Ilmastomalleissa on yhä parantamisen varaa

Jukka Ukkola
Ulkomaat 8.11.2009 14:01

SK Ilmastomalleihin kootaan tietoja maapallon ympäri ulottuvan kolmiulotteisen hilaverkon pisteistä, joista jokaisesta mitataan useita ilmaston perustietoja ja niiden välisiä suhteita eri aikoina. Hilaverkon erottelukyky vaihtelee alueellisesti. Mitä tiheämmäksi se saadaan tietokoneiden tehon lisääntyessä, sitä tarkemmiksi ennusteet muuttuvat. Grafiikka Outi Kainiemi

Kun Kööpenhaminan ilmastokokous joulukuussa pohtii ilmaston lämpenemisen seurauksia ja keinoja sen hidastamiseksi, päätösten pohjana on huikea määrä tietoa, joka on kerätty yli kahteenkymmeneen erittäin monimutkaiseen ilmastomalliin.

Mallit, joita hallitustenvälinen ilmastopaneeli IPCC käyttää raporttiensa pohjana, parantuvat kaiken aikaa, mutta kovin tarkkoja ne eivät vielä ole. Maailman tehokkaimmatkaan tietokoneet eivät pysty käsittelemään riittävän tarkasti kolmiulotteisia yhtälöitä, joiden pitäisi kuvailla ilmakehän, merien, lumen ja jään sekä kasvillisuuden ja maaperän käyttäytymistä ja vuorovaikutusta eri aikoina ympäri maapallon.

Globaaleissa kolmiulotteisissa malleissa laskenta- eli hilapisteiden vaakasuuntainen väli on yleensä noin 150-300 kilometriä. Alueellisesti väli on onnistuttu lyhentämään 20-50 kilometriin, mutta monissa malleissa esimerkiksi Itämerta kuvaa vain muutama piste, ja Pohjanlahti ja Suomenlahti saattavat olla kokonaan ”valkeita” alueita.

Korkeussuunnassa ilmastomallien laskenta-alue ulottuu 30-50 kilometrin korkeuteen, ja ilmastonmuutoksen simulointiaikajakso saattaa olla 10-1 000 vuotta, riippuen siitä, yritetäänkö arvioida lähitulevaisuutta mahdollisimman tarkasti, vai esimerkiksi valtamerten pitkän ajan muutoksia.

”Vielä vuosikymmeniin ei ole odotettavissa ’täysin tyydyttävää’ ilmastomallia. Sellaiseksi voitaisiin sanoa mallia, jonka erottelukyky maailmanlaajuisesti olisi sadan metrin luokkaa”, määrittelee Ilmatieteen laitoksen erikoistutkija Petri Räisänen.

Sellaisella täsmämallilla pystyttäisiin esimerkiksi esittämään tarkasti pilvisyyden jakauma, joka joudutaan nykymalleissa kuvaamaan epäsuorasti.

Mitä jos?

Ilmastomallien runsaudesta huolimatta IPCC:n käyttämien keskiarvolukujen hajonta jää laajaksi, sillä mallit antavat toisistaan poikkeavia tuloksia, vaikka niiden pohjana olisi sama kasvihuonekaasuskenaario. Kaikissa malleissa ollaan yhtä mieltä siitä, että maapallon keskilämpötila nousee tällä vuosisadalla, mutta vaihteluväli on suuri, 1,1 asteesta 6,4 asteeseen.

Suureen haarukkaan vaikuttavat sekä ilmastomallien epätarkkuus että epävarmuus tulevista kasvihuonekaasupäästöistä, toisin sanoen ihmiskunnan toimintojen ja teknologian kehityksestä.

Kun mallit parantuvat, tiedemiehet pystyvät esittämään päättäjille entistä parempia ”mitä jos -vaihtoehtoja”, eli arvioita siitä, miten maapallon ilmaston käy, jos toimitaan noin tai näin, sanoo Räisänen.

Ilmatieteen laitos on mukana rakentamassa saksalaisvetoista COSMOS-ilmastomallia ja on juuri saamassa käyttöönsä Tieteellisen laskennan keskukselta CSC:ltä uuden supertietokoneen.

Se pystyy tekemään 34 000 miljardia laskutoimitusta sekunnissa, ja sen tehosta suunnilleen puolet käytetään lyhyen ajan sääennusteisiin ja toinen puoli ilmastomallien kehittämiseen.

Numeronmurskausteho kasvaa entisestä noin 20-kertaiseksi, mutta ei sekään kovin moneksi vuodeksi riitä, sillä muuttujien määrä on melkein rajaton. Yksistään COSMOS-mallin ilmakehämallissa on noin 100 000 ohjelmointiriviä, ja sen lisäksi pakettiin kuuluvat maamalli, merimalli, merijäämalli ja hiilenkiertomalli, jotka kaikki ovat vuorovaikutuksissa keskenään.

”Vaikka resurssit lisääntyvät jatkuvasti, aina ne saadaan käytetyiksi”, sanoo Räisänen.

Supersyöppö kone

Suomalaistutkijoille uusi supertietokoneohjelma takaa pysymisen mukana kansainvälisessä yhteistyössä ja ilmastotutkimuksen kärkijoukoissa. COSMOSta pidetään eräänä parhaista käytössä olevista malleista, ja suomalaisilla on muutamia erityisosaamisen aloja, joita seurataan ja siteerataan myös muualla. Tällaisia ovat esimerkiksi pienhiukkasia ja hiilenkiertoa koskevat suomalaistutkimukset sekä alkamassa olevat metaanimallinnukset, Räisänen kertoo.

Japanilainen Eearth Simulator -supertietokone, joka oli takavuosina maailman nopein, on pystynyt tuottamaan muutaman viikon ajalle ilmastomallikokeita, joissa erottelukyky on 3,5 kilometriä.

Kun ilmastoa mallinnetaan näin järeillä koneilla, joudutaan jo miettimään niiden omiakin ilmastovaikutuksia, koska tietokonerypäs itsessään on melkoinen energiasyöppö.

Suurimmat nykyiset koneet vaativat 7-8 megawatin tehoja, mutta esimerkiksi Kiinassa on onnistuttu kahdessa tulevassa supertietokoneessa pudottamaan tehontarve noin neljäsosaan.

Keskustelu