Toisin kuin kasvihuonekaasut, pienhiukkaset keskimäärin viilentävät ilmastoa. Pienhiukkasten ilmastovaikutuksiin liittyy vielä epävarmuuksia, joita uusi FORCeS-projekti pyrkii vähentämään.
Hiukkasten ilmastovaikutuksen, eli säteilypakotteen, määritys auttaa arvioimaan ilmastoherkkyyttä. Ilmastoherkkyys kertoo, kuinka paljon ilmasto lämpenee ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden kasvaessa. Viimeisin IPCC:n arviointiraportti (AR5) arvioi ihmisperäisten pienhiukkasten aiheuttaman säteilypakotteen olevan voimakkaasti viilentävän (-1.9 W m-2) ja hieman lämmittävän (+0.1 W m-2) välillä. Arviossa verrattiin vuoden 2011 tasoa vuoteen 1750.
Pienhiukkasten havainnointi haastaa tutkijat
Huomattava epävarmuus säteilypakotteessa siirtyy myös lähivuosikymmenten ilmastoennusteisiin. Pienhiukkasia pyritään vähentämään ilmanlaatuongelmien vuoksi, ja toisaalta hiukkaspäästöt vähenevät kasvihuonekaasujen päästövähennysten yhteydessä. Hiukkaspäästöihin kohdistuvat toimet alkavat vaikuttaa ilmastoon välittömästi, koska hiukkaset viipyvät ilmakehässä lyhyen aikaa, alailmakehässä yleensä vain muutamia päiviä. Siksi esimerkiksi ilmastoa lämmittävän mustan hiilen päästövähennyksiä on pidetty yhtenä osakeinona saavuttaa lyhyen aikavälin ilmastotavoitteita. Toisaalta pienempi pienhiukkaspitoisuus ilmakehässä saattaa vähentää sen keskimäärin viilentävää vaikutusta ja vaikeuttaa ilmastotavoitteisiin pääsyä.
Pienhiukkasten lyhyt viipymäaika yhdistettynä hiukkasten monimuotoisiin ominaisuuksiin asettavat haasteita havaintojärjestelmille. Vaikka hiukkasten havaintoverkostoja on kehitetty 1970-luvulta lähtien, pitkät havaintoaikasarjat ovat melko harvassa. Havaintoja tehdään runsaasti Euroopassa ja Pohjois-Amerikassa, mutta laajat alueet jäävät edelleen pimentoon.
Havaittu aikasarja hiukkasten lukumäärästä tai massapitoisuudesta (esim. PM2.5) ei itsessään riitä selittämään hiukkasten päästöjä tai ilmakehässä tapahtuvaa hiukkasten muodostumista ja siihen liittyviä kemiallisia prosesseja. Lisäksi tarvitaan mahdollisimman monipuolisia havaintoja ilmakehän ja ympäristön tilasta sekä kokonaisvaltaista prosessimallinnusta.
Satelliittihavainnot ovat täydentäneet paikallisia aikasarjoja ja lentokonehavaintoja jo 1970-luvulta lähtien, ja etenkin 1990-luvulta lähtien on taltioitu riittävän hyvälaatuisia maailmanlaajuisia sarjoja pienhiukkasista. Vaikka aerosolien kokojakauman tai koostumuksen havainnoiminen satelliitista sisältää epävarmuuksia, alueellisesti kattavia aikasarjoja tarvitaan paikkaamaan aukkoja maanpäällisissä mittauksissa.
Pienhiukkasten ilmastovaikutusten kannalta oleelliset aerosolien ja pilvien väliset vuorovaikutukset aiheuttavat runsaasti lisähaasteita havaintojärjestelmille. Syksyllä 2019 käynnistyneen EU-projekti FORCeSin tavoitteena on selvittää, miten aerosolit vaikuttavat pilvipisaroiden ja pilvien jääkiteiden muodostukseen, ja toisaalta kuinka herkkiä pilvien ominaisuudet ovat vaihteluille pienhiukkasten pitoisuudessa ja koostumuksessa.
Havainnot tukevat ilmastomalleja
Pienhiukkasia on sisällytetty ilmastomalleihin jo parin vuosikymmenen ajan. Ilmastomallit vaativat huomattavan määrän laskentatehoa, ja hiukkasten ominaisuuksien kuvaaminen saattaa jopa tuplata mallin vaatiman laskentakapasiteetin. Ilmastomallit pyrkivät kuitenkin kuvaamaan hiukkasia riittävällä tarkkuudella, jotta niiden vaikutukset voidaan sisällyttää ilmastoennusteisiin.
Vaikka ilmastomallien hiukkasia ja pilviä voidaan verrata havaintoihin, ilmastomallin prosessien kehittäminen havaintojen perusteella on haastavaa. FORCeS-projekti hyödyntää monipuolisia havaintoja, sekä prosessi- ja pilvimalleja, ja tarjoaa näiden avulla tuotettavia reunaehtoja ilmastomalleille. Projektissa pyritään löytämään uusia keinoja hyödyntää olemassa olevaa havaintodataa ja tarkentamaan pienhiukkasten ilmastovaikutuksia.
Tarkempi tieto pienhiukkasten ilmastovaikutuksesta ilmastomalleissa auttaa arvioimaan esimerkiksi jäljellä olevaa hiilibudjettia sekä Pariisin ilmastosopimuksen tavoitteiden toteutumista eri tulevaisuusskenaarioissa.
Pienhiukkasfaktoja:
- Pienhiukkasia, toiselta nimeltään aerosolihiukkasia, leijailee ilmassa 0,000001 mm – 0,1 mm kokoisina.
- Pienhiukkasia syntyy sekä luonnostaan että ihmistoiminnan seurauksena.
- Pienhiukkaset vaikuttavat auringonsäteilyn kulkuun sekä säteilyä heijastavien pilvien muodostukseen.
Teksti: Risto Makkonen
Kuva: Pixabay
