Ilmastossa havaittujen 60- ja 88-vuotisten oskillaatioiden alkuperä

Johdanto

Atlantin multidekaalisen oskillaation (AMO) mekanismia ja jopa olemassaoloa on tutkittu pitkään ja sen syistä on keskusteltu ilmastotutkijoiden keskuudessa, ja sama koskee 60-90 pituisia yleistä lämpötilan oskillaatiota. Äskettäin julkaistussa Ollilan ja Timosen tutkimuksessa on havaittu, että nämä oskillaatiot ovat todellisia ja ne liittyvät 60 ja 88 vuoden jaksoihin, jotka ovat peräisin planeettojen ja auringon aktiivisuuden oskillaatiosta. Näitä oskillaatioita voidaan havaita Atlantin multidekaalisessa oskillaatiossa (AMO), Tyynenmeren multidekaalisessa oskillaatiossä (PMO) ja myös globaalissa pintalämpötilassa (GST). GST: n, AMO: n, PMO: n ja AHR: n (Astronominen Harmoninen Resonanssi) väliset yhtäläisyydet ovat ilmeisiä kuvassa 1.

Kuva 1. HadCRUT5:n AMO-, PMO-, AHR- ja lämpötilatrendien 60 vuoden vaihtelut. AHR-trendi on peräisin Ollilan tutkimuksesta (2017), ja PMO on digitoitu Chen et ai. (2016) tutkimuksesta 2 vuoden askelilla.

Oskillaatiot eivät rajoitu vain lämpötiloihin. Tutkijat ovat tutkineet päivänpituuksien vaihteluita, magneettikentän suuruuksia, auringonpilkkujen pituuksia, revontulien määrää, kosmogonisia isotooppeja, kuten 14C ja 10Be, Intian monsuunisateiden voimakkuuksia, koillisen Tyynenmeren sedimenttejä, 14C -pitoisuuksia vuosilustoissa, ja merien sedimenttikerrostumia. Näiden tutkimusten oskillaatiojaksot vaihtelevat 60-90 vuoden välillä.

Yleisin ja tarkin jakson pituus on ollut 88 vuotta. Sitä on kutsuttu Gleissbergin mukaan, joka havaitsi vuonna 1958, että aurinkopilkkujaksot heikkenevät ja vahvistuvat noin 80 vuoden aikavälillä. Auringon on ehdotettu olevan 88 vuoden oskillaation alkuperä, koska tämä ajanjakso voidaan yhdistää 11 vuoden Schwabe-perusoskillaatioon eli aurinkopilkkujakson toistuvaan esiintymiseen. Aurinkopilkkujakson pituus vaihtelee tyypillisesti välillä 10-14 vuotta, mikä selittää, miksi Gleissberg-oskillaation pituus vaihtelee 88 vuoden molemmin puolin.

60-vuotisen oskillaation syyt voidaan ryhmitellä kymmenien tutkimuksien perusteella viiteen ryhmään:
1. Atlantin meriveden kierto.
2. Satunnaiset ilmastohäiriöt.
3. Kasvihuonekaasujen vaikutus (kuinkas ollakaan).
4. Tulivuoren purkaukset.
5. Planetaariset jaksolliset ilmiöt eli planeettojen aiheuttama 60-vuoden oskillaatio.

Näitä perusteita voidaan kritisoida aika helposti. Atlantin merivesi ei kierrä säännöllisesti, jos siihen ei tule ulkopuolelta energiaa, joka aiheuttaa kierron. Satunnaiset ilmastohäiriöt ja satunnaiset tulivuorenpurkaukset eivät pysty aiheuttamaan säännöllistä oskillaatiota. Kasvihuonekaasujen pitoisuudet ovat kasvaneet epälineaarisesti ja niissä ei ole minkäänlaista oskillaatiota.

Eräs professori Mann (2021) on tuoreessa tutkimuksessaan käyttänyt 5. polven ilmastomalleja simuloidessaan maapallon lämpötilakäyttäytymistä ja hänen tutkimusryhmänsä tuli siihen tulokseen, että on vaikea erottaa 60-vuotisessa oskillaatiossa sisäisiä ja ulkoisia syitä, mutta pääsyyksi paljastui tulivuorenpurkaukset. Tähän voi todeta, että ilmastomallit eivät pysty simuloimaan ilmaston sisäisiä tapahtumia, koska eivät ne ole pystyneet selittämään edes lämpötilapaussia 2000-2014. 

Viides ryhmä ehdottaa ulkoista syytä 60-vuotiselle oskillaatiolle, jota kutsutaan nimellä AHR. Ermakov, Scafetta ja Ollila ovat analysoineet, että Jupiterin ja Saturnuksen kiertoradat voivat aiheuttaa 60 vuoden lämpötilavaihteluita siirtämällä aurinkokunnan massakeskipistettä, mikä aiheuttaa vaihtelua ilmakehään tulevassa kosmisessa pölymäärässä. Lämpötilavaikutus tapahtuu pilvisyysvaihteluiden kautta.

Tehty tutkimus pääpiirteissään

Kirjoittajat ovat tutkineet, kuinka hyvin AHR voisi selittää 60 vuoden lämpötilavaihtelut, jotka Pohjois-Suomen eli Lapin suprapitkän lustosarjan arvoihin (kutsutaan nimellä suomalainen puurajamännyn kronologia eli Finnish timberline pine chronology =FTPC), joka ulottuu vuoteen 5634 eaa. Samalla on tullut esiin pidempi oskillaatio eli 88-vuotinen oskillaatio.

FTPC-lustosarjan vahva piirre on vuosilustomenetelmän yhden vuoden tarkkuus, jota ei saavuteta millään muulla menetelmällä, ja siksi se on tehokkain sijaistiedon (proxy) muoto menneestä ilmastosta. Säteittäistä kasvua eli luston leveyttä säätelee kesän keskilämpötila viileillä alueilla ja sademäärä kuivilla alueilla. Männyn kasvun vähimmäistekijä Lapissa on lämpötila. FTPC-puurengassarja on maailman pisin yhden puulajin sarja, jota eräs tunnetuimmista lustotutkijoista on kutsunut maailman parhaaksi sarjaksi. Pitkän aikasarjan ratkaiseva selittävä tekijä on, että niin sanotut männyn subfossilit upposivat aikanaan hapettomiin soihin ja järvien pohjamutiin vuosituhansien aikana. Aika kuvaavaa on ilmaston pitkäaikasiesta vaihtelusta, että noita subfossiileja on löytynyt alueilta, joissa ei nyt kasva vankkaa mäntymetsää. Kuva 2 antaa yleiskuvan lustotutkimuksen perusteista.

Kuva 2. Lustotutkimuksen perusteet

Kuvasta 2 huomataan, että pitkään kasvaneet kolme tukevaa puuta voivat kattaa 1000 vuoden ajanjakson. Lustosarjaan tarvitaan kuitenkin kymmeniä näytteitä samalta ajanjaksolta, jotta saadaan tilastollinen varmuus ja tarkkuus lustojen kasvusta ja voidaan mm. laskea hajonta. Dendrologiassa on monia muitakin tekijöitä, jotka pitää osata ottaa huomioon kuten puun ikä.

FFT (Fast Fourier Transform) -analyysi suoritettiin FTPC-signaalille, AHR-signaalille ja Ljungqvistin lämpötilalle pääjaksojen selvittämiseksi, kuva 3. FFT-menetelmä kaivaa esiin matemaattisella tarkkuudella signaaliin sisältyvät säännölliset taajuudet. FFT-menetelmällä saadut tulokset riippuvatkin täysin signaalin hyvyydestä eli kuinka hyvin se kuvaa sitä ilmiötä, jota halutaan saada esiin.

Kuva 3. FFT-analyysin tulokset.

Nämä analyysit osoittavat, että tunnettu Gleissbergin oskillaatio 80-90 vuotta on auringon aktiivisuusmuutosten aiheuttama pääoskillaatio, mutta havaittu 60 vuoden oskillaatio voidaan yhdistää AHR-signaalin päätaajuuteen. Ljungqvistin signaali on yhdistelmä useista eri lämpötilaprokseista ja sen erottelutarkkuus (10 vuoden keskiarvo) on selvästi huonompi kuin lustosarjassa ja ilmeisesti siitä syystä sen tulokset hieman poikkeavat FTPC-sarjan tuloksista.

Kirjoittajat ovat yhdistäneet AHR-signaalin ja Gleissberg-signaalin, kuva 4.

Kuva 4. AHR-signaali, Gleissberg-signaali ja niiden yhdistelmä (punainen käyrä).

On syytä huomioida, että AHR-signaali ei ole puhdas sinimuotoinen oskillaatio, vaikka sen keskimääräinen jakson pituus onkin 57,2 vuotta.

Nämä kaksi oskillaatiota voivat olla myös vastakkaisissa vaiheissa tai lähes maksimi- tai minimivaiheissa. 60- ja 88-signaalit on yhdistetty kuvassa 5 siniseksi katkoviivakäyräksi ja punainen käyrä on FTPC-signaali.

Kuva 5. FTPC-signaali ja 60- ja 88-vuotissignaalien yhteisvaikutus.

Paljaalla silmällä on helppo nähdä, että näiden kahden yhdistetyn signaalin ylä- ja alamäet tapahtuvat lähellä toisiaan. 60- ja 88-vuotissignaaleilla oli yhteinen maksimiarvo vuonna 1941, mikä selittää 1930-luvun lämpimän ajanjakson. On tunnettua, että esimerkiksi USA:n ja Suomen 1930-lämpötilat ylitettiin vasta 2010-luvun lopulla. Tarkkaa vuotta en nyt muista ja Ilmatieteenlaitoksen sivuiltahan ei löydy Suomen vuosittaisia lämpötila-arvoja, mutta kaikkea muuta sälää senkin edestä. Onko Suomi kehitysmaa?

FTPC-käyrä on piikikkäämpi ja kirjoittajat ovat havainneet, että tunnistetut tulivuorenpurkaukset ovat näiden pienempien poikkeamien tärkeimmät syyt, kuva 6.

Kuva 6. FTPC-lustosarja ja AHR-signaali sekä merkittävät tulivuorenpurkaukset.

Kuvaan 6 on piirretty Crowley & Loweryn lustotutkimuksesta kolme vihreätä kolmiota, joiden arvot ovat ylemmällä tasolla kuin FTPC-sarjan arvot. Syynä on se, että näihin arvoihin ei ole vaikuttanut Islannissa tapahtuneet voimakkaat tulivuorenpurkaukset, joille Suomi on altis länsivirtausten vuoksi. Kuvaan on mahdutettu muitakin tulivuorenpurkauksia, jotka selittävät FTPC-käyrässä havaittavia vaikutuksia. Lähihistoriassa Tamboran ja Krakataun purkaukset aiheuttivat tunnettuja globaaleja lämpötilan laskuja juuri 60- & 88-vuotisten syklien maksimikohtien aikaan ja nämä vaikutukset löytyvät selvästi FTPC-käyrän muutoksista.

Kuten tiedetään, niin IPCC:n tehtävänä eli missiona on tutkia ihmisen aiheuttamaa ilmastonmuutosta. IPCC on laajentanut tehtävänsä tämän ulkopuolelle ja yrittää todistaa, että luonnollisia ilmastonvaihtelun syitä ei ole lyhyellä (60-100 vuotta) eikä pitkällä (100-1000 vuotta) aikajaksolla.

IPCC ei tunnusta lämpötilavaihteluita, jotka ovat peräisin auringon aktiivisuuden muutoksista tai planeettojen oskillaatioista. 60- ja 88-vuotiset oskillaatiot selittävät 1900-luvun tunnettuja lämpötilan oskillaatioita, ja tämä tutkimus osoittaa, että nämä oskillaatiot ovat pysyvä ilmiö, joka vaikuttaa globaaliin pintalämpötilaan vuosituhansien aikavälillä. Tästä hieman enemmän jatkojutussa.

Tässä tutkimuksessa hyödynnettiin HadCRUT5:n lämpötilatietoja, joista oli poistettu trendi (detrended), eikä tarkoituksena ollut selvittää auringon aktiivisuuden muutosten pitkän aikavälin (100–1000 vuotta) lämpötilavaikutuksia. Kirjoitan tästä pitkän aikavälin lämpötilamuutoksista oman jutun parin päivän sisällä, joten yrittäkää pysyä tässä oskillaatioilmiössä. Tiedän, että se on vaikeaa, ja eräille henkilöille se on erityisen vaikeaa.

Alkuperäisen tutkimuksen on julkaissut tunnettu kustantaja Wiley sähköisessä lehdessään International Journal of Climatology (The Royal Meteorological Societyn tiedelehti), joka on maksumuurin takana, ja se sisältää yksityiskohtaisempia analyysejä ja lukuja: https://doi.org/10.1002/joc.7912

Taustatietoa: Olen koulutukseltani prosessi-insinööri Oulun yliopistosta, jossa opetus perustui yksikköprosesseihin, jotka esiintyvät kaikilla teollisuuden aloilla. Näitä ovat mekaaniset ja kemialliset prosessit sekä aineen- ja lämmönsiirto. Lisäksi opiskelin automaatiota ja prosessidynamiikka, josta tein DI- ja lisensiaattityöt ja se tieto on ollut kaikkein hyödyllisintä ilmastotutkimuksissani. Väittelin laatutekniikasta TKK:ssa 1995. Olen pystynyt hyödyntämään näitä asioita tutkiessani maapallon energiatasetta, hiilenkiertoa, kasvihuonekaasujen osuutta kasvihuoneilmiössä ja lämpenemisessä, dynaamisia viiveitä pilvisyyden, sekä ilmastonmuutoksen lämpötilavaikutuksia lyhyen ja pitkän ajan dynaamisissa simuloinneissa. Näistä aiheista olen julkaissut 21 tutkimusta vuoden 2011 jälkeen. Kasvihuonekaasujen vahvuustutkimus on julkaistu englantilaisessa Energy & Environment-lehdessä 2012 ja Pariisin ilmastosopimuksen perusteiden analysointi 2018 englantilaisen Emerald Publishing Limited – lehdessä ”International Journal of Climate Change and Management”. Tutkimustulokseni poikkeavat IPCC:n tuloksista mm. seuraavissa kohdissa, joilla on ratkaiseva vaikutus ihmisen osuuteen lämpenemisessä: kasvihuoneilmiön suuruus, veden takaisinkytkennän puuttuminen, hiilidioksidin, metaanin ja typpioksiduulin vahvuus kasvihuonekaasuna sekä fossiilisen hiilidioksidin määrä, kierto ja viipymäaika ilmakehässä. Tärkein tulos on ilmastoherkkyysarvoni 0,6 °C. En ole samaa mieltä IPCC:n kanssa ilmastonmuutoksen syistä ja sen vuoksi minut voidaan luokitella toisinajattelijaksi (contrarian). Kirjoitukseni Puheenvuorossa ovat tieteen popularisointia pyrkien osoittamaan IPCC:n ja valtamedian virheet sekä ilmastopaniikin perusteettomuuden. Pyrin välttämään matemaattisia esityksiä ja suosimaan graafisia kuvia. Laajoja esityksiä näistä aiheista on omalla nettisivustollani: https://www.climatexam.com/home