Väitös: Pilvien rakenteen tarkalla kuvauksella lisätietoa pienhiukkasten ilmastovaikutuksista

Aerosolien ja pilvien suhde aiheuttaa epävarmuutta ilmastonmuutoksen ennakointiin

Ilmakehässä esiintyvät aerosoli- eli pienhiukkaset vaikuttavat ilmastoon monin eri tavoin. Yhtenä tärkeimmistä seikoista on aerosolihiukkasten toimiminen pilvipisaroiden tiivistymisytiminä. Pilvipisaroiden ja tätä kautta pilvisyyden muodostuminen riippuu paitsi tiivistymisytimien saatavuudesta, myös ilman sisältämän vesihöyryn kyllästystilasta. Vesihöyryn määrän kannalta oleellisia ovat myös ilmakehän pystysuuntaiset virtaukset, jotka syöttävät kosteutta syntyvään pilveen.

Ihmisen toiminta voi vaikuttaa pienhiukkasten määrään ilmakehässä. Aerosolien toimiessa tiivistymisytiminä muuttuvat hiukkaspitoisuudet muuttavat pilvien ominaisuuksia, sateen muodostusta sekä pilvien vaikutusta maapallon energiataseeseen. Aerosolien ja pilvien välisiin vuorovaikutuksiin liittyy kuitenkin suuria epävarmuuksia ja ne ovat yksi merkittävimmistä epävarmuustekijöistä ilmaston mallintamisessa ja ilmastonmuutoksen ennakoinnissa.

Tähän asti käytetyt mallit liian yksinkertaisia pilvien muodostumisen kuvaamiseen

Tonttila tutki väitöksessään pilviin liittyvien pystyvirtausten vaihteluita käyttäen hyväksi tutkien ja lidar-mittalaitteen kaukokartoitusmittauksia. Pystyvirtausten vaihteluita voidaan kuvata todennäköisyysjakaumilla, joiden muoto voi vaihdella tilanteen mukaan huomattavasti. Mittauksista saatuja tietoja verrattiin numeeristen mallien simuloimiin virtauksiin.

Väitöstyön perusteella pilvipisaroiden synnyn kannalta oleellisten pystyvirtausten vaihteluiden kuvaamiseen tarvitaan erittäin korkea erotuskyky, jollaista ei laskentaresurssien aiheuttamien rajoitteiden vuoksi ole käytettävissä operatiivisissa malleissa. Karkean erotuskyvyn omaavissa ilmastomalleissa tämä seikka korostuu ja pystyliikkeiden pienimittaisen vaihtelun kuvaamiseen onkin kehitetty erilaisia yksinkertaistettuja kuvauksia. "Tutkimusta tehdessäni huomasin, että monet näistä parametrisaatioista ovat kuitenkin liian yksinkertaisia pilvien ja aerosolien ilmastovaikutusten kuvaamiseen", Juha Tonttila kertoo.

Väitöstyössä rakennettiin uusia, pystyliikkeiden ja pilvien pienimittaisten rakenteiden vaihtelua aiempaa tarkemmin kuvaavia komponentteja globaaliin ilmastomalliin. Uutta mallia hyödynnettiin aerosolien ilmastovaikutusten arviointiin.

"Uudet menetelmät mahdollistivat pilvien ja aerosolien välisten vuorovaikutusten kuvaamisen aiempaa tarkemmin ja mallilla saadut arviot aerosolien epäsuorasta vaikutuksesta saatiin lähemmäs kansainvälisen ilmastopaneeli IPCC:n tekemää parasta arviota", Tonttila selvittää. Näin ollen väitöskirjan sisältämät tulokset auttavat ymmärtämään aerosolien ilmastovaikutuksia ja niiden esittämistä ilmastomalleissa entistä paremmin.

Väitöstilaisuus 10.3.

Filosofian maisteri Juha Tonttilan väitöskirja From turbulence to cloud formation – modelling the aerosol-cloud interactions tarkastetaan Helsingin yliopiston matemaattis-luonnontieteellisessä tiedekunnassa. Väitöstilaisuus on tiistaina 10.3.2015 klo 15 Kumpulan kampuksella Exactumissa (auditorio CK112). Vastaväittäjänä toimii professori Corinna Hoose Karlsruhen yliopistosta ja kustoksena professori Heikki Järvinen Helsingin yliopistosta.

Juha Tonttila on syntynyt Tampereella 1985 ja kirjoittanut ylioppilaaksi Ylöjärven lukiosta vuonna 2004. Hän valmistui filosofian maisteriksi Helsingin yliopistosta vuonna 2009 ja on työskennellyt siitä lähtien tutkijana Ilmatieteen laitoksella.

Lisätietoja

• Linkki julkaisuun: From turbulence to cloud formation - modelling the aerosol-cloud interactions. Tonttila, Juha 2015.http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-697-862-1

Tutkija Juha Tonttila, Ilmatieteen laitos, puh. 0295 394 677, juha.tonttila@fmi.fi