Ilmatieteen laitoksen omat julkaisut - FMI publications

 

Recent Submissions

  • Pauli, Jokinen; Pirinen, Pentti; Kaukoranta, Juho-Pekka; Kangas, Antti; Alenius, Pekka; Eriksson, Patrick; Johansson, Milla; Wilkman, Sofia (Ilmatieteen laitos - Finnish Meteorological Institute, 2021)
    Raportteja - Rapporter - Reports 2021:8
    Tässä raportissa on ilmanpaineen, lämpötilan, suhteellisen kosteuden, sademäärän, lumensyvyyden, tuulen, auringonpaisteen ja kokonaissäteilyn ilmastotilastoja vertailukaudelta 1991–2020. Lisäksi on ensimmäistä kertaa tuotettu vertailukaudelle meritilastoja vedenkorkeudesta, veden pintalämpötilasta ja merijäästä. Havaintoasemien ja hila-aineiston perusteella on uuden 1991–2020 vertailukauden Suomen keskilämpötila noin 0,6 astetta edellistä 1981–2010 vertailukautta lämpimämpi. Verrattuna jaksoon 1961–1990 on uusi vertailukausi noin 1,3 astetta lämpimämpi. Ilmastollisia ja merellisiä tilastoja voidaan hyödyntää esimerkiksi ajankohtaisen sää- ja meriolosuhteiden laittamisessa historialliseen viitekehykseen. Lisäksi tilastoista on apua muun muassa kuukausien päähän ulottuvien sääriippuvaisten päätösten tekemisessä sekä ilmastonmuutoksen etenemisen seurannassa. Vertailukauden tilastot ovat tuotettu Maailman ilmatieteen järjestön (WMO) ohjeiden mukaisesti. Edellisten vertailukausien tapaan on esimerkiksi puuttuvien havaintojen määrässä käytetty kansallisesti tiukempia rajoja kuin WMO:n ohjeissa on kehotettu. Jakso 1991–2020 on sekä kansainvälisesti että Suomessa virallinen vertailukausi ennen kuin seuraava vertailukausi eli 2001–2030 otetaan käyttöön.
  • Hämäläinen, Karoliina (Ilmatieteen laitos - Finnish Meteorological Institute, 2021)
    Finnish Meteorological Institute Contributions 177
    The renewable energy sources play a big role in mitigating the effects of power production on climate change. However, many renewable energy sources are weather dependent, and accurate weather forecasts are needed to support energy production estimates. This dissertation work aims to develop meteorological solutions to support wind energy production, and to answer the following questions: How accurate are the wind forecasts at the wind turbine hub height? What is the annual distribution of the wind speed? How much energy can be harvested from the wind? How does the atmospheric icing affect wind energy production and how do we forecast these events? The first part of this dissertation work concentrates on resource mapping. Wind and Icing Atlases bring valuable information when planning wind parks and where to locate new ones. The Atlases provide climatological information on mean wind speed, potential to generate wind power and atmospheric icing conditions in Finland. Based on mean wind speed and direction, altogether 72 representative months were simulated to represent the wind climatology of the past 30 years. A similar detailed selection could not be made with respect to icing process due to lack of icing observations. However, sensitivity tests were performed with respect to temperature and relative humidity, which have an influence on icing formation. According to these sensitivity tests the selected period was found to represent the icing climatology as well. The results are presented in gridded form with 2.5 km horizontal resolution and for 50 m, 100 m and 200 m heights above the ground, representing typical hub heights of a wind turbine. Daily probabilistic wind forecasts can bring additional value to decision making to support wind energy production. Probabilistic weather forecasts not only provide wind forecasts but also give estimations related to forecast uncertainty. However, probabilistic wind forecasts are often underdispersive. In this thesis the statistical calibration methods combined with a new type of wind observations were utilized. The aim was to study if Lidar and Radar wind observations at 100 m’s height can be used for ensemble calibration. The results strongly indicate that the calibration enhances the forecast skill by enlarging the ensemble spread and by decreasing RMSE. The most significant improvements are identified with shorter lead times and with weak or moderate wind speeds. For the strongest winds no improvements are seen, as a result of small amount of strong wind speed cases during the calibration training period. In addition to wind speed, wind power generation is mostly affected by atmospheric icing at Northern latitudes. However, measuring of icing is difficult due to many reasons and, furthermore, not many observations are available. Therefore, in this thesis the suitability of a new type of ceilometer-based icing profiles for atmospheric icing model validation have been tested. The results support the usage of this new type of ceilometer icing profiles for model verification. Furthermore, this new extensive observation network provides opportunities for deeper investigation of icing cloud properties and structure.
  • Nordling, Kalle (Ilmatieteen laitos - Finnish Meteorological Institute, 2021)
    Finnish Meteorological Institute Contributions 176
    Anthropogenic aerosols alter the climate by scattering and absorbing the incoming solar radiation and by modifying clouds’ optical properties, causing a global cooling or warming effect. Anthropogenic aerosols are partly co-emitted with anthropogenic greenhouse gases, and future climate mitigation actions lead to the decline of anthropogenic aerosols’ cooling effect. However, the exact cooling effect is still uncertain. Part of this uncertainty is related to the structural differences of current climate models. This work evaluates the present-day anthropogenic aerosol temperature and precipitation effect and factors affecting the model difference. The key objectives of this thesis were: 1) What are the climate effects of present-day anthropogenic aerosols?, 2) What mechanisms drive the model-to-model differences?, and 3) How do future reductions affect local and global climates? The global models ECHAM6 and NorESM1 were used to evaluate the present-day climate effects with theidentical anthropogenic aerosol scheme MACv2-SP. Results reveal that an identical anthropogenic aerosol description does not reduce the uncertainty related to anthropogenic aerosol climate effects, and the difference in the estimated difference is due to model dynamics and oceans. The key mechanism driving the difference in the models was evaluated using data from the Precipitation Driven Model Intercomparison Project (PRMIP). Similar mechanisms drive the model-to-model difference for greenhouse gases and aerosols, where the key drivers are the differences in water vapor, the vertical temperature structure of the atmosphere, and sea ice and snow cover changes. However, on a regional scale, the key drivers differ. Future anthropogenic aerosol effects were evaluated using new CMIP6 data. This work shows the importance of anthropogenic aerosols for current and future climate change. For amore accurate assessment of climate impacts of anthropogenic aerosols, one needs to also consider remote effects of the local aerosols. The Arctic regions are particularly sensitive to midlatitude aerosols, such as Asian aerosols, which are expected to decline in the next decades. To gain a more accurate estimation of anthropogenic aerosols, it is not sufficient to only focus on composition and geographical distribution of aerosols, as the dynamic response of climate is also important. On global temperature results did not indicate clear aerosols signal, however future temperature development over the Asian regions is modulated by the future Asian aerosol emissions.
  • Vestenius, Mika (Ilmatieteen laitos - Finnish Meteorological Institute, 2021)
    Finnish Meteorological Institute Contributions 178
    Air pollution is an important environmental risk to human health and ecosystems around the world. Particulate matter (PM), especially fine particulate matter, is an important part of this air pollution problem. Particle composition varies greatly and depends on the emission source. In addition to inorganic components, organic particulate fraction can contain several hundred organic compounds from anthropogenic and natural sources. The health risk of particulate is related to the particle size and the compounds inside or on the surface of the aerosol particles. The overall aim of this thesis was to study the selected chemical substances of atmospheric aerosol from both anthropogenic and natural sources. Concentrations of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) and biogenic organic acids in aerosol were measured, and their effect on the local air quality was estimated. The sources of PAHs, trace elements, biogenic volatile organic compounds (BVOCs), and persistent organic compounds (POPs) in air were studied using positive matrix factorization (PMF), which was used as the main source apportionment tool in three of five papers and for the unpublished data in this thesis. Particles from burning emissions, e.g., diesel particles and particles from biomass burning, are the most toxic in our daily environment. Because of intensive wood use for heating and in sauna stoves, residential biomass burning is the major PAH air pollution source in Finland. Sources of atmospheric PAH pollution and its influence on local air quality were estimated at Virolahti background air quality station and in the Helsinki Metropolitan Area (HMA). The main source of PAHs at Virolahti were found to be combustion- and traffic-related source from the direction of St. Petersburg. Instead, local traffic appeared to have a very small influence on PAH levels in HMA, as local residential wood burning was found to be the main b(a)p source in Helsinki Metropolitan Area. Biogenic VOCs like monoterpenes and sesquiterpenes are highly reactive and oxidize rapidly in the atmosphere, producing secondary organic aerosol (SOA). We showed that positive matrix factorization (PMF) is a useful tool in estimating separate sources in a quasistationary dynamic system like ambient VOC concentrations in the boreal forest. Selected biogenic organic acids were measured from fine particles in the boreal forest in order to estimate their influence on aerosol production. Results indicated that sesquiterpene emissions from boreal forest are probably underestimated and their oxidation products probably have more important role in the SOA production that previously estimated. The Kola Peninsula area was found to be the major source of heavy metal pollution at Pallas. However, as Norilsk Nickel has now partly shut down its metallurgical operations, the trace element and SO2 emissions from the Kola Peninsula should be declining in the future. The ambient concentrations of POP compounds are globally declining but, in the Arctic, for some compounds this is not the case. In the source apportionment study for Pallas 1996–2018 POPs data, relatively big portion of measured POPs at Pallas came within the marine source from clean areas from the north. These long-lived compounds, which have migrated into the Arctic from the southern areas along the air and sea currents for many decades, are now released back into the atmosphere from the melting Arctic ice cover due to global warming. For these compounds, the Arctic has turned from the sink to the source.
  • Ruosteenoja, Kimmo (Ilmatieteen laitos - Finnish Meteorological Institute, 2021)
    Raportteja - Rapporter - Reports 2021:7
    In this report, we have evaluated the performance of nearly 40 global climate models (GCMs) participating in Phase 6 of the Coupled Model Intercomparison Project (CMIP6). The focus is on the northern European area, but the ability to simulate southern European and global climate is discussed as well. Model evaluation was started with a technical control; completely unrealistic values in the GCM output files were identified by seeking the absolute minimum and maximum values. In this stage, one GCM was rejected totally, and furthermore individual output files from two other GCMs. In evaluating the remaining GCMs, the primary tool was the Model Climate Performance Index (MCPI) that combines RMS errors calculated for the different climate variables into one index. The index takes into account both the seasonal and spatial variations in climatological means. Here, MCPI was calculated for the period 1981—2010 by comparing GCM output with the ERA-Interim reanalyses. Climate variables explored in the evaluation were the surface air temperature, precipitation, sea level air pressure and incoming solar radiation at the surface. Besides MCPI, we studied RMS errors in the seasonal course of the spatial means by examining each climate variable separately. Furthermore, the evaluation procedure considered model performance in simulating past trends in the global-mean temperature, the compatibility of future responses to different greenhouse-gas scenarios and the number of available scenario runs. Daily minimum and maximum temperatures were likewise explored in a qualitative sense, but owing to the non-existence of data from multiple GCMs, these variables were not incorporated in the quantitative validation. Four of the 37 GCMs that had passed the initial technical check were regarded as wholly unusable for scenario calculations: in two GCMs the responses to the different greenhouse gas scenarios were contradictory and in two other GCMs data were missing from one of the four key climate variables. Moreover, to reduce inter-GCM dependencies, no more than two variants of any individual GCM were included; this led to an abandonment of one GCM. The remaining 32 GCMs were divided into three quality classes according to the assessed performance. The users of model data can utilize this grading to select a subset of GCMs to be used in elaborating climate projections for Finland or adjacent areas. Annual-mean temperature and precipitation projections for Finland proved to be nearly identical regardless of whether they were derived from the entire ensemble or by ignoring models that had obtained the lowest scores. Solar radiation projections were somewhat more sensitive.
  • Bohlmann, Stephanie (Ilmatieteen laitos - Finnish Meteorological Institute, 2021)
    Finnish Meteorological Institute Contributions 175
    Atmospheric pollen is a well-known health threat causing allergy-related diseases. As a biogenic aerosol, pollen also affects the climate by directly absorbing and scattering solar radiation and by acting as cloud condensation or ice nuclei. A good understanding of pollen distribution and transport mechanisms is needed to evaluate the environmental and health impacts of pollen. However, pollen observations are usually performed close to ground and vertical information, which could be used to evaluate and improve pollen transport models, is widely missing. In this thesis, the applicability of lidar measurements to detect pollen in the atmosphere is investigated. For this purpose, measurements of the multiwavelength Raman polarization lidar PollyXT at the rural forest site in Vehmasmäki (Kuopio), Eastern Finland have been utilized. The depolarization ratio was identified to be the most valuable optical property for the detection of atmospheric pollen, as nonspherical pollen like pine and spruce pollen causes high depolarization ratios. However, detected depolarization ratios coincide with typical values for dusty mixtures and additional information such as backward trajectories need to be considered to ensure the absence of other depolarizing aerosols like dust. To separate pollen from background aerosol, a method to estimate the optical properties of pure pollen using lidar measurements was developed. Under the assumption that the Ångström exponent of pure pollen is zero, the depolarization ratio of pure pollen can be estimated. Depolarization ratios for birch and pine pollen at 355 and 532 nm were determined and suggested a wavelength dependence of the depolarization ratio. To further investigate this wavelength dependence, the possibility to use depolarization measurements of Halo Doppler lidars (1565 nm) was explored. In the lower troposphere, Halo Doppler lidars can provide reasonable depolarization values with comparable quality to PollyXT measurements. Finally, measurements of PollyXT and a Halo StreamLine Doppler lidar were used to determine the depolarization ratio at three wavelengths. A wavelength dependence of the particle depolarization ratio with maximum depolarization at 532 nm was found. This could be a characteristic feature of non-spherical pollen and the key to distinguish pollen from other depolarizing aerosol types.
  • Komppula, Birgitta; Karppinen, Tomi; Virta, Henrik; Sundström, Anu-Maija; Ialongo, Iolanda; Korpi, Kaisa; Anttila, Pia; Salmi, Jatta; Tamminen, Johanna; Lovén, Katja (Ilmatieteen laitos - Finnish Meteorological Institute, 2021)
    Raportteja - Rapporter - Reports 2021:6
    Ilmanlaatuselvityksessä on arvioitu Suomen ilmanlaadun nykytilaa ilmanlaadun mittausten sekä satelliitti-havaintojen avulla. Pitoisuuksien arvioinnissa olivat mukana seuraavat ilman epäpuhtaudet: typpidioksidi, typen oksidit, hengitettävät hiukkaset, pienhiukkaset, rikkidioksidi, hiilimonoksidi, otsoni, bentso(a)pyreeni, bentseeni, lyijy, arseeni, kadmium ja nikkeli. Näille ilman epäpuhtauksille on annettu ilmanlaadun arviointi-kynnykset ilmanlaatulainsäädännössä (79/2017, 113/2017). Ilmanlaatua on arvioitu ilmanlaadun seuranta-alueittain. Arvioinnissa käytettiin aineistona Suomen ilmanlaatumittausten pitoisuustuloksia vuosilta 2015–2019. Satelliittihavaintoja hyödynnettiin objektiivisen arvioinnin työkaluna typpidioksidi- ja hiilimonoksidipitoisuuksien alueellista vaihtelun arvioinnissa. Ilmanlaadun mittausten mukaan ilmanlaatu on monin osin parantanut Suomessa. Ilmanlaadun seurantatarve jatkuvin ilmanlaadun mittauksin on vähentynyt erityisesti NO2 ja PM10 osalta. Bentso(a)pyreenin mittauksia tulisi lisätä kaupunkialueilla seurantatarpeen tarkennuttua. Otsonipitoisuuksien alentamispyrkimyksissä tarvitaan kansainvälisen yhteisön toimia. Rikkidioksidin, hiilimonoksidin, bentseenin ja raskasmetallien matalia pitoisuustasoja voidaan monin paikoin teollisuusalueiden ulkopuolella arvioida muilla menetelmillä kuin jatkuvin mittauksin ja jatkuvatoimisia mittauksia onkin jo vähennetty. Satelliittihavaintojen avulla typpidioksidin (NO2) ja hiilimonoksidin (CO) pitoisuuksia ja alueellista jakaumaa on Suomessa analysoitu käyttäen pääasiassa TROPOspheric Monitoring Instrument (TROPOMI) satelliitti-instrumentin havaintoja. Hiilimonoksidin osalta satelliittihavaintoihin pohjautuva analyysi tehtiin ensimmäistä kertaa Suomeen. Tuloksista nähdään, että CO:n pitoisuus on Suomessa vuositasolla yleisesti matala ja alueelliset erot ovat pieniä. Myös typpidioksidipitoisuus on Suomessa yleisesti verrattain matala, mutta alueelliset erot ovat hieman selvemmin nähtävissä. Korkeimmat NO2-arvot havaitaan suurimmissa kaupungeissa. Käyttäen maanpintamittausten ja satelliittihavaintojen välistä riippuvuutta, satelliittihavaintojen koko ilmapilarin pitoisuuksista arvioitiin NO2:n ja CO:n maanpintapitoisuudet seuranta-alueille. Satelliittimittauksista arvioitu NO2:n vuosikeskiarvo pääkaupunkiseudulle on 28 μg/m3 ja muualla pääasiassa 10‒15μg/m3. Vastaavasti, CO:n vuosikeskiarvot Suomessa vaihtelevat pääasiassa välillä 160‒164μg/m3 eli olivat noin 0,16 mg/m3.
  • Manninen, Terhikki; Stenberg, Pauline (Ilmatieteen laitos - Finnish Meteorological Institute, 2021)
    Raportteja - Rapporter - Reports 2021:5
    Recently a simple analytic canopy bidirectional reflectance factor (BRF) model based on the spectral invariants theory was presented. The model takes into account that the recollision probability in the forest canopy is different for the first scattering than the later ones. Here this model is extended to include the forest floor contribution to the total forest BRF. The effect of the understory vegetation on the total forest BRF as well as on the simple ratio (SR) and the normalized difference (NDVI) vegetation indices is demonstrated for typical cases of boreal forest. The relative contribution of the forest floor to the total BRF was up to 69 % in the red wavelength range and up to 54 % in the NIR wavelength range. Values of SR and NDVI for the forest and the canopy differed within 10 % and 30 % in red and within 1 % and 10 % in the NIR wavelength range. The relative variation of the BRF with the azimuth and view zenith angles was not very sensitive to the forest floor vegetation. Hence, linear correlation of the modelled total BRF and the Ross-thick kernel was strong for dense forests (R2 > 0.9). The agreement between modelled BRF and satellite-based reflectance values was good when measured LAI, clumping index and leaf single scattering albedo values for a boreal forest were used as input to the model.
  • Erkamo, Sanna; Pilli-Sihvola, Karoliina; Harjanne, Atte; Tuomenvirta, Heikki (Ilmatieteen laitos - Finnish Meteorological Institute, 2021)
    Raportteja - Rapporter - Reports 2021:4
    Raportissa kuvataan ja jäsennellään ilmastonmuutokseen vaikutuksia laajan turvallisuuskäsityksen mukaisesti Suomen näkökulmasta. Työssä hyödynnetään aikaisempaa tutkimusta sekä asiantuntijahaastatteluita. Työssä huomioidaan ilmastonmuutoksen aiheuttamat suorat ja epäsuorat turvallisuusriskit sekä ilmastonmuutoksen hillintään liittyvät siirtymäriskit. Suorat turvallisuusriskit tarkoittavat ilmastonmuutokseen ja muuttuviin sään ääri-ilmiöihin liittyviä välittömiä riskejä. Nämä kattavat ilmastonmuutoksen riskit kriittiselle infrastruktuurille ja energiajärjestelmille, logistiselle järjestelmälle, terveydelle ja ruokaturvalle. Epäsuorat turvallisuusriskit liittyvät siihen, miten ilmastonmuutos vaikuttaa talouteen sekä poliittisiin ja geopoliittisiin suhteisiin. Ilmastonmuutos voi lisätä siirtolaisuutta ja kasvattaa konfliktien riskiä. Se voi lisätä myös yhteiskunnallista eriarvoisuutta ja vastakkainasetteluja. Siirtymäriskit voivat liittyä I) energiamurroksen taloudellisiin ja teknologisiin muutoksiin, II) ilmastopolitiikan ja hillintätoimien synnyttämiin sosiaalisiin ongelmiin sekä III) poliittisiin ja geopoliittisiin jännitteisiin. Fossiilisten polttoaineiden käytön vähentäminen aiheuttaa taloudellisia paineita sekä sisä- ja ulkopoliittisia jännitteitä etenkin valtioille, joilla on paljon taloudellisia intressejä niihin liittyen. Erilaiset jännitteet voivat lisätä myös hybridi- ja informaatiovaikuttamisen kaltaisia riskejä. Ilmastonmuutoksen turvallisuusvaikutukset koskettavat käytännössä kaikkia yhteiskunnan toimialoja ja niihin varautuminen edellyttää kokonaisturvallisuuden toimintamallin hyödyntämistä. Lyhyellä aikavälillä merkittävimmät ilmastonmuutokseen liittyvät uudet turvallisuusriskit Suomessa ilmenevät todennäköisesti epäsuorien tai siirtymäriskien kautta sillä Suomella on lähtökohtaisesti muiden vauraiden maiden tavoin paremmat teknologiset, taloudelliset ja institutionaaliset edellytykset ilmastonmuutoksen aiheuttamien ongelmien ja uhkien hoitamiseksi. Tämä kuitenkin vaatii poliittista tahtoa ja resurssien ohjaamista riskien vähentämiseen ja -hallintaan.
  • Aalto, Juha; Venäläinen, Ari (Ilmatieteen laitos - Finnish Meteorological Institute, 2021)
    Raportteja - Rapporter - Reports 2021:3
    Forest and wildland fires are a natural part of ecosystems worldwide, but large fires in particular can cause societal, economic and ecological disruption. Fires are an important source of greenhouse gases and black carbon that can further amplify and accelerate climate change. In recent years, large forest fires in Sweden demonstrate that the issue should also be considered in other parts of Fennoscandia. This final report of the project “Forest fires in Fennoscandia under changing climate and forest cover (IBA ForestFires)” funded by the Ministry for Foreign Affairs of Finland, synthesises current knowledge of the occurrence, monitoring, modelling and suppression of forest fires in Fennoscandia. The report also focuses on elaborating the role of forest fires as a source of black carbon (BC) emissions over the Arctic and discussing the importance of international collaboration in tackling forest fires. The report explains the factors regulating fire ignition, spread and intensity in Fennoscandian conditions. It highlights that the climate in Fennoscandia is characterised by large inter-annual variability, which is reflected in forest fire risk. Here, the majority of forest fires are caused by human activities such as careless handling of fire and ignitions related to forest harvesting. In addition to weather and climate, fuel characteristics in forests influence fire ignition, intensity and spread. In the report, long-term fire statistics are presented for Finland, Sweden and the Republic of Karelia. The statistics indicate that the amount of annually burnt forest has decreased in Fennoscandia. However, with the exception of recent large fires in Sweden, during the past 25 years the annually burnt area and number of fires have been fairly stable, which is mainly due to effective fire mitigation. Land surface models were used to investigate how climate change and forest management can influence forest fires in the future. The simulations were conducted using different regional climate models and greenhouse gas emission scenarios. Simulations, extending to 2100, indicate that forest fire risk is likely to increase over the coming decades. The report also highlights that globally, forest fires are a significant source of BC in the Arctic, having adverse health effects and further amplifying climate warming. However, simulations made using an atmospheric dispersion model indicate that the impact of forest fires in Fennoscandia on the environment and air quality is relatively minor and highly seasonal. Efficient forest fire mitigation requires the development of forest fire detection tools including satellites and drones, high spatial resolution modelling of fire risk and fire spreading that account for detailed terrain and weather information. Moreover, increasing the general preparedness and operational efficiency of firefighting is highly important. Forest fires are a large challenge requiring multidisciplinary research and close cooperation between the various administrative operators, e.g. rescue services, weather services, forest organisations and forest owners is required at both the national and international level.
  • Venäläinen, Ari; Luhtala, Sanna; Laapas, Mikko; Hyvärinen, Otto; Gregow, Hilppa; Strahlendorff, Mikko; Peltoniemi, Mikko; Suvanto, Susanna; Nevalainen, Seppo; Peltola, Heli; Leskinen, Leena A.; Ala-Honkola, Hannu; Niskanen, Yrjö; Poikela, Asko; Maidell, Marjo; Horne, Paula; Ruuskanen, Olli-Pekka (Ilmatieteen laitos, 2021)
    Raportteja-Rapporter-Reports 2021:1
    Ilmastonmuutoksen seurauksena metsiin kohdistuvat sään aiheuttamat riskit kasvavat, ja siksi tarvitaan tehokkaita sopeutumistoimia. Maa- ja metsätalousministeriön rahoittamassa metsätalouden sopeutumista tukevassa Säätyö-hankkeessa olemme tehneet yhteenvedon sopeutumista auttavista tietoaineistoista, kehittäneet metsätaloutta hyödyttäviä sää- ja ilmastopalveluita sekä kartoittaneet metsätalouden sää- ja ilmastopalveluiden tarvetta. Lisäksi olemme kirjanneet keskeisiä sopeutumista edistäviä jatkokehitystoimia. Säätyö-hankkeessa kehitettiin maan pintakerroksen kosteutta ja kantavuutta kuvaava palvelutuote, jossa esitetään säätietojen avulla laskettu analyysi vallitsevasta tilanteesta sekä 10 vuorokauden ennuste. Hankkeessa myös testattiin pitkien kolmen kuukauden päähän ylettyvien ennusteiden käyttökelpoisuutta. Säätyön ennustepalvelua sivuaa, hyödyntää ja täydentää toinen Ilmatieteen laitoksen ja Metsätehon yhteistyöhanke nimeltään HarvesterSeasons (https://harvesterseasons.com/) HarvesterSeasons-palvelu hyödyntää maaston kantavuusolosuhteiden arvioinnissa pitkiä, noin kuuden kuukauden päähän ulottuvia ennusteita. Itä-Suomen yliopiston Metsätieteiden osastolla kehitettiin Ilmatieteen laitoksen kanssa yhteistyössä tuulituhoriskityökalun testiversio, minkä avulla voidaan laskea puuston tuulituhoon (puiden kaatuminen) tarvittavia tuulennopeuksia. Työkalu soveltuu tällä hetkellä vain tutkijakäyttöön. Säätyö-hankkeessa testattiin myös mahdollisuutta paikantaa pahimmat tuulituhoalueet välittömästi tapahtuneen myrskyn jälkeen. Menetelmänä käytettiin sääasemilla tehtävien tuulihavaintojen alueellista interpolointia. Menetelmän avulla analysoitiin kesällä ja syksyllä 2020 metsätuhoja aiheuttaneita myrskyjä. Myrskyn jälkeisen tilannekuvan laatijat pitivät tehtyjä kartta-analyysejä havainnollisina ja hyödyllisinä. Lumen kertymää puiden oksille, voidaan mallintaa säätietojen, kuten sademäärän, lämpötilan, ilman kosteuden ja tuulen nopeuden, avulla. Säätyö-hankkeessa lumituhoriskin arviointimallia kehitetiin edelleen siten, että kertyneen lumikuorman lisäksi selittäjäksi otetiin myös puuston ominaisuudet sekä maaston korkeusvaihtelut. Tehdyn verifioinnin mukaan abioottisten tekijöiden merkitys kasvoi äärimmäisissä lumikuormaolosuhteissa (talvi 2017–2018). Tavallisina talvina puolestaan korostui bioottisten tekijöiden merkitys. Vertailun mukaan toteutuneet lumituhot pystyttiin selittämään testatulla mallilla hyvin. Hankkeessa kartoitettiin haastatteluissa ja työpajassa tietotuotteiden käyttökohteita, hyötyjä, käyttöönoton edellytyksiä ja kehitysmahdollisuuksia. Tulosten mukaan tietotuotteille ja -palveluille nähtiin monipuolisia käyttömahdollisuuksia ja käytön myötä saatavia hyötyjä. Tietotuotteiden avulla olisi mahdollista kehittää ennakoivaa metsänhoitoa, joka pienentäisi tuhoista aiheutuvia taloudellisia vahinkoja. Tietotuotteiden mahdollistama entistä ajantasaisempi käsitys korjuuolosuhteista tehostaisi hakkuu- ja korjuuoperaatioiden toteutusta ja puuvarastojen hallintaa sekä vähentäisi maasto- ja runko- ja juuristovaurioita. Selvityksen mukaan tiedon käyttöönottoon vaikuttavat etenkin ajantasaisuus ja saatavuus. Vaikka hankkeessa kehitetyistä tietotuotteista ei oltu tällä hetkellä valmiita maksamaan niin haastatteluissa tuotiin esiin kuitenkin useita tietotuotteiden kehitysehdotuksia, joiden myötä niiden kaupallistamista pidettiin mahdollisena.
  • Kyllönen, Katriina; Saarnio, Karri; Makkonen, Ulla; Hellén, Heidi (Ilmatieteen laitos, 2020)
    Raportteja-Rapporter-Reports 2020:4
    Kansallinen ilmanlaadun vertailulaboratorio arvioi tässä hankkeessa ensimmäisen kerran käynnissä olevien ilmanlaadun polyaromaattisten hiilivety- (PAH) ja metallimittausten tulosten oikeellisuutta ja käytettyjä laadunvarmennuskeinoja Suomessa. Hanke kokosi yhteen tiedot direktiivin 2004/107/EY mukaisesta ilmanlaadun seurannasta Suomessa 2000-luvulla. Arvioinnin kohteena oli erityisesti bentso(a)pyreeni ja muut PAH-yhdisteet sekä arseeni, kadmium ja nikkeli PM10:ssä ja laskeumassa. Lisäksi hankkeessa arvioitiin lyijyn ja muiden metallien PM10- ja laskeumamittauksia, kaasumaisen elohopean ja elohopealaskeuman mittauksia sekä lyhyesti muita Suomessa tehtyjä harvinaisempia ilmanlaadun mittauksia kuten haihtuvien orgaanisten yhdisteiden (VOC) ja PM2,5-hiukkasten kemiallisen koostumuksen mittauksia. Hankkeessa suoritettiin metalli- ja PAH-mittausten auditointeja mittauksia toteuttaviin verkkoihin sekä niiden käyttämiin analyysilaboratorioihin. Muiden mittausten osalta arviointi tehtiin suppeasti haastattelujen ja erilaisten saatavilla olevien ilmanlaaturaporttien avulla. Toteutuneita mittauksia selvitettiin myös ilmanlaadun tietojärjestelmästä sekä käyttämällä apuna ilmanlaadun mittausverkkojen asiantuntemusta ja julkaisuja, sillä kaikkia hankkeen aiheeseen liittyviä mittauksia ei ole raportoitu tietojärjestelmään. Auditointeihin osallistui kaikki seitsemän ilmanlaadun metalli- ja PAH-mittauksia vuosina 2019–2020 suorittavaa mittausverkkoa Suomessa. Auditointeja suoritettiin 11 asemalla, kun kyseisiä mittauksia suoritettiin yhteensä 22 asemalla, jakuudessa laboratoriossa. Isojen mittausverkkojen osalta valittiin yksi asema edustamaan verkon toimintaa. Auditoinnilla saatiin tietoa metalli- ja PAH-mittausten vaatimustenmukaisuudesta verrattuna ilmanlaatuasetuksiin ja eurooppalaisiin EN-menetelmästandardeihin. Samalla saatiin yleistä tietoa mittausten suorittamisesta, käytetyistä mittalaitteista ja laadunvarmistusmenettelyistä. Laboratorioauditointien tulokset ovat luottamuksellisia, mutta raportissa on esitetty yleisiä havaintoja auditoinneista, ja mittaajat ovat saaneet tiedon auditointien tuloksista laboratorioiden luvalla. Johtopäätöksenä voidaan todeta, että käytetyt mittausmenetelmät olivat pääosin referenssimenetelmiä. Kenttätoiminnassa oli siirrytty käyttämään referenssimenetelmiä, joskin ennen vuotta 2018 kolmella verkolla on ollut käytössä muita menetelmiä, jotka ovat voineet aliarvioida pitoisuuksia. Näiden mittausten osalta aiempia mittaustuloksia käsiteltäessä on huomioitava, että mittaustulokset eivät ole vertailukelpoisia referenssimenetelmään. Laboratoriomääritykset oli suoritettu referenssimenetelmällä kahta poikkeusta lukuun ottamatta, joista toinen oli tehty hyväksyttävästi ekvivalentilla menetelmällä ja toisen osalta suositeltiin siirtymistä referenssimenetelmään, mikä toteutui heti 2020 alusta. Joissain tuoreissa mittauksissa laadunvarmistustoiminta ei ollut vielä vakiintunutta. Osa mittausverkoista käytti konsulttia huolto- ja kalibrointitöihin, ja näiden osalta verkko ei ollut aina itse tietoinen tehdyistä toimenpiteistä. EN-menetelmästandardeja noudatettiin mittausverkoissa pääosin hyvin. Virtauksen tarkistuksesta 3 kk välein poikettiin kaikissa verkoissa, ja sen osalta esitettiin parannusehdotuksia useille verkoille. Mittausepävarmuusarvioiden laskentatapaa on syytä kehittää mittausverkoissa. Kunhan mittausverkot ottavat käyttöönsä auditoinneissa esitetyt parannusehdotukset, voidaan katsoa, että mittauksia suoritetaan riittävässä määrin EN-menetelmästandardien mukaan. Selviä tuloksen oikeellisuuteen vaikuttavia tekijöitä ei kenttätoiminnassa havaittu auditoinnin aikana. Sama pätee laboratorioanalyysejä vuonna 2020. Yhden suuntaa-antavia mittauksia suorittavan verkon osalta mittaustuloksia on ollut yli tavoitearvojen, ja mittausten ajallista kattavuutta olisi syytä nostaa. *** This project summarizes the results from 2000–2020 and evaluates the trueness and the quality control (QC) procedures of the ongoing polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) and trace element measurements in Finland relating to Air Quality (AQ) Directive 2004/107/EC. The evaluation was focused on benzo(a)pyrene and other PAH compounds as well as arsenic, cadmium and nickel in PM10 and deposition. Additionally, it included lead and other metals in PM10 and deposition, gaseous mercury and mercury deposition, and briefly other specific AQ measurements such as volatile organic compounds (VOC)and PM2.5 chemical composition. This project was conducted by the National Reference Laboratory on air quality and this was the first time these measurements were assessed. A major part of the project was field and laboratory audits of the ongoing PAH and metal measurements. Other measurements were briefly evaluated through interviews and available literature. In addition, the national AQ database, the expertise of local measurement networks and related publications were utilised. In total, all the seven measurement networks performing PAH and metal measurements in 2019–2020 took part in the audits. Eleven stations were audited while these measurements are performed at 22 AQ stations in Finland. For the large networks, one station was chosen to represent the performance of the network. The audits included also six laboratories performing the analysis of the collected samples. The audits revealed the compliance of the measurements with the AQ Decree 113/2017, Directive 2004/107/EC and Standards of the European Committee for Standardization (CEN). In addition, general information of the measurements, instruments and quality control procedures were gained. The results of the laboratory audits were confidential, but this report includes general findings, and the measurement networks were informed on the audit results with the permission of the participating laboratories. As a conclusion, the measurement methods used were mainly reference methods. Currently, all sampling methods were reference methods; however, before 2018 three networks used other methods that may have underestimated concentrations. Regarding these measurements, it should be noted the results are not comparable with the reference method. Laboratory methods were reference methods excluding two cases, where the first was considered an acceptable equivalent method. For the other, a change to a reference method was strongly recommended and this realized in 2020. For some new measurements, the ongoing QC procedures were not yet fully established, and advice were given. Some networks used consultant for calibration and maintenance, and thus they were not fully aware of the QC procedures. EN-Standards were mostly followed. Main concerns were related to the checks of flow and calculation of measurement uncertainty, and suggestions for improvement were given. When the measurement networks implement the recommendations given in the audits, it can be concluded that the EN-Standards are adequately followed in the networks. In the ongoing sampling, clear factors risking the trueness of the result were not found. This applies also for the laboratory analyses in 2020. One network had concentrations above the target value, and the indicative measurements should be updated to fixed measurements.
  • Korkiakoski, Mika (Finnish Meteorological Institute, 2020)
    Finnish Meteorological Institute Contributions 174
    Drained peatlands are a challenge to the climate change mitigation, due to acting as sources of carbon and greenhouse gases to the atmosphere. However, different management practices could be used to reduce these emissions. In this thesis, the objective was to quantify the changes in water table level (WTL), evapotranspiration (ET) and greenhouse gas (GHG) fluxes for the first few years following clearcutting and partial harvesting a nutrient-rich peatland forest. The experimental forest was divided to partial harvest, clear-cut and control subsites, where WTL was monitored and direct flux measurements were made with the eddy covariance (EC), and manual and automatic soil chamber methods. Before clearcutting, the subsite was a small CO2 and CH4 sink, but N2O emissions were small. After clearcutting, WTL rose by 24 cm due to a 45% decrease in ET. The loss of photosynthesising biomass and addition of respiring logging residues turned the clear-cut subsite from CO2 sink into a large CO2 source for the next few years. Forest floor N2O fluxes increased significantly, possibly due to residues releasing reactive nitrogen, hence promoting N2O production. Also, soil compression and WTL rise might have enhanced N2O production through increased denitrification. The soil turned from CH4 sink into a small source as a result of thinning of oxic peat layer, which decreased CH4 oxidation. The partially harvested subsite was a small CO2 source before the partial harvest, meaning more carbon was lost through peat decomposition than was taken up by growing trees. Forest floor was a small CH4 sink and N2O source. After partial harvest, WTL rose by 12 cm and ET decreased by 17% compared to the control site. Also, CO2 emissions increased. However, compared to the clear-cut site, CO2 emissions were significantly smaller at the partial harvest site. No considerable changes in CH4 and N2O fluxes were observed after partial harvest. The difference in CO2 emissions between the harvest treatments can be explained with remaining tree stand, which kept ET higher, WTL lower and acted as CO2 sink. Also, the amount of decomposing logging residues was smaller after partial harvesting than after clearcutting. *** Kuivatut turvemaat ovat haaste ilmastonmuutoksen kannalta, koska ne toimivat hiilen ja kasvihuonekaasujen lähteinä, mutta erilaisilla käsittelytavoilla voidaan mahdollisesti hillitä näitä päästöjä. Tässä väitöskirjassa tavoitteena oli määrittää muutokset runsasravinteisen suometsän pohjaveden korkeudessa (WTL), haihdunnassa (ET) sekä kasvihuonekaasuvoissa (KHK-voissa) ensimmäisinä vuosina avohakkuun sekä osittaishakkuun jälkeen. Tutkimusmetsä jaettiin kolmeen koealaan: osittaishakkuu, avohakkuu ja kontrolli. Koealoilla mitattiin WTL:ää, ET:tä ja KHK-voita pyörrekovarianssi, automaatti- ja manuaalikammiomenetelmillä. Ennen avohakkuuta koeala oli pieni hiilidioksidin (CO2) ja metaanin (CH4) nielu ja pieni typpioksiduulin (N2O) lähde. Avohakkuun jälkeen ET laski 45%, joka johti 24 cm vedenpinnan nousuun. Yhteyttävän biomassan häviäminen ja hajoavien hakkuutähteiden lisääminen muutti avohakatun alan suureksi CO2-lähteeksi. Metsänpohjan N2O-vuot kasvoivat merkitsevästi todennäköisesti hakkutähteiden vapauttaman reaktiivisen typen vuoksi. Samaan aikaan maan tiivistyminen ja WTL:n nousu tehostivat denitrifikaatiota ja siten N2O:n tuottoa. Maaperä muuttui CH4-nielusta lähteeksi hapellisen turvekerroksen ohennuttua, joka pienensi CH4:n hapettumista. Osittaishakattava ala oli pieni CO2-lähde ennen hakkuuta, eli turpeen hajoamisesta muodostuvat CO2-päästöt olivat suuremmat kuin mitä puusto sitoi. Metsänpohja oli pieni CH4:n nielu ja N2O:n lähde. Osittaishakkuun jälkeen ET pieneni 17% ja WTL nousi 12 cm verrattuna kontrollialaan. CO2-päästöt kasvoivat verrattuna hakkuuta edeltävään tilaan, mutta merkittävästi vähemmän kuin avohakkuun jälkeen. CH4- ja N2O-voissa ei havaittu merkitsevästi muutoksia. Erot avohakkuun ja osittaishakkuun välillä selittyvät jäljelle jääneellä puustolla, joka piti haihdunnan korkeammalla, WTL:n matalammalla sekä sitoi CO2:a. Myös hakkuutähteiden määrä oli merkittävästi pienempi osittaishakkuun jäljiltä.
  • Jylhä, Kirsti; Ruosteenoja, Kimmo; Böök, Herman; Lindfors, Anders; Pirinen, Pentti; Laapas, Mikko; Mäkelä, Antti (2020)
    Raportteja - Rapporter - Reports 2020:6
    Ilmaston lämmetessä ja vesisateiden talvisinkin yleistyessä myös rakennetussa ympäristössä tulisi varautua muuttuviin sääolosuhteisiin. Tässä tutkimushankkeessa on luotu säähavaintoihin pohjautuvia tiedostoja, joita voidaan käyttää laskelmien pohjana arvioitaessa rakennusten energiantarvetta ja rakennusfysikaalista toimintaa nykyisessä ja tulevassa ilmastossa. Aluksi tarkasteltiin neljän paikkakunnan (Vantaa, Jokioinen, Jyväskylä ja Sodankylä) säähavaintoja 30 vuoden pituiselta aikajaksolta 1989–2018; paikat edustavat kutakin neljää energialaskennan lämpötilavyöhykettä. Havaintojen pohjalta muodostettiin lämpötilan, ilman suhteellisen kosteuden, auringon kokonaissäteilyn, hajasäteilyn, sädettä vastaan kohtisuoralle pinnalle saapuvan suoran säteilyn, tuulen suunnan ja nopeuden sekä sademäärän tunnittaiset aikasarjat vuosille 1989–2018. Ilmastomallien ennustamien muutosten perusteella nämä aikasarjat muunnettiin kuvaamaan tulevaisuuden olosuhteita vuosina 2015–2044 (lähitulevaisuutta kuvaava vuoden 2030 ilmasto), 2035–2064 (vuosisadan puoliväliä kuvaava v. 2050 ilmasto) ja 2065–2094 (vuosisadan loppupuolen eli v. 2080 ilmasto). Kaikki nämä tulevaisuuden ilmaston sääaikasarjat muodostettiin erikseen kolmelle kasvihuonekaasuskenaariolle, joista RCP2.6 vastaa vähäistä, RCP4.5 kohtalaista ja RCP8.5 hyvin voimakasta ilmastonmuutosta. Jakson 1989–2018 ilmastoa kuvaavista aikasarjoista haettiin kutakin 12 kuukautta kohti se vuosi, jona kyseisen kuukauden sääolot olivat vastanneet mahdollisimman hyvin keskimääräisiä ilmasto-oloja. Yhdistämällä nämä 12 kuukautta saatiin muodostettua kullekin energialaskennan vyöhykkeelle uusi rakennusten energialaskennan testi-vuosi TRY2020. Testivuotta kuvaavassa tiedostossa ovat mukana lämpötila, kosteus, auringon säteily (kokonaissäteily, suora säteily kohtisuoralle pinnalle ja hajasäteily) sekä tuulen suunta ja nopeus, mutta ei sademäärää. Samoja valittuja kuukausia käyttämällä muodostettiin vastaavat energialaskennan testivuodet myös kolmelle tulevaisuuden jaksolle, erikseen kullekin kasvihuonekaasuskenaariolle. Aiemmin laadittuun testivuoteen TRY2012 verrattuna uusi testivuosi TRY2020 koostuu lämpötilavyöhykkeestä riippuen 7–11 uudesta tyyppikuukaudesta, kun taas loput kuukaudet ovat samoja kuin aikaisemmin. Vantaalla, Jyväskylässä ja Sodankylässä, joita tarkasteltiin molempia testivuosia muodostettaessa, TRY2020 on koko vuotta ajatellen 0.17–0.36°C lämpimämpi kuin TRY2012, vaikka joinakin yksittäisinä kuukausina se onkin viileämpi. Vuotuisen kokonaissäteilyn erot uuden ja aiemman testivuoden välillä ovat pieniä, mutta joinakin yksittäisinä kuukausina säteilymäärät kyllä poikkeavat melko selvästi. Rakennusten energialaskennan testivuosien ohella koottiin rakennusfysikaalisten tarkastelujen vertailuja varten todellisen menneen vuoden (Jokioinen v. 2015) tunnittain mitatut säätiedot; näitä muokattiin myös kuvaamaan tulevaisuuden ajanjaksoja. Lisäksi hankkeessa tuotettuja 30-vuotisia nykyisen ja tulevaisuuden ilmaston säätietoja voidaan käyttää esimerkiksi aiemmin valittujen rakennusfysikaalisten testivuosien päivittämiseen. Raportissa tarkasteltiin myös lämmitysjärjestelmien mitoitukseen käytettäviä kylmiä lämpötiloja sekä sitä, miten ilmastonmuutos vaikuttaa nykyään harvoin esiintyvien lämpötilojen, sademäärien ja tuulen nopeuksien yleisyyteen tulevaisuudessa. *** Då det finska klimatet blir varmare och nederbörd i form av regn allt vanligare också vintertid, måste den bebyggda miljön vara beredd på förändringar i väderförhållanden. I detta arbete har vi framställt väderdata, som kan användas för att bedöma behovet av värme- och kylenergi samt byggnadsfysikalisk funktion i det nuvarande och framtida klimatet. Väderdata samlades från fyra orter i Finland, Sodankylä, Jyväskylä, Jockis och Vanda, som representerar de olika temperaturzonerna för energiberäkning i byggnader. Timvis väderdata för åren 1989–2018 sammanställdes för följande väderparametrar: temperatur, relativ luftfuktighet, vindhastighet och riktning, global-, diffus- och direkt solstrålning samt nederbörd. De här trettioåriga tidsserierna omräknades för att representera det framtida klimatet i enlighet med simuleringar gjorda med klimatmodeller. Tre framtida perioder betraktades: 2015–2044 beskriver den nära framtiden, 2035–2064 mitten av seklet och 2065–2094 klimatet i slutet av seklet. Perioderna har namngetts enligt året i mitten av perioden, dvs. 2030, 2050 och 2080. Alla de tidsserier som representerar det framtida klimatet sammanställdes för tre växthusgasscenarier: RCP2.6 motsvarar små, RCP4.5 medelmåttliga och RCP8.5 mycket stora utsläpp. Därefter användes de 30-åriga tidsserierna för att konstruera det nya testreferensåret, eller typåret, för efterfrågan av byggnadsenergi (TRY2020) för alla fyra termiska zoner. Typåret innehåller hela kalendermånader, som valts ut så att de rådande väderleksförhållandena under månaden motsvarar typiska långtida statistiska fördelningarna. I datafilerna för TRY2020 inkluderades alla ovannämnda väderparametrar förutom nederbörd. De valda månaderna användes också för att sammanställa typårsdata, som beskriver det framtida klimatet. Detta gjordes separat för alla tre framtida perioder och de tre växthusgasscenarierna. Jämfört med det tidigare typåret TRY2012 består det nya typåret TRY2020 av 7–11 nya typmånader, beroende på den termiska zonen, medan resten av månaderna är desamma som i TRY2012. Då man granskar de tre orterna, för vilka båda typår finns tillgängliga, är den årliga medeltemperaturen i TRY2020 0,17–0,36°C högre än i TRY2012, även om några enstaka månader är svalare. Den årliga summan av global solstrålning är nästan identisk i de två typåren, men under några enskilda månader skiljer strålningsmängden sig tydligt. Förutom typåren för energiberäkningar, sammanställdes väderdata för ett historiskt år (Jockis 2015) som kan användas för exempelvis byggnadsfysiska studier. Även detta jämförelseår omräknades till att representera framtida förhållanden. Dessutom kan de 30-åriga tidsserier, som utarbetats i projektet, användas för att uppdatera tidigare byggnadsfysiska typår. Rapporten undersöker också förekomsten av mycket låga temperaturer, som är relevanta för dimensioneringen av värmesystem. Dessutom granskade vi, hur den förväntade klimatförändringen inverkar på extrema temperaturer, nederbördsmängder och vindhastigheter i framtiden. *** As the Finnish climate becomes warmer and liquid precipitation events will be increasingly frequent even in winter, it is necessary to be prepared for changing weather conditions in the built-up environment. In this study, we have elaborated weather data files that can be utilized in assessing energy demand and physical functioning in buildings in the current and future climate. Weather datasets were compiled for four measurement sites in Finland, Sodankylä, Jyväskylä, Jokioinen and Vantaa, each of them representing different thermal zones for building energy demand. The datasets, comprising years 1989–2018, contained the following variables at hourly resolution: temperature, relative humidity, wind speed and direction, total, diffuse and direct normal solar radiation and precipitation. The tridecadal datasets were transformed to represent future climate by modifying the hourly values of the weather variables in accordance with climate model projections. Three future periods were considered, 2015–2044 representing the immediate future, 2035–2064 mid-century and 2065–2094 the late century climate. Henceforth, the periods will be referred to according to the mid-point year, i.e., 2030, 2050 and 2080, respectively. All the time series representing future climate were compiled for three representative concentration pathways, RCP2.6 representing small, RCP4.5 medium and RCP8.5 very large greenhouse-gas emissions. Next, the 30-year datasets were used to find for each of the twelve calendar months a "standard" month during which weather conditions have been as close as possible to typical long-term statistical distributions. These twelve months originating from different years were merged to create the new test reference year of building energy demand (TRY2020) for all four thermal zones. In the test reference year datasets, all the above-mentioned weather variables were included apart from precipitation. The months selected were likewise used to extract test reference year data from the data files representing future climate, separately for all three future periods and the three representative concentration pathways. Compared to the previously-compiled test reference year TRY2012, the new reference year TRY2020 consists of 7–11 fresh months, depending on the thermal zone, the remaining months being the same as in TRY2012. Regarding the three measurement sites for which both references years are available, the annual mean temperature in TRY2020 is 0.17–0.36°C higher than in TRY2012, even though some individual months are cooler. The total annual solar radiation sum in the two test reference years is nearly identical, while some single months exhibit quite remarkable differences. In addition to the test reference year for building energy demand, hourly measurements during a historical year (Jokioinen 2015) were collected for comparison purposes in building physical calculations. This comparison year data was also transformed to represent future climates. Moreover, the 30-year datasets elaborated in the project can be used to update previously-selected building physical test years for the Finnish climate. The report likewise examines very cold temperatures relevant for the design of heating systems. As well, we explored how the projected climate change affects the future occurrence of temperature, precipitation and wind speed extremes.
  • Kyllönen, Katriina (2020)
    Aerosols are well known to have effects on climate and human health. The chemical composition of aerosols in particular has a profound effect on the latter. Many trace elements (e.g. cadmium, lead and arsenic) found in the particulates as well as mercury (existing mostly in the gaseous form) are considered toxic for humans while deposition of these elements poses risks to the ecosystems. Due to emission abatement strategies, emissions of trace elements have significantly reduced in the recent decades. The overall objective of this thesis was to gain knowledge on the different sources as well as the temporal and spatial changes of atmospheric trace elements in Finland. The thesis was focused on the priority trace element pollutants mercury, arsenic, cadmium, nickel and lead. Also, other elements of interest were studied (aluminium, chromium, cobalt, copper, iron, manganese, vanadium, and zinc). Gaseous, particulate and deposition forms of the elements were investigated. The work was concentrated in background areas far away from possible anthropogenic sources; however, urban and industrial sites were also surveyed. The measurement techniques were partially developed or further validated in this thesis, and partially we utilised measurements conducted as a part of international measurement programmes. Sources of trace elements were studied with source apportionment method using positive matrix factorisation (PMF) and enrichment factors. Enrichment factors were used to characterize the source of a pollutant between natural and anthropogenic, and this grouped the elements from mainly crustal (Al, Fe) to highly anthropogenic origin (As, Cd, Pb, Zn) and others in between. PMF produced a more precise analysis of sources for Pallas, in which trace elements were associated with soil, sea emissions, and various long-range transported sources e.g. copper and nickel smelters in Kola Peninsula, Russia. In addition, magnitude of mercury soil and wetland emissions was investigated at one background site with the chamber technique. The air-terrestrial surface exchange measurements of elemental mercury showed that the soil emissions were found similar to depositional fluxes at the site (but opposite) and larger than the ones observed at wetland. For most trace elements, a clear south-to-north decreasing gradient in both atmospheric concentrations and deposition was observed due to minor local sources and longer distance to the large European source areas in the north than in the south. Additionally, the differences in the length of the snow-cover period have an effect on resuspension of some of the elements. For several elements both in particulate matter (PM) and deposition, statistically significant decreasing trends up to 80 % were detected since the 1990s. For gaseous mercury, no statistically significant trends were found. No statistically significant increasing trends were observed for PM, however, at two sites increases in deposition of single elements were detected. *** Ilmakehän hiukkasilla on tunnetusti vaikutuksia ilmastoon ja ihmisten terveydelle. Erityisesti näiden hiukkasten kemiallinen koostumus vaikuttaa jälkimmäiseen. Monien ilmakehässäkin esiintyvien raskasmetallien (kuten elohopean, kadmiumin ja lyijyn) tiedetään olevan myrkyllisiä ihmiselle, kun taas näiden laskeuma aiheuttaa haittaa ekosysteemeille. Päästövähennystoimenpiteiden myötä raskasmetallien päästöt ovat yleisesti vähentyneet viime vuosikymmeninä. Tämän väitöskirjan yleisenä tavoitteena oli selvittää ilmakehän raskasmetallien lähteitä sekä ajallisia ja maantieteellisiä trendejä Suomessa. Tutkimus keskittyi erityisen haitallisiin alkuaineisiin elohopeaan, arseeniin, kadmiumiin, nikkeliin ja lyijyyn. Myös alumiini, koboltti, kromi, kupari, mangaani, rauta, sinkki ja vanadiini olivat selvityksen kohteena. Väitöskirjassa on tutkittu näiden esiintymistä kaasumaisena, hiukkasiin sitoutuneena ja laskeumassa keskittyen kaukana päästölähteitä sijaitseviin tausta-alueisiin. Myös kaupunki- ja teollisuusympäristöt olivat kohteena. Tutkimuksessa käytettiin itse kehitettyjä tai validoituja mittausjärjestelmiä sekä kansainvälisissä mittausohjelmissa kerättyä tietoa. Raskasmetallien lähteitä tutkittiin kahdella lähdeanalyysillä. Rikastumiskertoimilla metallit jaettiin luonnosta ja ihmistoiminnasta peräisiin, ja analyysin perusteella suurin osa metalleista oli selvästi peräisin antropogeenisistä lähteistä, kun taas muutamat maaperän pölyämisestä. Yhdellä mittausasemista (Pallas) tutkittiin tarkemmin lähteitä positiivisen matriisin faktoroinnilla (PMF), jonka perusteella raskasmetallien lähteiksi tunnistettiin maaperän pölyäminen, meri, sekä erilaisia kaukokulkeumana vaikuttavia lähteitä, kuten kupari-nikkelisulatot Kuolan niemimaalla. Lisäksi elohopeatasetta tutkittiin ilmakehän ja maaperän/suon välillä kammiomenetelmällä yhdellä eteläisistä tausta-asemista. Tutkimuksessa havaittiin, että elohopeaa haihtui enemmän metsämaasta kuin suolta, ja metsämaasta haihtunut elohopean määrä vastasi karkeasti maahan laskeuman mukana kertynyttä osuutta. Useimpien raskasmetallien ilmapitoisuudet ja laskeuma kohosivat pohjoisesta etelään päin johtuen eroista paikallisissa päästöissä sekä pidemmästä etäisyydestä Euroopan suuriin päästöalueisiin. Myös etelän pohjoista lyhyempi lumikausi vaikutti joidenkin metallien pitoisuuksiin kohottavasti. Useimpien raskasmetallien ilmapitoisuuksien ja laskeuman todettiin vähentyneen tilastollisesti merkitsevästi, enimmillään 80 % 1990-luvun lopusta vuoteen 2018. Sen sijaan kaasumaisen elohopean pitoisuuksissa ei havaittu tilastollisesti merkitseviä muutoksia. Tilastollisesti merkitsevää ilmapitoisuuden nousua ei havaittu millään tutkituista metalleista pohjoisella mittausasemalla; sen sijaan laskeuman osalta kahdella mittausasemalla havaittiin yksittäisten alkuaineiden nousua.
  • Anttila, Pia (Finnish Meteorological Institute, 2020)
    Finnish Meteorological Institute Contributions 163
    In this thesis, long-term, multicomponent, high-resolution (time and accuracy) air quality monitoring data from about 400 sites across Finland since 1994 are integrated into a single unified and compact view to demonstrate past air quality development and to assess the reasons behind the development at the national level. This thesis demonstrates that internationally launched and nationally implemented regulatory controls have had an important role in improving air quality in Finland. The pollutants subject to long-term ambitious international abatement strategies (like SO2 and persistent organic pollutants) have decreased the most. Also, NOx emission control has been successful, but urban roadside NO2 concentrations have not decreased as expected. The increase in diesel cars (and their potentially high primary NO2 emissions) may have been one factor in slowing down the decline of concentrations. However, the development of emission reduction technologies together with the improved type approval test procedures have resulted in a reduction in the significance of primary NO2 emissions in Europe. In Finland, our relatively old car fleet and the increased import of old diesel cars cause uncertainty for future development. Due to the use of studded tyres and manifested as elevated concentrations of PM10, springtime street dust is a local air pollution problem. This thesis suggests that local abatement measures (e.g., reducing traffic, changes in the car fleet, road maintenance activities) have been moving in the right direction, and the springtime street dust levels have been reduced. Although air quality standards are not exceeded today, street dust remains a persistent flaw in our otherwise good air quality. In Finland, the ozone peak levels have been declining since 2006. Similar development has been detected in Europe and North America, and it is related to decreasing anthropogenic precursor emissions of NOx and VOCs. For Finland, high background concentrations are more problematic, and reducing them would require international and even hemispheric cooperation. The available long-term background data of PAH concentrations suggest that no widespread decrease in concentrations has occurred. This is not necessarily surprising as the major global sources are small-scale solid fuel combustion and wildfires. Efforts to reduce these emissions have been relatively limited or non-existent so far. *** Tässä väitöskirjassa on koottu yhteen Suomen ilmanlaadun mittaustiedot yli parinkymmenen vuoden ajalta ja noin 400 mittausasemalta. Aineistosta arvioidaan ilmanlaadun kehitystä ja syitä havaittuun kehitykseen kansallisella tasolla. Tämä opinnäyte osoittaa, että kansainvälisesti käynnistetyillä ja kansallisesti toteutetuilla päästöjen rajoittamistoimilla on ollut tärkeä rooli ilmanlaadun parantamisessa Suomessa. Epäpuhtaudet, joihin on kohdistunut pitkäaikaisia kunnianhimoisia kansainvälisiä päästöstrategioita (kuten SO2 ja pysyvät orgaaniset ympäristömyrkyt), ovat vähentyneet eniten. Myös NOx-päästöjen vähentäminen on onnistunut, mutta kaupungeissa NO2-pitoisuudet eivät ole vähentyneet odotetusti. Dieselautojen lisääntynyt määrä (ja niiden mahdollisesti korkeat suorat NO2-päästöt) on saattanut olla yksi tekijä, joka on hidastanut NO2-pitoisuuksien laskua. Päästöjen vähentämistekniikoiden ja tyyppihyväksyntämenettelyjen kehittyminen on kuitenkin vähentänyt suorien NO2-päästöjen merkitystä Euroopan tasolla. Suomessa suhteellisen vanha autokanta ja vanhojen dieselautojen lisääntynyt tuonti aiheuttavat epävarmuutta tulevaisuuden kehitykselle. Kevään katupöly, joka johtuu nastarenkaiden käytöstä ja joka ilmenee korkeina PM10-pitoisuuksina, on paikallinen ilmanlaatuongelma. Tämä opinnäyte viittaa siihen, että paikalliset vähennystoimenpiteet (esim. liikennemäärien vähentäminen, muutokset autokannassa, tienhoitotoimet) ovat olleet oikeansuuntaisia ja kevään katupölytasot ovat vähentyneet. Vaikka ilmanlaatunormeja ei tällä hetkellä ylitetä, katupöly on edelleen sitkeä ilmanlaatuhaitta muuten hyvässä ilmanlaadussamme. Suomessa otsonin huipputasot ovat laskeneet vuodesta 2006. Vastaavaa kehitystä on havaittu Euroopassa ja Pohjois-Amerikassa, ja se on liitetty typen oksidien (NOx) ja haihtuvien orgaanisten yhdisteiden (VOC) päästöjen vähentämiseen. Suomessa kuitenkin korkeat taustapitoisuudet ovat ongelmallisempia, ja niiden alentaminen edellyttää laajaa kansainvälistä yhteistyötä. PAH-pitoisuuksissa ei ole tapahtunut laaja-alaista laskua. Tämä ei ole välttämättä yllättävää, koska suurimpia lähteitä maailmanlaajuisesti ovat pienpoltto ja metsä- ja maastopalot. Pyrkimykset näiden päästöjen vähentämiseksi ovat toistaiseksi olleet suhteellisen vähäisiä tai olemattomia.
  • Gregow, Hilppa; Rantanen, Mika; Laurila, Terhi K.; Mäkelä, Antti (Finnish Meteorological Institute, 2020)
    Raportteja - Rapporter - Reports 2020:3
    Strong winds caused by powerful extratropical cyclones are one of the most dangerous and damaging weather phenomena in Northern Europe. Stormy winds can generate extreme waves and rise the sea level, which leads occasionally to storm surges in coastal areas. In land areas, strong winds can cause extensive forest damage. In general, windstorms induce annually significant damage for society. Moreover, due to climate change, the frequency and the impacts caused by the windstorms is changing. In this report, we introduce a literature review on the occurrence of strong winds, extratropical cyclones and their impacts in Northern Europe. We present the most important findings on both past trends and current climate on wind speeds and extratropical cyclones based on in-situ measurements and reanalysis data. We also briefly analyse impacts caused by extreme convective weather. Furthermore, we aim to respond to the question on how the wind climate in Northern Europe is going to change in the future under climate change. The decadal changes in the frequency of extratropical cyclones in Northern Europe follows the changes in the storm track regions. Regarding the past climate, confident estimates of the past trends are difficult to make due to inhomogeneities in the number and type of assimilated wind speeds into reanalysis data. Based on homogenized in-situ observations, the wind climatology in 1959-2015 in Finland shows a slight downward trend, but no trend is evident in the number of potential forest damage days in Finland. Possible change points are however detected for wind speeds and the impacts. Forest damage is not only a function of wind speeds but also the environmental factors, such as the amount of frost in the ground, play a role. In the future, the strongest signal in Northern Europe for slightly increasing wind speeds is in the autumn while other seasons do not show remarkable trends. It has been shown that the total number of the strongest windstorms are projected to decrease in the North Atlantic and Europe, but regional differences are likely to appear due to changes in the storm tracks. The strong wind gusts associated with thunderstorms in parts of Northern Europe will likely increase in frequency by the end of the 21st century. *** Voimakkaista keskileveysasteiden matalapaineista johtuvat myrskytuulet ovat yksi eniten vaaraa ja vahinkoa aiheuttavista sääilmiöistä Pohjois-Euroopassa. Myrskytuulet aiheuttavat korkeita aaltoja ja nostavat meriveden pintaa, mikä johtaa toisinaan merivesitulviin. Sisämaassa voimakkaat myrskytuulet aiheuttavat ajoittain laajoja metsätuhoja. Myrskyistä koituu vuosittain merkittäviä vahinkoja yhteiskunnalle. Ilmastonmuutoksen myötä myrskyjen toistuvuus ja tuulista johtuvat tuhot muuttuvat. Raportissa käydään kirjallisuuden pohjalta läpi voimakkaiden tuulien ja myrskyjen esiintyvyyttä Pohjois-Euroopassa. Raportissa esitellään tärkeimmät havaintoihin ja uusanalyyseihin perustuvat tutkimustulokset tuulista, myrskyistä ja niiden vaikutuksista. Lisäksi esitellään lyhyesti muutoksia konvektiivisten säähäiriöiden aiheuttamissa tuulissa. Lopuksi pyritään vastaamaan kysymykseen, miten tuulisuus tulee muuttumaan Pohjois-Euroopassa ilmastonmuutoksen myötä. Myrskyjen lukumäärän alueelliset muutokset ovat sidoksissa myrskyratojen muutoksiin. Menneiden myrskytrendien tutkiminen uusanalyysien avulla on kuitenkin osoittautunut ongelmalliseksi, koska eri uusanalyyseihin on assimiloitu vaihteleva määrä ilmakehän havaintoja ja siten aineisto on epähomogeenista. Yksittäisten uusanalyysien pohjalta ei näin ollen voida tehdä varmoja johtopäätöksiä menneistä myrskytrendeistä. Kirjallisuuden mukaan voimakkaat tuulet ovat olleet Suomessa laskusuunnassa vuosina 1959-2015, mutta potentiaaliset metsätuhopäivät Suomessa eivät näytä vähentyneen. Metsätuhojen määrään vaikuttaa tuulisuuden lisäksi myös muun muassa maaperän roudan määrä. Metsätuhojen ja tuulisuuden trendeissä on lisäksi havaittu viime vuosina mahdollisia käännekohtia. Tutkimusten mukaan Pohjois-Euroopassa ei ole odotettavissa suurta muutosta tuulisuudessa, joskin syksyisin keskimääräisen tuulisuuden odotetaan hieman lisääntyvän. Voimakkaiden myrskyjen kokonaislukumäärä Pohjois-Atlantilla tulee todennäköisesti laskemaan, mutta alueellisia eroja voi ilmetä myrskyratojen muutoksista johtuen. Kesän rajuilmoihin liittyviä voimakkaita tuulenpuuskia voi vuosisadan loppuun mennessä Pohjois-Euroopassa esiintyä useammin kuin nykyilmastossa.
  • Lehtonen, Ilari; Venäläinen, Ari; Gregow, Hilppa (2020)
    Raportteja - Rapporter - Reports 2020:5
    Kasvavat metsät sitovat hiiltä ilmakehästä, ja metsillä on siten tärkeä rooli ilmastonmuutok-sen hillinnässä. Metsät ovat myös tärkeitä virkistysalueita, ja ennen kaikkea luonnontilaisia metsiä tarvitaan pyrittäessä suojelemaan luonnon monimuotoisuutta. Toisaalta metsäteollisuus on yksi Suomen tärkeimmistä teollisuudenaloista, joten myös metsien taloudellinen merkitys Suomessa on suuri. Ilmastonmuutoksen edetessä ja erilaisten metsien käyttöön liittyvien intressien ristipaineessa korostuu kysymys siitä, miten metsiä voidaan hyödyntää kestävällä tavalla. Metsänhoidon suositusten uudistamisen pohjaksi tarvitaan tietoja niin ilmastonmuutoksen suuruudesta kuin sen vaikutuksistakin. Tässä raportissa esitetään tämänhetkisen tietämyksen mukaiset arviot ilmastonmuutoksesta Suo-messa sekä siitä, millaisia vaikutuksia muutoksella on Suomen metsiin ja metsätaloudelle. Viimeisten noin 150 vuoden aikana keskilämpötila on Suomessa jo kohonnut pari astetta. Tällä hetkellä lämpötila nousee Suomessa vajaat puoli astetta vuosikymmenessä. Kuluvan vuosisadan puoliväliin mennessä lämpötilan odotetaan kohoavan nykyisestä noin 1–1,5 astetta lisää. Kuinka paljon lämpötila nousee edelleen vuosisadan jälkipuoliskolla, riippuu suuresti kasvihuonekaasupäästöjen tulevasta maailmanlaajuisesta kehityksestä. Suomessa lämpötilan nousu on noin kaksi kertaa nopeampaa kuin maapallolla keskimäärin. Lämpenemisen lisäksi sateiden odotetaan lisääntyvän etenkin talvikuukausina. Toisaalta kesällä kuivuus voi vaivata aiempaa useammin. Lämpeneminen ja ilmakehän kohonnut hiilidioksidipitoisuus ovat jo omalta osaltaan kiihdyttäneet metsien kasvua, ja tulevaisuudessa metsiemme ennustetaan kasvavan yhä rivakammin. Toisaalta lisääntyvät metsätuhot voivat osittain neutralisoida tämän kehityksen. Erityisesti kuusikot ovat alttiita paitsi monille tuhonaiheuttajille, niin Etelä-Suomessa myös lisääntyvälle kuivuudelle. Tuhohyönteisistä lämpeneminen hyödyttää muun muassa kaarnakuoriaisiin lukeutuvaa kirjanpainajaa. Talvella roudan väheneminen vaikeuttaa puiden korjuuolosuhteita, mikä lisää juuristovaurioiden riskiä korjuun yhteydessä ja haittaa puunkorjuun logistiikkaa. Myös tuulituhojen riski kasvaa roudan vähen-tyessä. Kansainvälisesti tavoitteeksi on asetettu lämpenemisen rajaaminen maailmanlaajuisesti alle kahteen asteeseen esiteolliseen aikaan eli 1700-luvun puolivälin ilmastoon verrattuna. Tämä edellyttäisi nopeaa maailmanlaajuista kasvihuonekaasupäästöjen hillintää. Toistaiseksi kasvihuonekaasujen päästöjen kasvua ei ole pystytty rajoittamaan siinä määrin, että tavoitteen toteutuminen näyttäisi todennäköiseltä, joten on syytä varautua voimakkaampaan lämpenemiseen. Pahimman skenaarion toteutuessa lämpötila voi maailmanlaajuisesti kohota jopa yli neljä astetta kuluvan vuosisadan aikana. Yksittäisen metsänomistajan kannalta keskeistä on huolehtia metsien kasvusta ja elinvoimasta sekä pyrkiä myös tunnistamaan metsiä uhkaavat riskit, puuston ja maaston vaihtelevuus huomioon ottaen. Riskien hallinnan tueksi verkossa on saatavilla runsaasti avoimia ilmaston vaihteluita ja sään ääri-ilmiöiden esiintymistä kuvaavia tietoaineistoja sekä ennustepalveluita. *** Växande skogar binder kol från atmosfären och spelar därmed en viktig roll för att mildra klimatförändringarna. Skogar är också viktiga som rekreationsområden, och framför allt behövs naturskogar för att skydda den biologiska mångfalden. Å andra sidan är skogsindustrin en av Finlands viktigaste industribranscher och skogsbrukets ekonomiska betydelse är därmed också betydande. Pågående klimatförändringar, samt delvis till och med motstridiga intressen gentemot skogen som uttrycks från olika sektorer i samhället, gör det viktigt att studera hur skogen kan utnyttjas på ett hållbart sätt. Information om både omfattningen och konsekvenserna av klimatförändringarna behövs för att revidera skogsvårdsrekommendationerna. I denna rapport presenterar vi en bedömning av klimatförändringarna i Finland baserat på nuvarande information och beskriver de förväntade effekterna på skog och skogsbruk. Under de senaste 150 åren har medeltemperaturen i Finland redan stigit med cirka 2 °C. För närvarande stiger temperaturen i Finland med nästan 0,5 °C per årtionde. I mitten av 2000-talet förväntas temperaturerna vara cirka 1–1,5 °C högre än för närvarande. Uppvärmningshastigheten under den senare hälften av 2000-talet beror till stor del på den framtida utvecklingen av de globala utsläppen av växthusgaser. I Finland är uppvärmningen ungefär dubbelt så snabb som det globala genomsnittet. Förutom uppvärmningen förväntas nederbörden att öka i framtiden, särskilt på vintern. Å andra sidan kan torka förekomma på sommaren oftare än för nuförtiden. Högre temperaturer och stigande koldioxidkoncentration i atmosfären har redan bidragit till att förbättra skogstillväxten. I framtiden beräknas våra skogar växa ännu snabbare. Å andra sidan kan en ökande frekvens av skogsskador delvis radera denna utveckling. Det är särskilt granskogar som är sårbara för många skadedjur, men också för torka i södra Finland. Ett exempel på ett skadedjur som kan dra nytta av uppvärmningen är granbarkborren. På vintern komplicerar en minskning av tjäle logistiken för skogsavverkning och ökar risken för rotskador under avverkningen. Risken för vindskador ökar också när tjälen minskar. Internationellt har målet satts att begränsa den globala uppvärmningen till mindre än 2 °C jäm-fört med den förindustriella tiden, dvs mitten av 1700-talet. För att uppnå målet skulle det krävas en snabb minskning av de globala utsläppen av växthusgaser. Hittills har man inte lyckats begränsa ökningen av de globala utsläppen av växthusgaser i en sådan utsträckning att det skulle verka troligt att målet kan uppnås. Därför finns det ett behov av att förbereda sig för en större uppvärmning. I värsta fall kan den globala medeltemperaturen öka med mer än 4 °C till slutet av 2000-talet. Det är viktigt för den enskilda skogsägaren att ta hand om skogens tillväxt och livskraft, samt att försöka identifiera riskerna som hotar skogarna, med hänsyn till variationer i bestånd och terräng. För att stödja riskhanteringen finns det flera öppna datauppsättningar om klimatvariabilitet och förekomsten av extrema väderhändelser, såväl som prognostjänster. *** Growing forests sequester carbon from the atmosphere, and hence forests have an important role in mitigating climate change. Forests are also important as recreational areas, and natural forests are needed in maintaining biodiversity. On the other hand, the economic importance of forests is sub-stantial in Finland as the forest industry is a major contributor to wellbeing in the country. Ongoing climate change and the multiple contradictory interests towards forests expressed from different sectors in society make it important to study how forests can be exploited in a sustainable way. Information on the magnitude and impacts of climate change are needed in revising the forest management recommendations. In this report, we present an assessment of climate change in Finland based on current knowledge and describe the expected effects of the change on forests and forestry. Over the last 150 years, the mean temperature in Finland has already risen by about 2 °C. Presently, the temperature continues to increase with a rate of almost 0.5 °C per decade, and by the mid-century, temperatures in Finland are expected to be approximately 1–1.5 °C higher than at present. The rate of warming during the latter half of the 21st century will largely depend on the future evolution of global greenhouse gas emissions. In Finland, the rate of warming is about twice as large as the global average. In addition to warming, precipitation levels, particularly in winter, are expected to increase in the future. On the other hand, drought may occur in summer more frequently than at present. Increasing temperature and rising atmospheric carbon dioxide concentration have already contributed to accelerating forest growth. In the future, our forests are projected to grow even more rapidly. On the other hand, an increasing frequency of forest damages may partly overrule this development. Particularly, spruce forests are vulnerable to many insect pests but in southern Finland also to drought. An example of a pest benefitting from the warming is the European spruce bark beetle. In winter, reduction of soil frost complicates the logistics of forest harvesting and increases the risk of root damage during the harvest. The risk of wind damage also increases as the soil frost decreases. Internationally, the goal is to limit global warming to less than 2 °C compared to pre-industrial era, i.e., the mid-18th century. This would require rapid global mitigation of greenhouse gas emissions. So far, limiting the increase in global greenhouse gas emissions has not been adequately successful so that reaching the target would seem likely. Thus, there is a need to be prepared for a more severe warming. In the worst case, the temperature could rise even by more than 4 °C globally by the end of the 21st century. From the forest owner viewpoint, it is important to take care of the growth and vitality of the forest stands and to identify the risks threatening the stands, taking into account the variability of the stands and the terrain. To support risk management, there are available several open data sets on climate variability and the occurrence of extreme weather events, as well as forecasting services.
  • Siljamo, Niilo (2020)
    Finnish Meteorological Institute Contributions 171
    Snow cover plays a significant role in the weather and climate system, ecosystems and many human activities, such as traffic. Weather station snow observations (snow depth and state of the ground) do not provide highresolution continental or global snow coverage data. The satellite observations complement in situ observations from weather stations. Geostationary weather satellites provide observations at high temporal resolution, but the spatial resolution is low, especially in polar regions. Polarorbiting weather satellites provide better spatial resolution in polar regions with limited temporal resolution. The best detection resolution is provided by optical and infra-red radiometers onboard weather satellites. Snow cover in itself is highly variable. Also, the variability of the surface properties (such as vegetation, water bodies, topography) and changing light conditions make satellite snow detection challenging. Much of this variability is in subpixel scales, and this uncertainty creates additional challenges for the development of snow detection methods. Thus, an empirical approach may be the most practical option when developing algorithms for automatic snow detection. In this work, which is a part of the EUMETSAT-funded H SAF project, two new empirically developed snow extent products for the EUMETSAT weather satellites are presented. The geostationary MSG/SEVIRI H32 snow product has been in operational production since 2008. The polar product Metop/AVHRR H32 is available since 2015. In addition, validation results based on weather station snow observations between 2015 and 2019 are presented. The results show that both products achieve the requirements set by the H SAF. *** Lumipeitteellä on huomattava vaikutus säähän, ilmastoon, luontoon ja yhteiskuntaan. Pelkästään sääasemilla tehtävät lumihavainnot (lumen syvyys ja maanpinnan laatu) eivät anna kattavaa kuvaa lumen peittävyydestä tai muista lumipeitteen ominaisuuksista. Sääasemien tuottamia havaintoja voidaan täydentää satelliiteista tehtävillä havainnoilla. Geostationaariset sääsatelliitit tuottavat havaintoja tihein välein, mutta havaintoresoluutio on heikko monilla alueilla, joilla esiintyy kausittaista lunta. Polaariradoilla sääsatelliittien havaintoresoluutio on napa-alueiden läheisyydessä huomattavasti parempi, mutta silloinkaan satelliitit eivät tuota jatkuvaa havaintopeittoa. Tiheimmän havaintoresoluution tuottavat sääsatelliittiradiometrit, jotka toimivat optisilla aallonpituuksilla (näkyvä valo ja infrapuna). Lumipeitteen kaukokartoitusta satelliiteista vaikeuttavat lumipeitteen oman vaihtelun lisäksi pinnan ominaisuuksien vaihtelu (kasvillisuus, vesistöt, topografia) ja valaistusolojen vaihtelu. Epävarma ja osittain puutteellinen tieto pinnan ja kasvipeitteen ominaisuuksista vaikeuttaa luotettavan automaattisen analyyttisen lumentunnistusmenetelmän kehittämistä ja siksi empiirinen lähestymistapa saattaa olla toimivin vaihtoehto automaattista lumentunnistusmenetelmää kehitettäessä. Tässä työssä esitellään kaksi EUMETSATin osittain rahoittamassa H SAFissa kehitettyä lumituotetta ja niissä käytetyt empiiristä lähestymistapaa soveltaen kehitetyt algoritmit. Geostationaarinen MSG/SEVIRI H31 lumituote on saatavilla vuodesta 2008 alkaen ja polaarituote Metop/AVHRR H32 vuodesta 2015 alkaen. Lisäksi esitellään pintahavaintoihin perustuvat validointitulokset, jotka osoittavat tuotteiden saavuttavan määritellyt tavoitteet.
  • Luomaranta, Anna (2020)
    Finnish Meteorological Institute Contributions 169
    In northern countries, such as Finland, winter climate conditions affect the functionality of society in many ways. Due to the climate warming, the winter conditions are facing changes. Changes in snow and ice act as an indicator of the climate conditions in a region. The aim of this thesis is to examine what the winters are like in Finland in a changing climate. The main results of this work are based on gridded observations, FMIClimGrid and E-OBS, and CMIP5 global climate model simulations. Using these, the observed snow, temperature and precipitation conditions in 1961-2014 were analyzed, and the future changes in Baltic Sea ice cover were projected for the ongoing century. In addition, two modeling studies were performed: The first assessed the performance of ECHAM5 atmospheric general circulation model in simulating snow melt timing in spring, and the second studied the ability of numerical convection-permitting weather prediction model HARMONIE to simulate a sea-effect snowfall case. The results showed that, in Finland, the snow depth has decreased throughout the year and the snow season has shortened. Increasing liquid precipitation in winter was one of the main reasons for the changes. In spring, increasing air temperature has had an effect. The annual maximum sea ice extent and sea ice thickness in the Baltic Sea were projected to decrease during the ongoing century. However, the Baltic Sea is unlikely to become totally ice-free during typical winters in the coming decades. When climate models are used to predict future climate conditions, it is essential that they describe the snow cover realistically, since it is an important element of the climate system. In the ECHAM5 climate model, Northern Eurasian snow melt timing was generally produced quite well when compared to satellite observations, but regional differences were also found. The reasons for the discrepancies turned out to be the simplifications in the calculations of the model’s surface energy budget. The HARMONIE model also managed to simulate a known sea-effect snowfall case reasonably well. The simulation results improved when radar reflectivities were assimilated into the model. As climate warming proceeds, the winter conditions will continue to change. The results of this thesis highlight the importance of continuous monitoring of climate conditions in the northern areas. Pohjoismaissa, joihin Suomikin kuuluu, talven ilmasto-olosuhteet vaikuttavat yhteiskunnan toimivuuteen monin tavoin. Ilmaston lämmetessä talviolosuhteet muuttuvat. Muutokset lumi- ja jääpeitteessä toimivat indikaattorina alueen ilmasto-oloista. Tämän väitöskirjan tavoitteena on tarkastella, millaisia Suomen talvet ovat muuttuvassa ilmastossa. Väitöskirjan päätulokset perustuvat hilamuotoisiin havaintoaineistoihin, FMIClimGridiin ja E-OBSaineistoon, sekä globaaleihin CMIP5-ilmastomallisimulaatioihin. Näistä aineistoista analysoitiin havaittuja lumi-, lämpötila- ja sadeolosuhteita jaksolla 1961-2014 sekä arvioitiin Itämeren jääpeitteen tulevia muutoksia vuoteen 2100 mennessä. Lisäksi työssä tehtiin kaksi mallinnustutkimusta: toisessa arvioitiin ECHAM5-ilmastomallin kykyä simuloida lumen sulannan ajankohtaa keväällä, ja toisessa tarkasteltiin säänennustusmalli HARMONIEN kykyä simuloida tunnettu rannikkolumisadetilanne. Tulokset osoittivat, että lumensyvyys on Suomessa pienentynyt läpi vuoden ja lumikausi on lyhentynyt. Lisääntyneet talviaikaiset vesisateet olivat yksi pääsyy muutokseen. Keväällä myös lämpötilan nousu on vaikuttanut lumen vähenemiseen. Itämeren jääpeitteen vuotuisen maksimilaajuuden ja jäänpaksuuden arvioitiin pienentyvän kuluvalla vuosisadalla. On kuitenkin epätodennäköistä, että Itämeri muuttuisi kokonaan jäättömäksi tulevien vuosikymmenien tyypillisinä talvina. Koska lumipeite on tärkeä osa ilmastojärjestelmää, on oleellista, että tulevaisuuden ilmasto-olosuhteita arvioivat ilmastomallit kuvaavat lumipeitteen realistisesti. ECHAM5-ilmastomalli kuvasi Pohjois-Euraasian lumensulannan ajankohdan yleisesti ottaen melko hyvin, mutta alueellisia eroja kuitenkin löytyi, kun tuloksia verrattiin satelliittihavaintoihin. Havaitut erot aiheutuivat yksinkertaistuksista ECHAM5-mallin maanpinnan säteilytaseen laskennassa. Myös HARMONIE-malli onnistui simuloimaan tunnetun rannikkolumisadetapauksen kohtuullisen hyvin. Simulaation tulokset paranivat, kun malliajoon lisättiin tutkahavainnot mukaan. Kun ilmaston lämpeneminen etenee, talviolosuhteidenkin muutokset jatkuvat. Tämän väitöskirjan tulokset korostavat pohjoisten alueiden ilmasto-olosuhteiden jatkuvan seurannan tärkeyttä.

View more