Uusi malli pohjoisen napajään kehityksestä

Olen jo pitkään seurannut arktisen merijään pinta-alan kehitystä globaalin ilmastonmuutoksen ilmentäjänä ja samalla ilmastomallien ennakoiman kehityksen mittarina. Näin siksi, että 1) ilmastotieteen mukaan globaali lämpeneminen on nopeinta juuri maapallon pohjoisimmissa kolkissa ja 2) napajään pinta-alan mittaukset perustuvat julkaistuihin kuviin, joten niihin liittyvien tilastojen jälkikäteen muokkaaminen on mahdotonta tai ainakin erittäin vaikeaa ilman, että siitä jäisi kiinni. 

Tärkein tähän liittyvä analyysini on ollut syy-seuraussuhteen testaaminen ilmastoa lämmittävien kasvihuonekaasujen - tai tarkemmin sen hiilidioksidipitoisuuden - määrän lisääntyessä ilmakehässä. Testattavan hypoteesini mukaan ilmakehän hiilidioksidin ja pohjoisen merijään välisen riippuvuuden tulisi saavuttaa tilastollinen merkitsevyys ajan myötä yhä nopeammin, koska ilmastotieteen mukaan maapallon lämpeneminen tapahtuu kiihtyvästi.

Kuten blogiani säännöllisesti lukevat ovat havainnet, ei tämä hypoteesi ole saanut tukea käytettävissä olevan tiedon perusteella, vaan hiilidioksidin ja merijään koon välinen tilastollisesti merkitsevä yhteys on kadonnut kokonaan tällä vuosituhannella. Tälle havainnolle en kuitenkaan ole aiemmin havainnut selitystä tai edes sen yritystä ilmastotieteellisistä tutkimuksista.

Siksi oli mielenkiintoista havaita, että Nature-lehdessä julkaistiin tutkimus, jonka mukaan arktisen merijään tila muuttui vuoden 2007 kieppeillä paksusta ja epämuodostuneesta ohuemmaksi ja yhtenäisemmäksi jääpeitteeksi, minkä seurauksena paksun ja epämuodostuneen jään osuus laski puoleen, eikä ole sen jälkeen palautunut. 

Tämä johtopäätös saavutettiin analysoimalla merijään kehitystä Pohjoisen jäämeren ja Pohjois-Atlantin yhdistävässä salmessa Huippuvuorten ja Grönlannin välissä. Havaintojen pohjalta tutkijat kehittivät yksinkertaisen mallin, joka kuvaa dynaamisen merijään paksuuntumisen prosessia ja selittää havaitut jääpaksuuden muutokset jäiden lisääntyneen liikkuvuuden seurauksena. 

Mallin tehneiden tutkijoiden mukaan heidän havaintonsa korostavat ilmastonmuutoksen pitkäaikaista vaikutusta Arktisen merijään eliniän vähenemiseen sekä sen yhteyttä pohjoisen napajään kehitykseen Arktisen valtameren ympäristössä. Artikkelin luettuani arvelin, että siinä esitetty muutos jään käyttäytymisessä 2000-luvun ensimmäisellä vuosikymmenellä saattaisi selittää myös oman havaintoni siitä, ettei ilmakehän hiilidioksidin ja pohjoisen napajään pinta-alan välillä ole enää ollut tilastollisesti merkitsevää yhteyttä. 

Niinpä päätin verrata omissa analyyseissäni käyttämäni pohjoisen napajään vuosittaisen minimikoon (syyskuun keskiarvo) sekä satelliittiperusteisen RSS-aikasarjan (kuukausien keskiarvo) välistä yhteyttä vuosille 1979-2022. Näiden tilastojen välinen regressiokerroin oli 0,75. Sen mukaan RSS-aikasarjan mukainen vuoden keskilämpötila selitti peräti 56 prosenttia pohjoisen merijään syyskuisen minimipinta-alan vaihtelusta. Tulos oli tilastollisesti erittäin merkitsevä. 

Laskin sitten vielä kuinka hyvin RSS-aikasarja selitti pohjoisen merijään vaihtelun edellä linkittämäni tutkimuksen kannalta merkittävän 2000-luvun aikana eli vuosina 2001-2022 (yhteensä 22 vuotta). Sen regressiokerroin oli 0,59 ja tulos oli tilastollisesti merkitsevä. Toisin sanoen ilmakehän lämpötila selitti pohjoisen napajään pinta-alan minimikoon vaihtelusta lähes kolmanneksen myös tällä vuosituhannella.

Lopuksi laskin vielä saman asian viime vuosituhannen viimeisenä vuosina eli vuosina 1979-2000 (myös 22 vuotta). Yllätykseni oli suuri, sillä tuona aikana RSS-sarjan mukainen globaali ilmakehän lämpötila ei selittänytkään tilastollisesti merkitsevästi pohjoisen napajään pinta-alaa. 

Asiaa paremmin ymmärtääkseni piirsin kuvan, johon olin normalisoinut RSS-sarjan ja pohjoisen merijään koon vaihtelut keskimäärin samankokoiseksi ja kääntänyt merijään sulamiskäyrän kasvavaksi eli samansuuntaisiksi RSS-muutosten kanssa. Lopputulos näkyy alla olevassa kuvassa, johon on punaisella merkitty pohjoisen merijään pinta-alan vuotuisen minimikuukauden pinta-ala ja sinisellä RSS-aikasarjan vuotuinen kehitys skaalattuna suunnilleen samanlaiselle erotuskyvylle.

 

Kuvasta nähdään, että napajään kehityksessä on tosiaan tapahtunut merkittävä "hyppäys" (todellisuudessa siis pudotus) uudelle tasolle juuri tämän vuosituhannen ensimmäisen vuosikymmenen puolivälissä, mutta globaalissa lämpötilassa vastaava hypähdys on tapahtunut jo 1990-luvun puolivälistä lähtien. Mielenkiintoista on myös se, että molemmissa aikasarjoissa käyrien nousu (eli globaalin lämpötilan kasvu ja napajään pieneneminen) näyttävät tasaantuneen aivan kuvatun ajanjakson lopussa. 

Tästä voimme päätellä, että edellä laskemani aikasarjojen välisen tilastollisen merkitsevyyden puuttuminen 1900-luvun lopun aineistosta johtuu globaalin lämpötilan kasvuun lähdön ja jääpeitteen pienenemisen liikkeellelähdön kymmenen vuoden erosta. Ja jääpeitteen pieneneminen 2000-luvun ensimmäisen vuosikymmenen puolivälin jälkeen liittynee juuri siihen pohjoisen merijään laadun muutokseen, josta edellä linkittämässäni artikkelissa puhuttiin.

Kuvaajan loppupuoli puolestaan kertoo syyn sille, miksei oman kasvihuonekaasujen määrän ja napajään koon välisen suhteen seurantani ole ollut pitkään aikaan tilastollisesti merkitsevä: merijään koossahan ei ole havaittavissa oleellista muutosta 2010-luvulta lähtien. Ja lisäksi napajään minimikoon vuotuinen vaihtelu on muuttunut oleellisesti aikaisempaa suuremmaksi jo 2000-luvun ensimmäisen vuosikymmenen puolivälistä lähtien, mikä vähentää tilastotestien merkitsevyyksiä, vaikka jään mitattu pinta-ala kasvoikin aina 2010-luvulle asti.  

Aiempia ajatuksia samasta aihepiiristä:
Etelämannerta ympäröivä jääpeite on pienin 44 vuoteen - entä sitten?
Pohjoisen merijään pinta-ala ei ole supistunut sitten vuoden 2001, mutta onko nyt alkanut muutos?
Onko arktinen alue lämmennyt neljä kertaa nopeammin kuin muu maailma?