Ilmastomallien kykyä simuloida tulivuorenpurkauksen syöksemiä pienhiukkasia mallinnettiin

Hiljattain julkaistussa tutkimuksessa simuloitiin vuoden 1991 Pinatubon tulivuorenpurkausta käyttämällä kuutta erilaista ilmastomallia. Tutkimus oli osa ISA-MIP-projektia (Interactive Stratospheric Aerosol Model Intercomparison Project), jonka tarkoituksena on arvioida ilmastomallien kykyä simuloida noin 20 kilometrin korkeudella olevia pienhiukkasia ja vertailla ilmastomallien tuottamia tuloksia toisiinsa. Erityisenä mielenkiinnon kohteena projektissa ovat suuret tulivuorenpurkaukset, joiden voimasta pienhiukkaset syöksyvät korkealle yläilmakehään.

Nyt julkaistu vertailu osoitti, että vaikka ilmastomallit simuloivat suuresta tulivuoresta purkautuneiden hiukkasten kulkeutumista kohtalaisen hyvin, ne muun muassa myös yliarvioivat hiukkasten kulkeutumista pohjoisille keskileveyspiireille. Hiukkasten poistuminen oli ilmastomalleissa myös suhteellisesti nopeampaa verrattuna havaintoihin.

Yksittäisten mallien tuottamien tulosten välillä oli suuria eroja. Tulokset riippuivat myös paljon tulivuorenpurkauksiin liittyvistä oletuksista, kuten purkautuvan materiaalin määrästä ja kuinka korkealle tulivuori syöksee purkauksesta vapautuneen rikkikaasun ja siitä muodostuneet hiukkaset. Näistä ei välttämättä ole tarkkoja tietoja saatavilla.

Ilmatieteen laitos osallistui tutkimukseen ECHAM-HAMMOZ-ilmastomallilla, jonka pienhiukkaskuvausta Ilmatieteen laitos on ollut kehittämässä. Mallin on todettu jo aiemmin simuloivan hyvin pienhiukkasia eri ilmakehän olosuhteissa kuten lähempänä maanpintaa sekä yläilmakehässä. Tämä sai vahvistusta nyt julkaistusta tutkimuksesta.

Suurilla tulivuorenpurkauksilla on merkittävä rooli ilmastossa

Suuret räjähtävät tulivuorenpurkaukset voivat syöstä yläilmakehään tonneittain rikkidioksidia. Yläilmakehässä 20 kilometrin korkeudessa rikkidioksidista muodostuu rikkihiukkasia, joihin osuvat auringonsäteet heijastuvat takaisin avaruuteen. Tällöin vähemmän auringonsäteilyä pääsee maanpinnalle ja ilmasto viilenee.

Yläilmakehässä pienhiukkasten rooli korostuu, koska siellä ei ole hiukkasille tehokkaita poistomekanismeja, kuten sadetta, ja ilmavirtaukset kuljettavat hiukkasia yhä korkeammalle. Tällöin ne saattavat liidellä ilmakehässä vuosia verrattuna muutamiin päiviin lähempänä maanpintaa.

Filippiineillä sijaitsevan Pinatubon purkaus vuonna 1991 on ollut viimeinen erittäin suuri tulivuorenpurkaus. On arveltu, että se johti useita asteen kymmenyksiä viileämpään ilmastoon parin seuraavan vuoden ajaksi. Sen lisäksi suuret tulivuorenpurkaukset on yhdistetty muun muassa heikentyneisiin monsuunisateisiin. Suurilla tulivuorenpurkauksilla on siten erittäin suuri vaikutus ilmastoon purkauksen jälkeisinä vuosina. Jotta niiden seurauksia voidaan luotettavasti arvioida ja ennakoida, on tulivuorenpurkauksen syöksemien pienhiukkasten totuudenmukainen mallintaminen erityisen tärkeä osa ilmastotutkimusta.

Lisätietoja:

Tutkimusprofessori Anton Laakso, Ilmatieteen laitos, anton.laakso@fmi.fi

Tutkimus on saatavilla Atmospheric Chemistry and Physics -tiedelehdessä.

Viite: Quaglia, I., Timmreck, C., Niemeier, U., Visioni, D., Pitari, G., Brodowsky, C., Brühl, C., Dhomse, S. S., Franke, H., Laakso, A., Mann, G. W., Rozanov, E., and Sukhodolov, T.: Interactive stratospheric aerosol models' response to different amounts and altitudes of SO2 injection during the 1991 Pinatubo eruption, Atmos. Chem. Phys., 23, 921–948, https://doi.org/10.5194/acp-23-921-2023, 2023.