Tutkimuksemme Arktisen alueen lämpenemisnopeudesta julkaistiin juuri Communications Earth & Environment tiedelehdessä. Tutkimuksen päätulos on se, että viimeisen reilun neljän vuosikymmenen aikana Arktinen alue on lämmennyt noin neljä kertaa niin nopeasti kuin maapallo keskimäärin. Uusi arvio lämpenemissuhteesta eli niin sanotusta arktisesta voimistumisesta (Arctic amplification) on selvästi korkeampi kuin mitä mediassa ja tieteellisessä kirjallisuudessa on aiemmin käytetty. Tutkimuksemme on mahdollisesti ensimmäinen, tai ainakin yksi ensimmäisistä, missä nelinkertainen arktinen voimistuminen raportoidaan. 

Ihan yksiselitteistä arktisen voimistumisen määrittäminen ei kuitenkaan ole. Voimistuminen on ensinnäkin jossain määrin riippuvainen siitä, miten Arktis alueena määritellään. Tieteellisestä kirjallisuudessa ei nimittäin löydy yksiselitteistä määritelmää Arktiselle. Osa tutkimuksista käyttää raja-arvona 60°N leveyspiiriä, osa 65°N, osa 70°N. Jopa IPCC käyttää eri raporteissa eri määritelmiä. Myös muihin kuin leveyspiireihin perustuvia määritelmiä Arktikselle on käytössä. Me käytimme raja-arvona pohjoista napapiiriä (66,5°N), koska mielestämme se on leveyspiiri jonka suurin osa ihmisistä mieltää Arktisen alueen rajaksi. Asun itse 61°N leveyspiirillä, enkä miellä asuvani arktisella alueella. Toki teimme laskelmat myös eri raja-arvoja käyttäen.

Lisäksi Arktisen alueen lämpenemisnopeus riippuu siitä miten pitkältä ajalta trendit lasketaan. Tutkimuksemme pääpainona oli vuodesta 1979 alkava ajanjakso, kahdesta syystä: i) 1979 alkaen Arktiselta on saatavilla satelliittihavaintoja, joten havaintohistoria on sen jälkeen luotettavampaa ja ii) voimakas ilmaston (ja Arktiksen) lämpeneminen alkoi 1970-luvulla.

Vuoden keskilämpötilan kehitys arktiksella alueella (tummat värit) ja globaalisti (haaleat värit). Vuosien 1979-2021 aikana (suorat trendiviivat) lämpötila on noussut Arktiksella noin neljä kertaa voimakkaammin kuin globaalisti keskimäärin. Lämpötilat ovat esitetty poikkeamina vuosien 1981-2010 keskiarvoista.

Jos Arktiksena käytetään napapiirin rajoittamaa aluetta, ja lämpeneminen lasketaan 1979-2021 ajalta, saadaan voimistumisen suuruudeksi tuo otsikossa mainittu noin neljä. Laajempi alue tuottaa pienemmän suhdeluvun, koska (vähän paradoksaalisesti) pohjoisessa maa-alueilla lämpeneminen on ollut hitaampaa kuin Pohjoisella jäämerellä. Tämä johtuu siitä, että lämpeneminen on sidoksissa merijään vähentymiseen.

Koska arktisen alueen ja lämpenemisnopeuden voi laskea monella eri tapaa, ei ole ihme että mediassa ja kirjallisuudessa liikkuu eri suhdeluvun arvoja. Toisaalta myös aiemmat arviot ovat varmasti vanhentuneita, koska lämpeneminen on jatkunut. Näiden syiden takia nyt julkaistussa tutkimuksessa arktisen voimistumisen suhdeluku on suurempi kuin mihin on aiemmin totuttu. Olemme kuitenkin sitä mieltä, että meidän määritelmämme Arktikselle on järkevämpi, kuin monissa tutkimuksissa käytetty 60°N tai 65°N. 

Arktisen voimistumisen suuruus a) havaintojen mukaan ja b) ilmastomalleissa. Paneeli a) kuvaa miten arktisen voimistumisen suuruus on riippuvainen siitä miten Arktis alueena määritellään (kuvan y-akseli) ja miltä ajalta lämpenemistrendi lasketaan (kuvan x-akseli). Paneelin b) lukuarvot osoittavat miten suuri osa ilmastomalleista (prosentteina) simuloi heikompaa arktista voimistumista kuin mitä on havaittu. Tähti kuvaa arvoa joka on laskettu 1979-2021 ajalta ja käyttäen napapiiriä (66,5°N) Arktisen alueen rajana. Kuvan lähde: Rantanen et al. (2022).

Tutkimus valottaa myös sitä miten Arktinen voimistuminen esiintyy ilmastomalleissa. Saimme selville, että ilmastomallisimulaatioissa ei juurikaan esiinny tilanteita, missä Arktis lämpenee 43 vuoden ajan nelinkertaista nopeutta globaaliin keskiarvoon nähden. Keskimäärin malleissa lämpeneminen on noin 2,5-kertaista. Mistä tämä sitten kertoo? 

Ensimmäisenä vaihtoehtona on se, että ilmastomalleissa on mahdollisesti systemaattisia ongelmia (biaksia), jotka aiheuttavat sen että mallien simuloima lämpötilan nousu Arktiksella on vähemmän herkkää globaalille lämpötilan nousulle. Esimerkiksi, jos lumi- tai jääpeite on malleissa liian suuri, ei tietyn suuruinen globaali lämpeneminen välttämättä nosta lämpötiloja niin paljon verrattuna tilanteeseen missä lumi- ja jääpeite on vähäisempää, koska lumi- ja jääpeitteen vähenemiseen liittyvät palauteilmiöt jäävät malleissa heikommiksi. Emme kuitenkaan määrittäneet taustalla olevia syitä, vaan asia jäi spekulaation tasolle.

Toisaalta, jos oletetaan että mallien simuloima ilmasto on riittävällä tarkkuudella havaitun ilmaston kaltainen, päädytään johtopäätökseen että havaittu nelinkertainen Arktinen voimistuminen on erittäin harvinainen tapahtuma. On hyvin todennäköistä että pitkän ajan luonnolliset, ilmastojärjestelmän sisäiset vaihtelut (kuten merivirtojen tai ilmakehän vaihtelut) ovat voimistaneet kasvihuonekaasujen lisääntymisestä johtuvaa lämpenemissuhdetta. Ilmastomallien keskiarvo nimittäin edustaa suurella tarkkuudella pakotettua, kasvihuonekaasujen lisääntymiseen liittyvää lämpenemistä, ja havaittu lämpenemissuhde oli 40-50 % suurempi kuin ilmastomallien keskiarvo.

Miten kaikki alkoi?

Tutkimuksen alkutahdit lyötiin kesällä 2020. Venäjän Siperiassa oli käynnissä voimakas helleaalto. Verhojanskin kaupungissa mitattiin huimat 38.0°C, joka myöhemmin vahvistettiin koko arktisen alueen lämpöennätykseksi. Twitterissä levisi twiittejä (mm. tässä ja tässä) siitä miten pitkään käytössä ollut käytetty fraasi “Arktis lämpenee kaksi kertaa nopeammin kuin maapallo keskimäärin” selvästi aliarvioi nykyisen tilanteen. 

Twiittien innostamana yksi tutkimuksen kirjoittajista, Antti Lipponen, laittoi minulle, Kalle Nordlingille ja Ari Laaksoselle sähköpostia Arktiksen lämpenemisnopeudesta. Ihmettelimme yhdessä miten nykyinen havaintodata näyttää selvästi voimakkaampaa lämpenemistä suhteessa globaaliin keskiarvoon kuin mitä pitkään käytössä ollut sanonta kaksinkertaisesta lämpenemisnopeudesta antaa ymmärtää. 

Kävimme vähän havaintoaineistoja ja ilmastomallisimulaatioita läpi, ja muutaman sähköpostiviestin vaihdon jälkeen totesimme yhdessä, että tässä voisi olla jotain mitä kannattaisi yrittää julkaista. Minulla oli heinäkuussa 2020 vähän ylimääräistä aikaa, kun vuosilomaa ei ollut vielä kertynyt. Siispä otin aiheesta kopin ja aloin vetämään käsikirjoituksen valmistelua. 

Syksyn 2020 ja talven 2021 aikana juttu edistyi suhteellisen hitaasti, koska meillä ei ollut juuri mitään olemassa olevaa rahoitusta työlle. Edistin tutkimusta osittain vapaa-ajalla ja aina silloin kuin muilta tutkimusprojekteilta jäi aikaa. Pidin pöytälaatikkotutkimuksen tuloksista seminaarin Ilmatieteenlaitoksella sisäisesti helmikuussa 2021, ja sen jälkeen saimme muilta tutkijoilta lisäapua. Alexey Karpechko tuli tutkimukseen mukaan uusien ilmastomallitulosten kanssa, ja ystävällisesti auttoi minua myös viimeistelemään ensimmäisen käsikirjoitusluonnoksen. Timo Vihma, Otto Hyvärinen ja Kimmo Ruosteenoja tarjosivat myös apuaan tutkimuksen edistämisessä.

Saimme ensimmäisen luonnoksen käsikirjoituksesta valmiiksi kesäkuussa 2021. Ajattelimme, että arktisen alueen nelinkertainen lämpenemisnopeus on varmasti suurta yleisöä kiinnostavaa, joten päätimme tähdätä heti korkealle. Käsikirjoitus lähetettiin Natureen, eli käytännössä koko tiedemaailman arvostetuimpaan tiedelehteen. Yllätyksemme olikin suuri, kun editori lähetti juttumme vertaisarvioitavaksi. Suurin osa Natureen lähetetyistä jutuista nimittäin hylätään heti kättelyssä eivätkä ne pääse edes arvioitavaksi.

Kesän ajan jännitin millaisia kommentteja vertaisarvioitsijat antavat. No, kommentit olivat positiivisia ja hyödyllisiä, vaikkakin arvioitsijat olivat sitä mieltä että Nature on ehkä vähän liian korkeatasoinen lehti ko. tutkimukselle. Juttu siis hylättiin, mutta lehden editori rohkaisi meitä lähettämään sen muualle julkaistavaksi korjausten jälkeen. 

Syksyn 2021 aikana tein juttuun vertaisarvioitsijoiden ehdottamia korjauksia. Viimein joulukuussa 2021 uusi versio pöytälaatikkotutkimuksestamme oli edistynyt siihen malliin, että se oli valmis uudelleenlähetettäväksi. Lähetimme käsikirjoituksen Nature Geoscienceen, mutta sieltä tuli hylky, tällä kertaa suoraan ennen vertaisarviointia. Sama tapahtui myös Nature Communications -lehdessä. Lopulta tammikuussa 2022 kahden hylkäyksen jälkeen lähetimme tutkimuksen Communications Earth & Environment tiedelehteen, jota myös aiemmat editorit suosittelivat. No, Communications Earth & Environment suostui ottamaan jutun arvioitavaksi, ja tässä ollaan nyt. Tutkimuksen aloittamisesta julkaisuun kului noin kaksi vuotta ja kaksi kuukautta. 

Olen todella iloinen että paperi tuli vihdoin ulos. Ilmatieteenlaitos julkaisi hiljattain uudet arvonsa, jotka ovat yhteistyö, vaikuttavuus ja edelläkävijyys. Mielestäni tutkimus kuvaa hyvin näitä jokaista: tutkimus tehtiin yhteistyössä monen eri yksikön tutkijoiden kesken, tutkimus on (toivottavasti) vaikuttava, ja edelläkävijyys ilmenee siinä että tutkimus on yksi ensimmäisistä julkaistuista tutkimuksista missä Arktisen alueen nelinkertainen lämpenemisnopeus raportoidaan. Paperi on myös esimerkki sitä miten jopa high-impact-tutkimukset voivat saada alkunsa Twitter-keskusteluista. Tämä onkin asia mitä rakastan tutkijan työssäni. Jos törmäät johonkin uuteen ja mielenkiintoiseen havaintoon, voit tutkia sitä lisää ja tehdä siitä oikean jopa tutkimuksen. Tai ainakin teoriassa. Aina ei aika (tai rahoitus) riitä.