”Mikä salamapommitus tulossa! CAPE on yli tonnin ja SRHkin yli kolme sataa!” Kulutin yliopiston penkkejä ja hengitin luentosalien paksua ilmaa aivan turhaan, jos kerran ukkosten ennustaminen on näin helppoa. Ei tarvitse muuta kuin opetella parin maagisen luvun käyttö ja sen jälkeen voi paukutella kavereille henkseleitä kaiken tietävänä ukkosten jumalana. Mutta kuinka moni paukuttelijoista osaa vastata siihen, mitä CAPE oikeasti tarkoittaa, mitä sillä mitataan ja mitä ongelmia sen käytössä voi olla? Olen nähnyt niin monen meteorologinkin astuvan näiden maagisten lukujen kanssa miinaan, että aihe ansaitsee eittämättä oman blogi-merkintänsä. Ja sanottakoon heti tähän alkuun, etten ole asiassa muita parempi – olen oppinut monet asiat kantapään kautta ja yrittänyt ottaa virheistäni ja kokemattomuudestani oppia.

Tarkoittamani maagiset luvut ovat tietenkin stabiilisuusindeksejä. AMS:n sanasto määrittele ne näin: “Any of several quantities that attempt to evaluate the potential for convective stormactivity and that may be readily evaluated from operational soundingdata.” Eli vapaasti käännettynä: “Mikä tahansa useista suureista, jotka yrittävät arvioida kuuro- ja ukkospilvien synnyn mahdollisuutta ja joita voidaan helposti laskea operatiivisista ilmakehäluotaustiedoista.” Kullekin näistä luvuista annetaan lisäksi ohjeellisia raja-arvoja, joiden ylittyessä tai alittuessa ukkospilvikehitys on todennäköistä. Esimerkiksi Energy helicity index > 3 ennustaa voimakkaita supersoluja ja tornadoja. Tässä kohdassa henkseleitä voi jo alkaa venyttää - kuulostaa erittäin helpolta ja vaivattomalta. Mikä parasta verkossa on pilvin pimein karttoja, joihin näitä indeksejä on laskettu valmiiksi numeeristen säämallien ennustamien tietojen pohjalta. Lähimmät ovat kotoisasti myrskyvaroitus.comissa. http://www.myrskyvaroitus.com/site/index.php?option=com_content&task=view&id=24&Itemid=46

Tästä eteenpäin pääsenkin mielipuuhaani eli vetämään indeksejä ja niiden väärinkäyttöä kölin ali. Alla on muutamia syitä siihen, miksi indeksejä ei tulisi antaa vääriin käsiin.

1) Indeksit ovat diagnostisia suureita, jolloin niiden nykytilan pohjalta ei voi tehdä ennustetta. Useat indeksien laskuun tarvittavista suureista muuttuvat ilmakehässä toisistaan riippumattomasti.

2) Indeksit ovat äärimmäisiä yksinkertaistuksia ilmakehän todellisesta tilasta, ja useiden indeksien laskenta perustuu vain muutamaan yksittäiseen parametriin. Esimerkiksi K-indeksi lasketaan seuraavasti: K = (T₈₅₀ - T₅₀₀) + Td₈₅₀ - (T₇₀₀ - Td₇₀₀), missä T_500/700/850 on lämpötila 500/700/850 hPa:ssa ja Td_700/850 kastepiste 700/850 hPa:ssa. Nyt voikin kysyä mitä tapahtuu, kun juuri 700 hPa:ssa on erittäin kuiva ilmakerros, joka saa jälkimmäisen sulkeissa olevan erotuksen suureksi. Indeksin arvo romahtaa olemattomiin, mutta kokemuksesta tiedetään, että silti voi esiintyä hyvin voimakkaita ukkosia. Troposfäärin pystyrakenteen paremmin huomioivat indeksit, kuten CAPE ovat tässä suhteessa luotettavampia, mutta niidenkin käytössä on paljon mahdollisia sudenkuoppia.

3) Useiden indeksien laskukaava ei perustu mihinkään, vaan on epämääräinen sekoitus plus-, miinus-, jako- ja kertolaskua. Esimerkkinä voisi mainita SWEAT-indeksin: SWEAT = 12Td₈₅₀ + 20(TT - 49) + 2f₈₅₀ + f₅₀₀ + 125(s + 0.2). Ei siis ole olemassa mitään meteorologisesti perusteltua syytä, miksi esimerkiksi 850 hPa:n kastepiste kerrotaan juuri 12:lla. Usein ainoa peruste kertoimen valinnalle on, että kaavan lopputulokseksi saadaan joku helposti muistettava pienehkö kokonaisluku.

4) Useiden indeksien toiminta on ”optimoitu” Yhdysvaltoihin ja sielläkin vain Keskilänteen. Lisäksi suurin osa indekseistä on optimoimatta ja annetut raja-arvot perustuvat ”mutuun” tai täysin riittämättömään parin hassun säätilanteen analysointiin. Vain harvojen indeksien raja-arvojen määritys on tehty oikein tilastollisen tarkastelun kautta. Eräs esimerkki tästä on significant tornado parameter.

5) Useiden indeksien laskentaan käytettyjen parametrien valinta on huonosti tai ei ollenkaan perusteltu. Miksi esimerkiksi K-indeksin laskennassa käytetään 850 hPa:n kastepistettä eikä esimerkiksi 925 hPa:n?

6) Indeksien arvojen vaihtelu voi olla erittäin rajua jopa hyvin lyhyillä välimatkoilla. Tätä eivät yleensä numeeriset säämallit kykene ennustamaan puhumattakaan luotausverkoston tarjoamasta erotuskyvystä.

7) Mallien ennustamat indeksit ovat aina pielessä, jos/kun indeksin laskentaan tarvittavat parametrin arvot on ennustettu mallissa väärin. Osa indekseistä on erittäin herkkiä pienille muutoksille, esimerkkinä paljon käytetty CAPE.

Ketään ei varmasti haittaa (paitsi ehkä toisinaan indeksien käyttäjää itseään), jos joku yksittäinen myrskybongari käyttää indeksejä bongausretkiensä suunnitteluun. Syviin vesiin ja jopa kölin alta sukelletaan kuitenkin heti, kun sääammattilainen alkaa laatia ukkosennusteita laput silmillä pelkät raja-arvot mielessä. Kokemuksesta valitettavasti tiedän, että tässä(kin) maassa on useita meteorologeja, jotka käyttävät indeksejä vain pelkkien jostain kuultujen ja luettujen nyrkkisääntöjen perusteella ilman, että he ovat edes koskaan ottaneet selvää, mitä indeksi on syönyt.  Ammattitaidottomaan indeksien käyttöön liittyy pahimmillaan erittäin paha yli- tai alilyönnin mahdollisuus. Jos esimerkiksi ennustaa kauas lämpimän rintaman etupuolelle suuren STP:n alueelle tornadoja tai ei ymmärrä, miksi tilanteessa, jossa mean layer CAPE on nollassa, esiintyy rajuja ukkosia, kannattaa todellakin pitää housunkannattimet vasten rintaa. Toinen näistä erheistä on valitettavasti tapahtunut hyvinkin julkisesti…

Todellinen pohjakosketus indeksien väärinkäytössä saavutetaan, kun niitä aletaan käyttää säävaroitusten liipaisurajoina. Valitettavasti Euroopassakin on muutamia maita, jotka varoittavat ukkosista mm. perustuen ennustettuun CAPE-arvoon. Todellisuudessa tällöin kansaa ei enää varoiteta ukkosista, vaan kohonneesta jonkun mystisen parametrin ennustetusta arvosta, joka kaiken lisäksi saattaa olla totaalisen pielessä. Tämä on kansallisen ilmatieteen laitoksen julkinen ja hyvin nolo tapa osoittaa täyttä ammattitaidottomuutta. Suomen oloissa MUCAPE ylittää 1000 J/kg muutamana päivänä kesässä. Eräänä elokuisena päivänä 2008 lukemat olivat tähän verrattuna kaksin-kolminkertaisia eikä mitään tapahtunut. Myös heinäkuun parina heinäkuun loppupuolen päivänä 2010, salamointiaktiivisuus oli varsin vaatimatonta kilojouletarjontaan nähden. Jo nämä yksittäiset tapaukset ovat mielestäni riittävä osoitus tämän säävaroitustyömenetelmän toimimattomuudesta.

Joku voisi tämän indeksien hukutusyrityksen jälkeen jo kysyä, voiko indeksejä sitten käyttää mihinkään ja jos voi, niin miten. Kyllä voi – tässä joitain ajatuksia järkevään käyttöön:

1)      (Jos pystyt,) perehdy säätilanteeseen syvällisesti ennen indeksien käyttöä! Tutki erityisesti ilmakehän pystyrakennetta sekä syvän kostean konvektion vaatimia ainesosia yksitellen.

2)      Käytä vain indeksejä, joiden kaavat muistat (edes kvalitatiivisella tasolla)

3)      Hylkää indeksit, joiden käyttö ei ole perusteltua ko. säätilanteessa

4)      Haarukoi riskialue alustavasti syvän konvektion ainesosien (ja indeksien perusteella).

5)      Tutki riskialuetta tarkemmin, mutta ei pelkkien indeksien avulla. Surffaa myös hieman riskialueen ulkopuolelle.

6)      Yritä hahmottaa mahdolliset virheet mallin ennusteesta ja yritä selvittää, mikä merkitys näillä virheillä on ennusteeseen (ml. indeksit).

Koko tarinan punainen lanka voisi olla: ”Ymmärrä mistä puhut ja mitä työvälineitä käytät.” Tähän ymmärrykseen ei valitettavasti ole oikotietä, vaan yllä olevasta kuudesta portaasta ensimmäinen on kaikkein tärkein ja täysin välttämätön. Piste.

(Tässä esitetyt pohdiskelut ovat osin omia ja osin kirjallisuudesta matkaan tarttuneita. Eniten innoitusta ovat antaneet Chuck Doswellin ja David Schultzin kirjoitukset aiheesta.)

Kirjoittelin viime kesänä pitkähkön merkinnän ilmastonmuutoksesta ja ukkosista (ja sen lieveilmiöistä). Motivaatio kirjoitukseen oli ilmastomuutoskeskustelun ajoittainen vauhtisokeus, jonka seurauksena tavallinen kansalainen ei voi enää mitenkään erottaa vakaalla tieteellisellä pohjalla olevaa keskustelua ja uutisointia ilmastonmuutostuubasta.

Bongasin karkauspäivänä Helsingin Sanomien uutisvirrasta sähkeen (kuva alla), joka oli otsikoitu: "VTT: Ilmastonmuutos lisää sähkökatkoja rannikolla ja vaaroilla." Otsikko yksinään ei ollut ilmastonmuutosuutisvirrassa mitenkään hätkäyttävä – uutisessa puhuttiin voimakkaista tuulista sekä tykkylumesta. Luettuani kuitenkin uutista vähän pidemmälle vetäisin iltateet väärään kurkkuun: "Ilmastonmuutoksen arvioidaan lisäävän ääri-ilmiöitä, kuten tykkylunta, kovia tuulia ja ukkosella syntyviä syöksyvirtauksia." Yskittyäni earl grayt näppikselle aloin penkoa tämän mielenkiintoisen väitteen taustoja. Olisiko VTT pystynyt jotenkin pureutumaan ilmastonmuutos ja syöksyvirtaukset –teemaan, vaikka maailmalla tässä savotassa ollaan vasta lähtöviivalla.

Ote uutisesta Helsingin sanomien verkkosivuilla 29.2.2006
Kaivoin aluksi esille alkuperäisteoksen, joka kuuluu VTT:n julkaisusarjaan (Martikainen, Antti, Pykälä, Marja-Leena & Farin, Juho. Recognizing climate change in electricity network design and construction. Espoo 2007. VTT Tiedotteita . Research Notes 2419. 106 s. + liitt. 80 s.). Ensimmäinen mielenkiintoinen löydös oli, että tutkimuksessa nimikkeen storm alle oli ympätty (ainakin sanallisesti) sekä voimakkaan perusvirtauksen että syvän konvektion aiheuttamat tuulet. Toinen mielenkiintoinen kohta löytyi varsinaisesta ukkososiosta (suora käännös): "Ilmastomalleilla ei ole karkean erotuskyvyn vuoksi mahdollista ennustaa ukkosen esiintymistä. Tämän vuoksi ukkospäiväennuste perustuu kahteen faktaan; lämpötila nousee kesällä ja lämpötilan nousu merkitsee enemmän ukkosia. Kuitenkin, on huomattava, että tämä arvio on hyvin karkea." Edelleen vähän myöhemmin todetaan tuuliosiossa: "Vaikka (eri ilmastomallien tuuliennusteiden) tulokset eroavat toisistaan, voidaan olettaa, että tuuli aiheuttaa nykyistä enemmän vahinkoja sähköverkolle, koska routajakso lyhenee ja ukkoset yleistyvät." Nämä luettuani olisi tehnyt mieli kiemurrella tuolista lattialle rykimään keuhkoihin nousseet tiedeyskökset työhuoneen mattoon. Jo pelkästään se, että raportissa hyvin epävarmaksi todettu asia siirtyy olennaiseksi osaksi suurelle yleisölle suunnattua uutista, on erittäin huolestuttavaa. Puretaanpa seuraavaksi koko väitekokonaisuus paloiksi.

Väite 1: Kesäajan lämpötilat kohoavat ilmastonmuutoksen myötä
Tämänsuuntaisia viitteitä todellakin löytyy useista ilmastosimulaatioista (esim. Räisänen et al. 2004). Meidän leveysasteillamme talviajan lämpötilojen nousu vaikuttaisi olevan voimallisinta, mutta myös kesäkuukaudet näyttäisivät lämpenevän hieman.

Väite 2: Kesälämpötilojen noususta seuraa suoraan ukkosten yleistyminen
Väärin. Pintakerroksen lämpötila ei määrittele sitä, milloin ukkosta esiintyy ja milloin ei. Tämän voi helposti ymmärtää, kun ajattelee esimerkiksi Afrikan pohjoisosan oloja, jossa mitataan päivästä toiseen hyvin korkeita lämpötiloja, mutta ukkosta esiintyy vain harvoin. Sen sijaan, kuuropilvet tarvitsevat kolme raaka-ainetta syntyäkseen : epävakaus (lämpötila laskee riittävän jyrkästi ylöspäin mentäessä), runsas kosteus rajakerroksessa ja kehityksen laukaiseva tekijä. Kahden metrin lämpötilan sijaan tutkimuksessa olisi pitänyt tarkkailla esimerkiksi lämpötilavähetteen sekä rajakerroksen kosteuden muutoksia uudessa ilmastossa. Lisäksi salamointi vaatii, että konvektiopilvien nousevat ilmavirtaukset ovat ns. sekaolomuotokerroksessa, mikä vaikeuttaa pähkinän ratkaisua edelleen. On karkealla tasolla totta, että rajusti salamoivia ukkosia esiintyy helteisessä ilmamassassa yleisemmin kuin viileässä, mutta pintalämpötilan ja ukkosfrekvenssin yhdistäminen ei silti ole ongelman oikea saati tieteellinen lähestymistapa.

Väite 3: Ukkosten yleistyminen lisää ukkospuuskien (syöksyvirtausten) riskiä
Vielä pahemmin metsään. Ukkospuuskien esiintymisen arvioinnissa joudutaan entistä hauraammille jäille. Jos ajatellaan päiviä, jolloin esiintyy laajalti voimakkaita ukkospuuskia, voidaan raaka-ainelistaan lisätä yksi elementti: voimakas tuuliväänne paksussa ilmakerroksessa, jonka alaosa on pinnalla (esim. Cohen at al. 2007). Eli edellä mainittujen suureiden lisäksi suurennuslasin alle olisi pitänyt ottaa tuuliprofiileja nyky- ja tulevasta ilmastosta. Tämän lisäksi konvektion tuulisuuteen voivat vaikuttaa myös muut tekijät, kuten ilmankosteus eri korkeuksilla (esim. Atkins ja Wakimoto 1991).

Fysiikan lait sanovat, että vaakasuuntaisen lämpötilaeron pienentyessä pystytason tuuliväänne heikkenee. Niinpä pohjoisten ja eteläisten alueiden lämpötilaerojen tasoittumisen pitäisi heikentää tuuliväännettä, mikä olisi syöksyvirtauksille huono uutinen. Muun muassa Marsh et al. 2007 ovat tulkinneet ilmastosimulaatioiden tuloksia syvän konvektion kannalta. Hyvin alustavat tulokset ovat osoittaneet, että Euroopan alueella kesäajan tuuliväänne voisi todellakin heiketä hieman. Sen sijaan CAPE olisi kasvusuunnassa, mikä voisi kompensoida tuuliväänteen heikkenemisen vaikutusta. Niinpä muuttuneessa ilmastossa vaaraa aiheuttavan konvektion esiintyminen voisi olla Euroopassa lähellä nykytasoaan. Tulosten epävarmuus on kuitenkin vielä erittäin merkittävä, koska simulaatioita on tehty vain yhdellä yhdysvaltalaisella ilmastomallilla ja muutamalla päästöskenaariolla.

Koska VTT ei ole varsinainen ilmatieteen tutkimuslaitos, kiinnostuin tietysti heidän tietolähteistään. Halusin siis selvittää, olivatko esitetyt väitteet peräisin jostain toisesta julkaisusta vai raportin laatijoiden rohkeaa spekulointia. Ilmastosimulaatioiden lähteeksi raportissa mainitaan Räisänen et al. (2004) (Räisänen, J., Hansson, U., Ullerstig, A., Döscher, R., Graham, L. P., Jones, C., Meier, H. E. M., Samuelsson, P. & Willén, U. 2004. European Climate in the late twenty-first century: regional simulations with two driving global models and two forcing scenarios. Climate dynamics, Vol. 22 (1), s. 13.31.). Lisäksi ukkososiossa viitataan toiseen VTT:n julkaisuun: Martikainen, Antti. Ilmastonmuutoksen vaikutus sähköverkkoliiketoimintaan. Espoo 2006. VTT Tiedotteita . Research Notes 2338. 74 s. + liitt. 5 s.

Sademäärää, tuulta (perusvirtaus) ja lämpötilaa koskevat tiedot ovat peräisin edellä mainitusta tutkimuksesta Räisänen et al. (2004). Sen sijaan ukkosissa viitataan Martikaisen vuoden 2006 raporttiin, jossa esitellään ukkosennusteen perusteet. Raportissa todetaan muun muassa: "Ukkosmäärien muutosta ei voida suoraan selvittää nykyisillä ilmastomalleilla, koska mallien tarkkuus ei ole riittävä." Tämä toteamus pitää luonnollisesti paikkaansa. Sen jälkeen todetaan: "Tulevaisuuden ukkosmäärien kehitystä voidaan kuitenkin arvioida, kun tiedetään ukkospilven syntymiseen vaikuttavat säätekijät. Ukkosen muodostumiselle ovat vaatimuksena nousevan ilman suuri kosteus ja ilmamassojen voimakkaat pystyvirtaukset." Ongelman lähestymistapa on siis aivan oikea, mutta kuuropilvien "resepti" on väärä. Tältä pohjalta ponnistettaessa järkevään lopputulokseen ei ole mahdollista päätyä. Mielenkiintoista on myös se, että esitetyn vaatimuslistan osasia (kosteus ja pystyvirtaukset) ei jäljempänä käsitellä mitenkään. Itse asiassa, voimakkaat (konvektiiviset) pystyvirtaukset ovat pikemminkin seuraus oikeasta reseptistä kuin kuuropilvien syntymisen syy. Kaiken tämän lisäksi syöksyvirtausten (tai edes salamoinnin) esiintymisen perusteista ei puhuta mitään.

Raportin sanakäänteistä tulee kuva, että visainen ongelma on pyritty ratkaisemaan palaamalla helpon ja turvallisen parametrin pariin. Mutkat oikenevat näin: "Ukkosen syntyminen on sitä todennäköisempää, mitä lämpimämpää on (Ilmatieteen laitos 2005d). Ilmastomallien mukaan kesät lämpiävät, ja siten on odotettavissa ukkostenkin lisääntymistä." Viite nojaa Ilmatieteen laitoksen verkkosivujen kysymyksiä ja vastauksia –osioon, jossa todetaan yleisellä tasolla: "Mitä lämpimämpää on, sitä suuremmat ovat edellytykset ukkosen syntyyn." Lisää turvaa lämpötilan hyödyntämiseen on haettu vielä pyytämällä Ilmatieteen laitokselta lausunto lämpötilan ja ukkosten välisestä riippuvuudesta nykyilmastossa: "Esimerkiksi heinäkuussa keskilämpötilan ja ukkosmäärien karkea riippuvuus on seuraavanlainen: keskilämpötilan ollessa 13 astetta on ukkostiheys nolla ja vastaavasti keskilämpötilassa 20 on ukkostiheys 0,5 kpl/km2 (Tuomi 2005)."

Ukkoslukukappaleen lopuksi raportissa esitellään ukkospäivälukukartat paljastamatta mitenkään menetelmää karttojen takana. Kuvien mukaan ukkospäiväluku kasvaisi koko Suomessa 1-6 päivällä (kuva alla). Tuulilukukappaleessa ukkospilvien osuus kuitataan yhdellä virkkeellä: "Lisäksi ukkosmäärien arvioidaan lisääntyvän, jolloin ukkospilvistä puhaltavat puuskatuulet yleistyvät." Muutoin kappale käsittelee pelkästään ilmastosimulaatioiden "perustuulta" ja sen muutoksia. Huojuva torni on kuitenkin kaatunut jo kauan ennen tätä viimeisen pulman pakkohan sen on näin olla –tyylistä ratkaisua.

Miten tämän sopan keittyminen kasaan ylipäätään on ollut mahdollista? Ensinnäkään tilanteesta on turha syyttää mitään yksittäistä tahoa. Ensinnäkin, Ilmatieteen laitoksen perustiedon jakajana pitäisi olla vastuussa, että myös suurelle yleisölle tarjottava verkossa oleva tieto on aina ajantasaista ja oikeaa. Tämä siksi, että kaikelle kansalle jalkautettua tiedettä voidaan näköjään käyttää varsin vakavien ja merkittävien tutkimusten tietolähteenä. Toiseksi, VTT:n raporttien laatijana pitäisi puolestaan tarkistaa paremmin tietolähteidensä paikkansapitävyyden ja tarkkuuden sekä välttää käyttämästä www-viittauksia. Myös raportin sisällön tarkastuttaminen asiantuntijoilla olisi tärkeää. Kolmanneksi, toimittajien tulisi pitäytyä tarkasti siinä, mitä asiantuntijat kertovat eikä vääristellä uutista myyvempään suuntaan. Tosin tässä tapauksessa maitolasi oli jo kaatunut ennen uutisointivaihetta.

Allekirjoittaneen silmin tämä tapahtumaketju vaikuttaa malliesimerkiltä epäonnistuneesta ilmastonmuutosuutisoinnista. Ensin kohdataan vaikea tutkimusongelma (ukkoset ja syöksyvirtaukset muuttuneessa ilmastossa). Se ohitetaan epätieteellisesti perustellen (kytkös pintalämpötilaan) ja saadaan "hyvä" lopputulos (ukkoset lisääntyvät). Lopuksi tehdään kaikkein vaikeimpaan ongelmaan (syöksyvirtaukset) yksinkertainen maalaisjärkinen oletus (enemmän ukkosia, enemmän syöksyvirtauksia). Kokonaisuuden kruunaa päämedioissa läpilyövä uutinen, jossa kerrotaan ukkosten ja syöksyvirtausten lisääntyvän ilmastonmuutoksen myötä. Eikä kukaan osaa kyseenalaistaa uutista - niin hyvin se solahtaa ilmastonmuutosuutisvirtaan.

Ilmastonmuutoksen perusajatus on yksinkertainen: epätasapaino maapallon säteilybudjetissa. Muutoksen seurausten selvittäminen ei kuitenkaan ole kovin suoraviivaista. Varmaa on silti se, että kaikki äärevät, vaaraa aiheuttavat ja vahingolliset sääilmiöt eivät tule yleistymään. Ukkoset ja syöksyvirtaukset voivat yleistyä Suomessa ja muualla Euroopassa, mutta siitä ei ole ainakaan vielä vahvaa näyttöä.