Stratosfäärissä voimakas lämpeneminen: Karu seuraus talven kulkuun

Kun ylemmässä ilmakehässä stratosfäärissä lämpenee äkillisesti ja voimakkaasti, seuraus on yleensä meillä alhaalla se, että jossain palellaan paukkupakkasissa. Havaintojen mukaan pohjoisen napa-alueen ympäristössä on juuri tapahtunut äkillinen stratosfäärin lämpeneminen, ja lämpeneminen jatkuu yhä marraskuun loppupuolella. Tapahtuma näyttää tuovan Pohjois-Amerikkaan ja Siperiaan hyytävää menoa, mutta Pohjois-Euroopassa vaikutus voi yllättäen muodostua täysin päinvastaiseksi.

Talvisissa sääuutisissa vilahtelee joskus termi, joka kuulostaa ristiriitaiselta: stratosfäärin äkillinen lämpeneminen (engl. Sudden Stratospheric Warming, SSW). Miten ihmeessä yläilmakehän lämpeneminen voi tarkoittaa paukkupakkasia maan pinnalla?

Stratosfäärin lämpeneminen tapahtuu tyypillisesti paksussa kerroksessa suoraan pohjoisnavan yläpuolella, mutta välillä myös esimerkiksi Siperian tai Pohjois-Kanadan yllä. Tapahtuma on yksi talvisään merkittävimmistä ilmiöistä, joka voi kääntää sään päälaelleen viikoiksi eteenpäin maan pinnalla.

"On sangen mielenkiintoista, että vaikka stratosfäärin lämpenemisestä seurannut polaaripyörteen heikkeneminen hyydyttää yli puolet Pohjois-Amerikasta ja merkittävän osan Siperiasta, Pohjois-Euroopassa vaikutus näyttäisi olevan hyvin erilainen."

Katso videolta – meteorologit spekuloivat joulu–helmikuun säätä:

SSW on äkillinen tapahtuma, mutta hyvin ennakoitavissa

Talvisin stratosfäärissä vallitsee yleensä jäätävä kylmyys: lämpötila on jopa 70–80 astetta pakkasen puolella ja voimakkaat länsituulet kiertävät napaa. Mutta SSW-tilanteessa tapahtuu nimensä mukaisesti jotain äkillistä:

• Stratosfäärin lämpötila nousee rajusti, kymmeniä tai jopa 50 astetta vain muutaman päivän aikana.

• Tuulen suunta kääntyy: lämpeneminen on niin voimakasta, että se sekoittaa ilmavirtaukset täysin. Napaa kiertävät länsituulet heikkenevät tai kääntyvät puhaltamaan idästä.

Stratosfääri ei lämpene auringon vaikutuksesta, vaan lämpö muodostuu stratosfäärissä fysikaalisen tapahtumaketjun seurauksena. Ilmakehässä liikkuu valtavia, planetaarisia aaltoja eli Rossby-aaltoja. Ne syntyvät alempana ilmakehässä troposfäärissä muun muassa vuoristojen ja lämpötilaerojen seurauksena. Joskus nämä aallot ovat niin voimakkaita, että ne tunkeutuvat ylöspäin stratosfääriin asti. Siellä aallot murtuvat, mikä johtaa laskeviin ilmavirtauksiin. Alas painuva ilma puristuu ja lämpenee vähän samalla tavalla kuin föhn-ilmiössä. Laskeutuessaan ilma lämpenee voimakkaasti, jopa useita kymmeniä asteita muutamassa vuorokaudessa. Tästä aiheutuu stratosfäärin voimakas lämpeneminen.

Tyypillisesti stratosfäärin äkillinen lämpeneminen voidaan sääennusteissa ennakoida jopa viikkoja etukäteen, mutta sen vaikutukset alemman ilmakehän säähän ovat sattumanvaraisia.

Polaaripyörre voi hajota

Stratosfäärin äkillinen lämpeneminen heijastuu tavalla tai toisella napa-aluetta kiertävään polaaripyörteeseen.

Polaaripyörteen voi kuvitella ikään kuin suureksi aitaukseksi pohjoisnavan ympärillä. Sen tehtävänä on pitää arktinen, jääkylmä ilma kurissa napa-alueen sisällä. Pyörteen reunoilla puhaltava alemman ilmakehän voimakas suihkuvirtaus jakaa kylmän ja lämpimämmän ilmamassan toisistaan.

Kun stratosfääri lämpenee äkillisesti:

• Polaaripyörre heikkenee, venyy tai hajoaa kokonaan kahteen osaan.
• "Aitaus" kaatuu. Suihkuvirtaus alkaa mutkitella rajusti ja se voi heiketä. Tällöin arktisen alueen hyytävää ilmaa voi valua hyvin eteläisille leveysasteille.

Lue lisää: Mikä on polaaripyörre ja miten se vaikuttaa säähämme?

Seuraukset maanpinnalla: Pitkäkestoinen hyytävä jakso osuu johonkin

Vaikka tapahtuma on korkealla yläilmoissa, sen vaikutukset valuvat tyypillisesti noin viikon tai parin viiveellä alaspäin kohti maanpintaa.

Kun suihkuvirtaus heikkenee ja alkaa mutkitella, se ei enää jaksa pitää kylmää ilmaa napa-alueella. Tämä johtaa kahteen ilmiöön.

• Kylmän purkaus: Arktinen kylmyys pääsee "vuotamaan" etelämmäs keskileveysasteille.

• Sulkukorkeapaine: Usein syntyy laajoja ja hidasliikkeisiä korkeapaineen alueita, jotka pysäyttävät leudot länsituulet. Matalapainetoiminnan hiipuminen johtaa lauhojen ilmavirtausten tyrehtymiseen.

Tämä tarkoittaa, että jossain päin pohjoista pallonpuoliskoa sää kylmenee rajusti. Arktinen pakkasilma voi vyöryä Eurooppaan, Pohjois-Amerikkaan tai Aasiaan. Se on kuin "säärulettia": koskaan ei voi varmuudella tietää, minne kylmin ilmamassa tällä kertaa osuu, mutta osuma on yleensä tuntuva ja pitkäkestoinen.

Suomessa monet ankarimmista pakkasjaksoista ovat olleet seurausta hetkeä aiemmin tapahtuneesta stratosfäärin äkillisestä lämpenemisestä.

Stratosfääri lämpenee yhä marraskuun lopussa

Tällä hetkellä Euroopan keskuksen ECMWF:n ennusteessa on vahva signaali siitä, että stratosfäärin lämpeneminen jatkuu yhä marraskuun lopussa. Lämpötilan odotetaan kohoavan marraskuun 24. päivä alkavalla viikolla Pohjois-Kanadan ja Grönlannin yläpuolella stratosfäärissä 10–20 astetta pitkän ajan keskiarvon yläpuolelle. Lämpeneminen on jo käynnistynyt marraskuun puolivälin jälkeen ja se tulee yhä jatkumaan.

Viikko sitten julkaistussa blogissa käsittelin mahdollista marraskuun lopussa tapahtuvaa polaaripyörteen hajoamista. Siihen on yhä pieni todennäköisyys, mutta polaaripyörre näyttäisi tokenevan ja vahvistuvan nopeasti joulukuun edetessä. On kuitenkin selvää, että stratosfäärin lämpeneminen tuntuu polaaripyörteessä jo nyt, sillä länsivirtausten voimakkuus on keskimäärin hidastunut ylempänä ilmakehässä. Tämä lisää kylmän sään todennäköisyyttä meillä keskileveysasteilla.

Atlantin toiselle puolelle hyytävää

Stratosfäärin lämpeneminen ja polaaripyörteen heikkeneminen tulevat vaikuttamaan pohjoisen pallonpuoliskon säähän voimakkaasti. Vaikutus näkyy erityisesti Pohjois-Amerikassa, Siperiassa ja Keski-Aasian pohjoisissa osissa marraskuun viimeisellä viikolla ja joulukuun alussa. Pohjois-Amerikassa kylmänpurkausten todennäköisyys kasvaa entisestään tulevana talvena La Niña -ilmiön myötä.

Lue myös: La Niña palaa: Suomen talvesta karu ennuste

Kanadaan, keskiseen Siperiaan ja Keski-Aasian pohjoiskolkkaan odotetaan lähiviikkoina 3–10 astetta tavanomaista kylmempää säätä, paikoin poikkeama on Siperian pohjoisissa osissa jopa yli 10 astetta.

Erityisesti marras–joulukuun vaihde näyttää hyytävältä Pohjois-Amerikassa: tällöin pakkanen voi vierailla aina Teksasissa saakka ja Yhdysvaltojen pohjoisia osavaltioita myöden on ennusteissa alle –30 asteen lukemia. Nämä osavaltiot sijaitsevat kutakuinkin Saksan ja Ranskan leveysasteilla.

Siperiassa pakkanen voi puolestaan marraskuun lopulla paukkua jopa 50 asteessa, mikä on vuodenaikaan nähden erittäin alhainen lukema. Tyypillisesti näin alhaisia lukemia mitataan vasta sydäntalvella.

Karu ennuste: Suomessa sää kehittyy täysin päinvastaiseen suuntaan

On sangen mielenkiintoista, että vaikka stratosfäärin lämpenemisestä seurannut polaaripyörteen heikkeneminen hyydyttää yli puolet Pohjois-Amerikasta ja merkittävän osan Siperiasta, Pohjois-Euroopassa vaikutus näyttäisi olevan hyvin erilainen – alkavan talven kannalta hyvinkin karu.

Ennusteessa on tällä hetkellä merkkejä säätyypin äkkikäännöksestä ensi viikon torstaina. Talven ystävät tulevat todennäköisesti pettymään pahasti, sillä talvinen säätyyppi on kertaheitolla vaihtumassa takaisin syksyiseen säähän erityisesti maan etelä- ja keskiosassa, pohjoisessakin voi ajoittain vetää loskaiseksi. Lämpötila kipuaa osassa säämalleista marraskuun viimeisinä päivinä maan etelä- ja länsiosassa jopa viiden ja vajaan kymmenen lämpöasteen välille, ja osassa Lappiakin olisi välillä suojasäätä. Lauhan säätyypin loppumisesta ei ole varmaa merkkiä, eli se voi hyvinkin jatkua pitkälle joulukuun puolelle.

Raju muutos säätyypissä perustuu ennusteeseen, jossa Islannin edustalle alkaisi muodostua voimakkaita matalapaineita. Ne voimistavat Euroopassa leutoja länsi–lounaisia ilmavirtauksia. Joulukuun edetessä polaaripyörre on ennusteen mukaan vahvistumassa, mikä lisää länsivirtausten todennäköisyyttä. Tällä hetkellä näyttää, että talvinen marraskuu kääntyy kertaheitolla lauhaksi joulukuuksi. Ennusteessa on kuitenkin ollut vielä epävarmuutta, joten katsotaan lähempänä, mikä onkaan toteuma.

Tästä siis huomataan, että vaikka stratosfääri lämpeneekin ja polaaripyörre heikkenee, vaikutukset voivat olla hyvin erilaiset eri puolilla pohjoista pallonpuoliskoa. Toisaalla kylmenee rajusti, toisaalla lauhtuu äkillisesti. Kaiken kaikkiaan tällaiset tapahtumat stratosfäärissä lisäävät kylmän talvisään todennäköisyyttä keskileveysasteilla, mutta ei tietenkään kaikkialla samanaikaisesti. Kun jossain kylmenee, jossain täytyy lämmetä – näin ne fysiikan lait menevät, jotta tasapaino ilmakehässä säilyy.

Lue seuraavaksi: Uusi kuukausiennuste – merkittävä käänne mahdollinen joulukuussa

Markus Mäntykannas
meteorologi