteessa todennäköisyys on tällä hetkellä noin 80 %:n luokkaa ja globaalissa GEFS-ennusteessa hieman maltillisempi, noin 77 %. Joissakin muissa säämalleissa todennäköisyys on pienempi.

2. marraskuuta alkavalla viikolla tavanomaista kylmemmän ilman alueita löytyy Euroopasta ja Siperiasta, mutta jo seuraavalla viikolla ne haalistuvat merkittävästi. Polaaripyörteen hajoamisen merkit saattavat siis näkyä jo nopeallakin aikataululla, mutta kylmeneminen ei tunnu yhtä rajusti kuin sydäntalvella. Ennen kaikkea polaaripyörteen hajoamisen seuraukset näkyvät tällä erää siten, että voimakas matalapainetoiminta tyrehtyy ja ennusteissa näkyy enemmän korkeapaineen alueita.

Polaaripyörteen sisältä karkaava kylmä ilmamassa ei ole vielä marraskuun alussa läheskään niin kylmää kuin sydäntalvella. Lämpimät merialueet tasaavat osan kylmästä vaikutuksesta, eivätkä vaikutukset näin ollen välttämättä ole yhtä huomattavia kuin vaikkapa tammi–helmikuussa tapahtuvassa episodissa.

Marraskuun toinen viikko näyttää laajoilla alueilla keskileveysasteita (kuva alla) tavanomaista lämpimämmältä. Erityisesti Kanadassa, Alaskassa ja valtaosassa Siperiaa nähdään hyvin laaja-alainen lämmin poikkeama. Myös pohjoisnavan ympäristöön ennustetaan normaalia korkeampia lämpötiloja. Lähinnä Venäjän itäisimmät osat ja osa Itä-Euroopasta näyttää jäävän ajankohdan keskiarvoa kylmemmäksi.

Näyttääkin siltä, että ennätyksellisen varhaisen SSW:n ja polaaripyörteen hajoamisen seuraukset jäävät alempana ilmakehässä maan pinnan läheisyydessä vähäisiksi ja lyhytkestoisiksi. Sään on ennustettu kylmenevän Suomessakin marraskuun alussa, mutta merkkejä laaja-alaisesta termisen talven saapumisesta ei vielä välttämättä Pohjois-Suomea lukuunottamatta ole.

Pitkässä juoksussa länsivirtaukset näyttävät jälleen elpyvän marraskuun edetessä, joten polaaripyörteen häiriö jäänee ohimeneväksi yskäksi.

Lue lisää: Kuukausiennuste: Marraskuun alussa kylmenee, mutta ennustettavuus heikkenee nopeasti

Blogin lähteitä: Butler ym. 2017, A sudden stratospheric warming compendium, Earth Syst. Sci. Data 9, 63–76

Martius, Polvani & Davies 2009, Blocking precursors to stratospheric sudden warming events, GRL

Garfinkel ym. 2012, Observed connection between SSWs and the MJO, GRL

Butler & Polvani 2011, El Niño, La Niña, and stratospheric sudden warmings: A reevaluation, GRL

NOAA: ENSO Recent Evolution, Current Status and Predictions

Peings, Y. (2019). Ural Blocking as a Driver of Early‐Winter Stratospheric Warmings. Geophysical Research Letters, 46. doi:10.1029/2019GL082097