Model-simulated present-day distributions and projected future changes in top-of-the-atmosphere radiation fluxes and surface energy budget

Maapallon energiatalous kuvaa eri energiavoiden kulkua ilmastojärjestelmässä (maanpinta ja ilmakehä) ja säteilytasapainoa ilmakehän ulkorajalla. Tarkastelemalla Maan energiatalouden toteutumistapaa voidaan tuottaa hyödyllistä tietoa ilmastonmuutoksesta ja ymmärtää paremmin ilmastonvaihteluiden fysikaalisia mekanismeja. Ihmisten toiminnasta syntyvä kasvihuonekaasujen pitoisuuksien kasvu ilmakehässä aiheuttaa muutoksia ilmastojärjestelmään, joiden seurauksena ilmasto lämpenee. Maanpinnalla lämpötilajakauman muutoksiin vaikuttavat lisäksi lukuisat eri palauteilmiöt, jotka voivat vahvistaa tai heikentää alkuperäisiä muutoksia Maan energiatasapainossa. Esimerkkejä tärkeistä palauteilmiöistä ovat vesihöyryn kasvihuoneilmiö, lumi- ja jääpeitteen sekä pilvisyyden muutokset. Tutkimalla energiatalouden toteutumista ilmakehän ulkorajalla sekä maanpinnalla saadaan käsitys siitä, miten ilmastojärjestelmä reagoi muutoksiin ilmakehän koostumuksessa. Tässä työssä käytettiin 23 ilmastomallin tuloksia, jotka saatiin hankkeesta CMIP5 (Coupled Model Intercomparison Project Phase 5). Simulaatioiden tulosten avulla tutkittiin 14 energiatalouden komponentin, pintalämpötilan ja kokonaispilvisyyden jakaumia nykypäivän ilmasto-oloissa (perusjakso 1981-2010) sekä niiden muutoksia vertailujaksolla 2071-2100 RCP8.5-päästöskenaarion (Representative Concentration Pathway) mukaan. Tulokset esitettiin 23 mallin keskiarvona, ja tutkielmassa analysoitiin muutosten maantieteellisiä jakaumia sekä komponenttien keskimääräistä muutosta maapallolla. Ilmastomallien simuloimien tulosten yhteneväisyyttä tutkittiin mallienvälisen keskihajonnan avulla, sekä tarkastelemalla kaikkien mallien keskimääräisen muutoksen ja mallienvälisen hajonnan suhdetta. Lisäksi pintalämpötilan ja energiatalouskomponenttien muutosten välistä yhteyttä tutkittiin tarkastelemalla niiden mallienvälistä korrelaatiota. Ilmastomallien mukaan Maan pintalämpötila nousee kaikkialla, lämpötila kasvaa enemmän maa- kuin merialueilla, ja lämpeneminen on voimakkainta pohjoisilla korkeilla leveysasteilla. Lämpösäteilyvoiden muutokset olivat suurimpia, ja pintalämpötilan nousuun vaikutti eniten muutos ilmakehän vastasäteilyssä (pilvettömissä olosuhteissa). Absorboituneen lyhytaaltosäteilyn määrän lisääntyminen oli myös merkittävä, mikä todennäköisesti oli seurausta lumi- ja jääpeitteen vähenemisestä sekä ilmakehän vesihöyrysisällön kasvusta, ja pintaa kohti suuntautuvan lyhytaaltosäteilyn muutoksen (pilvettömissä olosuhteissa) ja pintalämpötilan muutoksen välillä oli vahva negatiivinen korrelaatio. Lyhyt- ja pitkäaaltosäteilyvoiden muutosten vaikutusten keskinäinen vertailu suhteessa ilmaston lämpenemiseen olisi kiinnostava aihe tämän tutkielman jatkoksi. Lisäksi todettiin, että pinnan energiavoiden muutokset muokkaavat pintalämpötilan muutoksen jakaumaa.