Arktisessa stratosfäärissä on normaalia vähemmän otsonia – Suomessa havaittu talven aikana runsaasti hohtavia helmiäispilviä

Arktisessa stratosfäärissä on tällä hetkellä selvästi vähemmän otsonia kuin normaalisti. Tämä johtuu siitä, että ilmakehän kiertoliike on tuonut tänä talvena normaalia niukemmin otsonia pohjoisille alueille. Arktisen alueen otsonitilannetta kartoitetaan kansainvälisessä havaintokampanjassa.
Helmiäispilvet. Kuva: Nasa / Wikimedia Commons (CC0)

"Arktinen polaaripyörre on tänä talvena saanut kehittyä harvinaisen häiriöttömästi. Ilma polaaripyörteen sisällä on pysynyt hyvin eristäytyneenä ja näin ollen polaaripyörre on ollut normaalia kylmempi", kertoo Ilmatieteen laitoksen erikoistutkija Leif Backman.

Polaaripyörteellä on tärkeä merkitys napaseutujen otsonikadon muodostumiseen, koska napapyörteen sisällä oleva ilma jäähtyy voimakkaasti eikä ole vuorovaikutuksessa muiden ilmamassojen kanssa. Tällöin otsonia tuhoavat kemialliset reaktiot toimivat tehokkaimmin.

Heikko otsonitilanne johtuu heikon kiertoliikkeen lisäksi osittain myös otsonikadosta. Keskitalvella otsonikato ei ole merkittävä, mutta talven taittuessa auringonvalo valaisee polaaripyörrettä, jolloin kemiallinen otsonikato käynnistyy.

Tutkijoiden mukaan vielä ei voida sanoa jatkuuko tilanne samankaltaisena keväälle asti. Kymmenen vuorokauden ennusteen mukaan arktinen stratosfääri kuitenkin pysyy edelleen kylmänä. Ultraviolettisäteily on toistaiseksi hyvin heikkoa, vaikka otsonia on vähemmän, koska aurinko on matalalla taivaalla.
Kuva: Stratosfäärin lämpötilaennuste (°C) noin 20 kilometrin korkeudelle sunnuntaille 26.1.2020 kello 8 Suomen aikaa. Polaaripyörteen reuna piirretty punaisella viivalla. Poikkeuksellisen kylmä polaaripyörre liikkuu Suomen yllä viikonlopun aikana. On mahdollista että helmiäispilviä esiintyy alueella, jossa lämpötila on alle -88 °C. Ilmatieteen laitos.

Kylmässä muodostuvat pilvet edistävät otsonikatoa

Kylmässä stratosfäärissä muodostuu polaaristratosfääripilviä, esimerkiksi helmiäispilviä, jotka edistävät otsonikatoa muuntamalla ilmakehässä olevat klooriyhdisteet aktiiviseen muotoon. Marraskuusta lähtien polaaristratosfääripilviä on esiintynyt harvinaisen laajalla alueella.

"Suomessa havaitaan usein helmiäispilviä voimakkaan länsivirtauksen eli föhn-tuulen yhteydessä", kertoo Leif Backman. "Suursäätila on tänä talvena suosinut voimakkaita länsivirtauksia. Yhdessä kylmän polaaripyörteen kanssa tämä on johtanut siihen, että helmiäispilviä on havaittu poikkeuksellisen paljon."

Kun ilmavirtaus nousee Skandien yli, myös stratosfäärissä ilma nousee ylöspäin. Tämä muodostaa aaltoliikettä vuorijonon itäpuolelle, niin kutsuttuja vuoristoaaltoja. Kun ilmamassa nousee, sen lämpötila laskee, ja mikäli huurrepiste saavutetaan, muodostuu helmiäispilviä. Kosteutta ei tässä yhteydessä nouse troposfääristä stratosfääriin. Helmiäispilvien tunnusomainen ulkonäkö johtuu pienten pilvikiteiden aiheuttamasta auringonvalon taipumisesta eli diffraktiosta.

Ilmakehän otsonikerroksessa syntyy kahdenlaisia pilviä

Polaaristratosfääripilvet voidaan jakaa kahteen tyyppiin huurrepisteen mukaan. Huurrepistettä kylmemmissä olosuhteissa voi esiintyä jääkidepilviä, joita kutsutaan myös helmiäispilviksi.

"Pastellinsävyiset helmiäispilvet näkyvät upeasti taivaalla aamu- tai iltahämärän aikaan, kun horisontin alla oleva aurinko valaisee korkealla olevia pilviä", erikoistutkija Leif Backman kuvailee.

Otsonikerroksessa, eli noin 20 kilometrin korkeudessa, huurrepiste on tyypillisesti noin -85 °C. Muutama aste huurrepisteen yläpuolella esiintyy pilviä, jotka muodostuvat joko kiteistä tai pisaroista, tai niiden sekoituksesta. Kiteiset partikkelit koostuvat typpihaposta ja vedestä, nestemäiset lisäksi rikkihaposta. Nämä pilvet näkyvät utumaisina ja ovat vaikeasti havaittavissa.

Kansainvälisessä kampanjassa mitataan arktisen alueen otsonikatoa

Tällä viikolla käynnistyi kansainvälinen havaintokampanja, jossa mitataan otsonikatoa arktisilla alueilla. Kampanjaan osallistuu arktisten alueiden otsoniluotausasemien verkosto, mukaan lukien Ilmatieteen laitoksen Sodankylän asema. Kampanjassa otsonia havaitaan ns. Match-menetelmällä.

"Menetelmä perustuu siihen, että otsonipitoisuus mitataan samassa ilmamassassa kahden tai useamman mittausaseman yllä otsoniluotaimella. Havaitun otsonimuutoksen avulla saadaan tarkempaa tietoa polaarialueiden otsonikadon prosesseista", kertoo Ilmatieteteen laitoksen erikoistutkija Rigel Kivi.

Havaintokampanjan aikana ilmamassojen liikkeitä lasketaan jatkuvasti ennustemallidatasta. Kun havaitaan, että jo kertaalleen mitattu ilmamassa on lähestymässä, lähetetään havaintoasemille luotatuspyyntö.

Ilmatieteen laitoksen Sodankylän asemalla on talvella luotausten lisäksi käytössä SAOZ-spektrometri, joka mittaa otsonin kokonaismäärää päivittäin.
Kuva: Sodankylässä tehty otsoniluotaus 22.1.2020. Sininen viiva on tammikuun luotausten keskiarvo ajalta 1989–2001. Keskiviikon 22.1.2020 luotaus on tehty polaaripyörteen reuna-alueella. Havaittu kokonaisotsonin määrä on 299 DU (Dobson Unit*), tavanomainen kokonaisotsonin määrä samana päivänä olisi 345 DU. Ilmatieteen laitos.

*Otsonimäärää mitattaessa käytetään yleensä Dobsonin yksikköä (Dobson Unit, DU). Esimerkiksi kolme sataa Dobsonin yksikköä tarkoittaa, että maanpintaan tuotuna otsonikerroksen paksuus olisi 3 mm.



Lähde: Ilmatieteen laitos