Napapyörteen myöhäinen rikko pelasti Euroopan energiakriisiltä

Ilmakehän yläosissa, maapallon napojen ympärillä virtaavat talvisaikaan voimakkaat länsituulet, joita kutsutaan napapyörteeksi. Napapyörre syntyy, kun kylmän napa-alueen ja lämpimän päiväntasaajan välinen lämpötilaero pyrkii tasoittumaan navalle suuntautuvalla virtauksella. Tämä virtaus - kuten kaikki virtaukset - kääntyy pohjoisella pallonpuoliskolla oikealle eli itäänpäin, jolloin syntyy napoja kiertävä länsituuli. Eteläisellä pallonpuoliskolla etelänavalle suuntautuva virtaus kääntyy vasemmalle, joten Etelämantereenkin ympärillä pyörii läntinen napapyörre.
pilviä yläpuolelta kuvattuna

Napapyörre on yksi tärkeimmistä ja pysyvimmistä ilmastorakenteista, joka tuottaa planeettamme nopeimmat, jopa 300 kilometrin tuntinopeuden saavuttavat tuulet. Napapyörre on munkkirinkilän muotoinen alue, jonka keskus on lähellä pohjoisnapaa ja joka ulottuu noin 10 kilometristä ylöspäin ylimpään ilmakehään asti.

Napapyörre ja sen alareunalla oleva polaarinen suihkuvirtaus ovat tärkeä ilmastollinen raja-alue, joka eristää kylmän arktisen ilman napapyörteen sisäpuolelle, kun taas lämpimät ilmamassat jäävät sen eteläpuolelle. Niinä talvina, jolloin napapyörre pysyy voimakkaana koko talven, Pohjois-Euroopan säätä hallitsevat lämpimänkosteat lounaisvirtaukset ja sää pysyy keskimääräistä lämpimämpänä.

Noin joka toinen talvi tapahtuu keski-ilmakehässä eli stratosfäärissä suuri muutos, joka aiheuttaa stratosfäärin voimakkaan lämpenemisen ja napapyörteen rikkoutumisen. Tätä tapahtumaa kutsutaan stratosfäärin äkilliseksi lämpenemiseksi (SSW, stratospheric sudden warming). Lämpenemisen johdosta napapyörteen tuulet heikkenevät ja jopa kääntyvät tilapäisesti vastakkaiseen suuntaan.

Napapyörteen rikkoutuessa sen antama suoja arktisia virtauksia vastaan heikkenee ja sää kylmenee laajalla alueella pohjoista pallonpuoliskoa. Kun SSW on tapahtunut stratosfäärissä, kestää noin pari viikkoa, että muutokset näkyvät maanpinnan säissä. Maanpinnalla kylmä jakso kestää tyypillisesti ainakin kuukauden ajan. Se mihin suurin osa kylmää arktista ilmaa vyöryy, vaihtelee talvesta toiseen.

Napapyörteen talvenaikaisella kehityksellä ja mahdollisen rikon ajoituksella on suuri merkitys talven säälle ja sen taloudellisille vaikutuksille. Jos napapyörre rikkoutuu alku- tai keskitalven aikana, on seurauksena hyvin kylmä sydäntalvi, jolle on Suomessa tyypillistä alle -20°C asteen lämpötilat ja varsin tuulettomat säät. Tällainen tilanne oli viime syksynä esillä energiatilanteen pahimpana kauhuskenaariona. Onneksi se ei toteutunut.

Päättyneen talven aikana napapyörre rikkoutui, mutta se tapahtui vasta helmikuun lopulla. Napapyörteen rikko näin myöhään tapahtuu vain joka neljäs SSW-talvi. Tämän viivästymisen ansiosta päivän keskilämpötila ehti nousta kevään edetessä eikä ennakkoon pelättyä pahaa energiakriisiä tapahtunut.

Suomen ja koko Euroopan energian kulutuksen pienenemisen ansiosta säästyi satoja miljardeja euroja. Vaikka tavallisten kuluttajien sähkölaskut ovatkin olleet ennätyskorkeita tänä talvena, olisi tilanne voinut olla merkittävästi huonompi, jos talvi olisi sisältänyt paljon lämpöenergiaa vaativan kylmän sydäntalven.

Seuraava talvi tulee kuitenkin pian, eikä se välttämättä ole energian kannalta yhtä onnekas. Olkiluodon kolmannen ydinvoimalan ansiosta Suomen energiahuolto on kuitenkin aiempaa valmiimpi vastaanottamaan kylmänkin talven, mutta tilanne ei ole yhtä hyvä muualla Euroopassa. Erityisesti Saksan energiahuolto on ydinvoiman lakkauttamisen jälkeen edelleen haavoittuvainen kylmän talven vaatiman energiankulutuksen takia.

Keskimääräinen todennäköisyys sille, että napapyörre rikkoutuu alku- tai keskitalven aikana on noin 40%. Tarkempaa ennustetta ensi talven osalta ei ole vielä olemassa, sillä stratosfäärin kuumenemiseen johtavia tekijöitä ei tunneta riittävän hyvin.

Oulun yliopiston avaruusilmaston tutkimusryhmä on pitkään tutkinut arktiseen ilmastoon vaikuttavia tekijöitä. Olemme osoittaneet, että tunnettujen ilmastorakenteiden napapyörteen rikkoon vaikuttavat myös avaruuden olosuhteet. Näiden tekijöiden avulla ryhmä on kehittänyt mallin, jolla napapyörteen rikko voidaan ennustaa 90%:n todennäköisyydellä oikein muutamaa kuukautta aiemmin. Tulevan talven ennuste voidaan siis tehdä jo elo-syyskuun aikana. Tällä voi olla huomattavaa taloudellistakin merkitystä.

Kirjoittajat:
Kalevi Mursula, avaruusfysiikan emeritusprofessori ja avaruusilmaston perustaja
Timo Asikainen, apulaisprofessori (tenure track)
Antti Salminen, tutkijatohtori
Mikhael Vokhmyanin, väitöskirjatutkija
Veera Juntunen, väitöskirjatutkija

Kirjoittajat työskentelevät Oulun yliopiston avaruusfysiikan ja tähtitieteen tutkimusyksikössä.

Kuva: Harmen Jelle van Mourik, Unsplash