Talvisään ennustamisen vaikeudesta - osa 2

Tämä bloggaus on jatko-osa edellisenä päivänä julkaistulle sääennustevertailulle, jossa arvioitiin yhden vuorokauden ennusteiden osuvuutta. En tässä bloggauksessa toista em:n tuloksia.

Nyt katsotaan viiden vuorokauden ennusteiden osuvuutta toteuma-ajalla 31.12.2014 - 8.2.2015. Tarkastelujaksoon siis kuuluu 40 päivän ennusteet, jotka on tehty ajalla 26.12.2014 - 3.2.2015. Ja seurattavina ennustelaitoksina olivat kotimaiset Ilmatieteen laitos (IL) ja Foreca sekä yhdysvaltalainen Weather Underground (WU).

Viiden vuorokauden ennusteiden tarkkuudet

Alla olevissa kuvissa leveimmällä harmaalla murtoviivalla on mitattu lämpötila ja ennustajien viisi päivää aikaisemmin ennustamat eri väreillä.

Huom: Klo 14-  ja Tmax-ennusteissa suurempi pystyakselin mittakaava

Jos eilisessä bloggauksessa olleet yhden vuorokauden ennusteet osasivat aika hyvin ennustaa tulevat lämpötilat, on epävarmuus viiden vuorokauden päähän kasvanut merkittävästi. Suurimmillaan ennustevirheet ovat useissa kohdin kymmenen asteen luokassa, mitä ei voi pitää vähäisenä. Verrattuna vuorokauden päähän tehtyisiin ennusteisiin ovat ennustevirheet viiteen vuorokauteen noin kaksinkertaistuneet.

Yllä olevan kuvan taulukoiden oikeaan reunaan on merkitty värillisin palkein kunkin ennustajan 68 prosentin osuma-alueet. Siis sille alueelle ennusteet tässä seurannassa osuivat 68 %:n todennäköisyydellä ja menivät sitten tuon alueen ohi 32 %:n todennäköisyydellä. Osumatarkkuudet olivat samaa suuruusluokkaa myös pistekohtaisissa klo 02:n ja 14:n ennusteissa. Mikäli vertailet yllä olevia kuvia eilisiin yhden vuorokauden ennusteisiin, ottanet huomioon Y-akselien erilaiset asteikot.

Viiden vrk:n ennustustarkkuus on siis oleellisesti heikompi yhden vuorokauden melko hyviin tuloksiin verrattuna. En ole kaikkien alojen asiantuntija, mutta ainakin entisessä työssäni suurimmat ennustusvirheet minimilämpötilojen osalta (esim. päivät 6 -12) olisivat aiheuttaneet kiroiluja ennustajien suuntaan, joskaan ne eivät vielä olisi välttämättä muuttaneet työsuunnitelmia. Rajoilla kuitenkin oltaisiin. Ehkä joillain muilla aloilla lämpötilaherkkyys on suurempaa, jolloin viiden vuorokauden talvisään ennustustarkkuus ei olisi riittävää.

Samoin kuin yhden vuorokauden ennusteissa suurimmat virheet syntyivät päiväkohtaisen minimilämpötilan ennustamisessa, joissa ennusteen virheen keskihajonta oli kaikilla ennustajilla noin 1,5 kertaa maksimilämpöennusteen virhettä suurempi. Siirryttäessä yhden vuorokauden ennusteista viiden vuorokauden ennusteisiin eniten tarkkuutta katosi Ilmatieteen laitokselta.

Talvisään ennustamisen vaikeudesta - osa 1

Seuraan päivittäin sääennusteita useamman palvelutarjoajan sivuilta. Mieltäni on askarruttanut ennusteiden osuvuus ja palveluntarjoajien paremmuus. Niistä ei oikein ota selvää, ellei pane käyntiin systemaattista seurantaa. Joululomalla päätin sellaisen aloittaa, ja nyt siitä on kulunut  yli 40 päivää. Voimme siis kurkistaa tuloksia.

Sääennusteen syntyä esittävä kuva
  Ilmatieteen laitoksen asiaa esittelevältä sivulta.

Valitsin seurattaviksi kohteiksi neljä lämpötilatietoa, jotka sain helposti verkosta. Ne ovat vuorokauden maksimi- ja minimilämpötilat, jotka antavat ääriarvotiedot, sekä hetkelliset lämpötilat yöllä klo 2 ja päivällä klo 14, mitkä antavat kuvan ennustamisen hetkellisestä tarkkuudesta.

Seurattavaksi paikkakunnaksi valitsin Keski-Uusimaalla sijaitsevan Järvenpään kaupungin, jonka sisällä lämpötilavaihtelu ei voi pienehköstä pinta-alasta johtuen olla suurta. Noin kilometrin päässä kaupungin keskustasta sijaitsee kaksi yksityistä sääasemaa, jotka seurantani mukaan ovat olleet hyvin synkroonissa lähimmän virallisen sääaseman, Helsinki-Vantaan, lämpötilamittausten kanssa. Arvioin asemien mittausvirheen pysyvän ±0,5 asteen sisällä.

Testattaviksi ennustajiksi valitsin kotimaiset Ilmatieteen laitoksen ja Forecan. Niiden rinnalle kolmanneksi valitsin yhdysvaltalaisen Weather Undergroundin (WU), joka tarjoaa paikallisia ennusteita lähes kaikkialle maailmaan. Oheiset linkit avaavat ko. laitosten paikallisennusteen Järvenpäähän.

Ennakko-odotukseni oli se, että kotimaiset ja hyvin resurssoidut ennustuslaitokset ovat selvästi tarkempia kuin tuo kaukainen kilpailija. Jotta WU ei jäisi viimeiseksi, päätin heittää neljänneksi kilpailijaksi oman ennusteeni – tosin vain maksimi- ja minimilämpötilan osalta. Minullahan ei ole meteorologin koulutusta, tietokonemalleja eikä mitään muutakaan ohjelmaa, jolla voisin yrittää ennustaa tulevia lämpötiloja. Oman ennusteeni tappioon valmistautuneena päätin panna sen kehään koko tarkastelujakson osalta yhdellä kertaa ja kokonaisuudessaan. Ennustin siis 14 – 58 päivän päähän, kun noiden kolmen osalta otin ajantasaiset ennusteet päivittäin  1, 5 ja 9 vuorokauden päähän. Sanottakoon vielä, että odotin Ilmatieteen laitoksen vievän kirkkaasti voiton kaikissa sarjoissa, sillä laitoksen sivulla todetaan mm. seuraavaa:

Monilla verkkosivustoilla ennusteet ovat suoraan sääennustusmallista, mutta Ilmatieteen laitoksen tuottamilla sivustoilla ne ovat meteorologin korjaamasta tiedosta tehtyjä ja siksi huomattavasti parempia.

Yhden vuorokauden ennusteiden tarkkuudet

Aloitetaan huomisen päivän ennusteista. Alla olevissa kuvissa leveimmällä harmaalla murtoviivalla on mitattu lämpötila ja ennustajien päivää aikaisemmin ennustamat eri väreillä.

Aika hyvin ennustajat ovat kyenneet vuorokauden kuluttua mitattuja lämpötiloja ennustamaan. Mutta kyllä pieniä eroja ennusteissa on. Olen pyrkinyt havainnollistamaan osumatarkkuuksia alla olevalla kuvalla maksimi- ja minimilämpötilan osalta.

Ilmastoharhan lyhyt historia sivustakatsojan silmin

Vieraskirjoitus, kirjoittaja professori Antero Järvinen

_______________________________

”Ja yössä mielesi jos kauhistuu, niin pensaskin se karhuks muodostuu.” Nämä Shakespearen sanat Kesäyön unelmasta luonnehtivat hyvin tavallisten ihmisten ajatuksia ilmaston lämpenemisestä eli ilmastonmuutoksesta, perusteettomasta pelottelusta maailmanlopulla. Kuinka te saatoitte, tiedeihmiset, media, ympäristöjärjestöt, poliitikot, kaikki! Pitämällä keinotekoisesti hengissä yliampuviin tietokonemalleihin perustuvaa tulevaisuudenkuvaa te rapautitte kansalaisten luottamusta kriittiseen, itseään korjaavaan ja vapaaseen tieteeseen, joka oli ollut sivistyksemme kulmakivi viimeiset 500 vuotta. Parissa vuosikymmenessä ilmastouskontonne hukkasi ison osan renessanssin perintöä.

Tulevat sukupolvet saattavat ihmetellä, kuinka järjen aikakaudesta siirryttiin järjettömyyden aikakauteen. Aikalaiskuvaus tapahtumien kulusta voi hyödyttää historiankirjoittajia. 

Preludi

Vuodenvaihde 1997/1998 oli säiltään erikoinen. Silloin koettiin tavanomaista voimakkaampi El Niño –sääilmiö, merivirran muutos Tyynellämerellä, jonka vuoksi vesi oli selvästi keskimääräistä lämpimämpää. Tämä ilmiö, jota on mitattu vuodesta 1870 lähtien, lämmitti laajasti koko maapallon ilmastoa. Kritiikitön hurmos karkasi käsistä, kun El Niño –huippu kruunasi lähes pari vuosikymmentä kestäneen lämpimän ilmastojakson. Aivan normaali ja luonnonmukainen jakso osui yhteen ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden kasvun ja ilmastopoliittisten ambitioiden kanssa. Sitä pidettiin lopullisena todisteena lämpenemiselle, jota ajatusta eräät tiedemiespiirit olivat alkaneet ajaa. 

Hallitustenvälinen ilmastonmuutospaneeli, IPCC, perustettiin kiireellä 1988. Tieteen periaatteiden vastaisesti sen tehtävänä oli alusta alkaen arvioida ihmisen aiheuttamaa ilmaston lämpenemistä ja sen vaikutuksia. Ennen kuin asiaa oli edes kunnolla tutkittu, oltiin varmoja, että lämpeneminen oli totta ja että se oli ihmisen syytä. Epäily, viisauden tunnus, jouti romukoppaan. Luonnollista vaihtelua ja muita vaihtoehtoja ei otettu riittävästi huomioon. Luonto ei kuitenkaan ole staattinen, vaan sen omat rytmit olivat pitkälti havaittujen vaihteluiden ja muutosten takana, asia, jota yksikään tutkimus ei ollut kyennyt kumoamaan. 

Vain vähän aikaisemmin, 1970-luvulla, uhkana oli pidetty ilmaston kylmenemistä ja uutta jääkautta, vaikka hiilidioksidipitoisuus oli ollut kasvussa silloinkin. Kylmeneminen (global cooling) oli suurinta muotia ja tieteen hyväksymä konsensus. Ensimmäisenä Maan päivänä 1970 professori Kenneth Watt ennusti: ”Maailma on kylmentynyt rajusti noin 20 vuotta. Jos nykysuuntaus jatkuu, vuonna 1990 globaalilämpötila tulee olemaan noin neljä astetta kylmempi ja vuonna 2000 yksitoista astetta kylmempi. Tämä on noin kaksi kertaa se mikä tarvitaan jääkauteen.” Tiedeihmiset ja poliitikot ajoivat muun muassa seuraavia hätätoimia ihmiskunnan tuhon estämiseksi: hiilidioksidituotannon lisääminen, Beringinsalmen sulkeminen padolla Neuvostoliiton ja Alaskan välillä, padon rakentaminen Norjan ja Grönlannin välille, napa-alueiden kattaminen mustalla kelmulla, metallipölyn sirottelu ilmakehään, jättimäisten peilien lähettäminen maata kiertävälle radalle, kaliumpölystä tehdyn keinorenkaan rakentaminen planeetallemme (vrt. Saturnus), Färsaarten luona olevien vedenalaisten vuorten räjäyttäminen vetypommeilla, jotta lämmin vesi pääsisi helpommin Arktisille alueille, Grönlannin lämmittäminen ydinreaktoreilla ja napajään sulattaminen vetypommeilla. 

Sitten taas lämpeni. Pian alettiin kilvan etsiä siihen syyllisiä ja keksiä vastakkaisia ehkäisytoimia.

”Jääkausi on päättymässä… Sen täytyy olla meidän syytä.”

Kontrapunkti

Tiedeyhteisö – jopa samat tutkijat – ja media sekä poliitikot käänsivät kelkkansa, omaksuivat uuden konsensuksen – lämpenemisopin – ja alkoivat saarnata sen puolesta. Olisi ollut vaikeaa löytää tieteeseen sopimattomampaa käsitettä kuin konsensus, yksimielisyys. Uuden ajatusmallin omaksuneet fundamentalistit vainosivat vääräuskoisia ja kilpailivat toinen toistaan kauhistuttavammilla uhka-arvauksilla. Ajatus tuhosta vietteli ja myi. Tutkijat esittivät luovuutta vaativimmat pohjanoteeraukset, toki selustansa turvaten ”ehkä, jos, saattaa, mahdollisesti ja voi” –varauksilla. Kun virheellisiä käsityksiä yritti korjata, päätoimittajat sensuroivat vastineet. Suomessa Lapin Kansa oli harvoja sananvapauden puolustajia sallimalla avoimen ilmastokeskustelun.

IPCC:n ’lätkämaila’-propaganda, jossa liioiteltiin 1900-luvun lämpötilakehitystä aikaisempiin vuosisatoihin verrattuna, oli alkusoitto tieteellisen kulttuurin rappiolle. Vuonna 2009 paljastunut Climategate-tietovuotoskandaali todisti, että erityisesti ilmastogurujen aggressiivinen sisäpiiri pyrki vilpillisin keinoin tukahduttamaan perinteisen tieteellisen väittelyn. Toukokuussa 2007 eräs tunnontuskiin tullut konspiraattori lähetti sisäpiiriläisille huolestuneen viestin: “Mitä jos ilmastonmuutos osoittautuukin vain vuosikymmeniä kestäneeksi luonnolliseksi vaihteluksi? Ne luultavasti tappavat meidät."

Vakava selitys ilmastomallinnusten kyvyttömyyteen ennustaa ilmastoa

Saksalainen Die Welt -lehti on haastatellut kahta ilmastotutkijaa, Max Planck -instituutin Jochem Marotzkea ja Leedsin yliopiston Piers Forsteria, jotka ovat mielestään selvittäneet syyn tätäkin blogia askarruttaneeseen kysymykseen: Miksi ilmastomallinnusten näyttämä lämpeneminen ei näy reaalimaailmasta tehdyissä mittauksissa? Tälle asiallehan on esitetty jo yli 50 erilaista selitystä, mutta tässä yksi lisää joukkoon. Seuraavassa Die Weltin tekstistä pari lyhyttä otosta käännöksinä.

Maapallon lämpötila ei ole viimeisen 15 vuoden aikana noussut niin paljoa kuin ilmastomallit ovat ennustaneet. Tutkijoiden mukaan tämä ei johdu huonosta mallintamisesta vaan pikemmin "sattumanvaraisesta ilmaston vaihtelusta".

Tutkijat siis sentään myöntävät, että tällä vuosituhannella ei ilmaston lämpenemistä ole ainakaan globaalisti nähty. Tosiasiassahan sitä ei ole nähty noin 20 vuoteen, kun lämpötila-aikasarjojen virhemarginaalit otetaan huomioon.

Mallinnusten ja mittausten ristiriitaa

Marotzke ja Forster tunnustavat, että ilmastomallinnukset eivät ole kyenneet ennustamaan lämpötilaa. Nimittäin ennustamistahan voi aidosti tapahtua vain tulevaisuuteen. Ilmastomalleissa siis ei ole ollut vikaa, vaikka niiden ennusteet ovat keskenäänkin toivottoman ristiriitaisia, eikä niistä ainoakaan ole pysynyt lämpötilan muutosten mukana.Vika tutkimusten mukaan on kaoottisessa ilmastossa, jonka vaihtelu on sattumanvaraista. Hmmm... Nyt tässä on jotain sellaista, mitä en tajua. Siis ilmaston ennustamiseen rakennetuissa malleissa ei ole vikaa, vaikka ne eivät ole kyenneet ennustamaan ilmastoa.

Väite, että ilmastomallit järjestelmällisesti yliarvioisivat kasvavan kasvihuonekaasupitoisuuden aiheuttamaa lämpenemisestä, on väärin, sanoo Marotzke. Kokonaisuutena simuloidut trendit ja havainot sopivat yhteen. "Ilmaston lämpeneminen siis saavuttaa vakavat mittasuhteet todennäköisimmin tämän vuosisadan lopulla. Näin tapahtuu, ellei ihmiskunta miehekkäästi pysäytä kehitystä", todetaan heidän tutkimustiedotteessaan.

No niin.  Voimakasta kasvihuonekaasupitoisuuden muutoksesta johtuvaa lämpenemistä ennustaneet mallinnukset eivät ole laskeneet väärin, sillä viimeisen parinkymmenen vuoden harvinaiset sääilmiöt ovat peittäneet todellisen lämpenemisen alleen. Mallinnukset ovat siis oikeassa, mutta empiirisistä mittaustuloksista teemme väärät johtopäätökset. Nyt tajusin, mitä Marotzke ja Forster tarkoittavat. Siis vaikka mallinnukset ovat ennustaneet väärin viimeiset parikymmentä vuotta, ne lopulta vuosisadan lopulla osoittautuvat ennustekykyisiksi.

Vaikka pitkän ja rasittavan aivotyöskentelyn jälkeen tajusin tutkijoiden nerokkaan johtopäätöksen ytimen, jäi mieltä kalvamaan sen pieni ero normaalin fysiikan periaatteisiin. Nimittäin perinteisesti fysiikassa on oltu sitä mieltä, että jos hypoteesin (jollainen ilmastomallikin on) tulos ei vastaa todellisuutta, on hypoteesissa jotain pahasti vialla. No - ehkä olen turhan pedantti tässä asiassa. Marotzken ja Forsterin onneksi Nature -julkaisu ei ole niin tarkka, ja se on päättänyt julkaista tutkimuksen.

Hirvittävä ilmastonmuutosmyrsky, jonka jäljet katosivat ennennäkemättömän nopeasti

Lopetin edellisen blogimerkintäni 26.1. tähän virkkeeseen: "Seuraavan 48 tunnin aikana on mahdollista seurata vaikkapa yhdysvaltalaisilta CNN- tai NBC-uutiskanavilta ajankohtaista todistelua siitä, miten Yhdysvaltain tiheimmin asuttua koillisosaa ravisteleva lumimyrsky paikoin metrin paksuine uusine lumivaippoineen on selvä merkki ilmaston lämpenemisestä."

Kuvernööri Cuomo

USA:n koillisrannikon suurinta osavaltiota, New Yorkia, johtava kuvernööri Andrew Cuomo päätti suojella asukkaansa määrämällä heidät jäämään kotiin. Julkinen liikenne, koulut, kaupat ja muut määrättiin suljettavaksi myrskyn ajaksi. Odotettiinhan säämallinnusten mukaan ennenäkemätöntä määrää lunta.

Cuomon mukaan

"Massiiviset lumimyrskyt ... ovat osa ilmastonmuutosta."

"Nämä ovat sellaisia äärimmäisiä sääilmiöitä, joita emme ole nähneet koskaan ennen."

"Jokainen, joka väittää, ettei sääilmiöissä ole tapahtunut dramaattista muutosta, ilmeisesti kieltää todellisuuden."

Voimakkaita sanoja yhdeltä Yhdysvaltain johtavalta poliitikolta. Vaan mitä tapahtuikaan. No, kuva keskiviikkoiselta (28.1. klo 16 paikallista aikaa, lämpötila -1,7°C) Broadwaylta taitaa kertoa lähes kaiken. Joko New York Cityn kunnalliset työntekijät ovat onnistuneet ennätysajassa poistamaan metrin kinokset tai ne ovat sulaneet pakkasessa.

Broadway päivää ennenäkemättömän ilmaston lämpenemisestä johtuneen lumimyrskyn jälkeen

Oma Yleisradiomme, joka sekin ehti hetken uutisissaan hehkuttaa kaikkea ennennäkemättömästä lumimyräkästä, julkaisi sentään oikaisun otsikolla "Yhdysvaltain meteorologit myönsivät erehtyneensä lumivaroituksista". Seuraavassa muutamia otteita siitä jutusta:

Yhdysvaltain sääpalveluita tuottava National Weather Service NWS on myöntänyt erehtyneensä ja ennustaneensa tiistaisen lumimyräkän väärin. Yhdysvaltain ilmatieteen laitoksen meteorologit olivat ennustaneet, että historiallinen lumimyrsky iskisi tiistaina New Yorkiin ja muualle itärannikolla.

Lumimyräkkä oli voimakas Massachusettsissa, mutta myrsky ohitti New Yorkin.
– On erittäin vaikeaa ennustaa nopeasti voimistuvia talvimyrskyjä, niiden kulkua ja kuinka pitkälle länteen raskaimmat lumirintamat etenevät, NSW pahoitteli.

New Yorkin Keskuspuistossa mitattiin noin 13 senttimetriä lunta, kun ennustukset olivat varoittaneet lähes metristä. Tiistaisen talvimyrskyn vuoksi tehtyjä varotoimia on moitittu ylimitoitetuiksi.

New York käytännössä sulkeutui tiistaina historiallisen rajuksi kuvaillun myrskyn vuoksi. Julkinen liikenne seisautettiin täysin ja ulkona liikkumista kehotettiin välttämään. Asukkaat hamstrasivat ruokaa varoitusten johdosta.

New Yorkin pormestarin Bill de Blasion mukaan varotoimiin ryhdyttiin vallitsevien sääennusteiden perusteella.
– Olisiko parempi olla varautumatta? Olla turvassa vai ei? hän kyseli.

Arki alkoi palautua normaaliksi myöhään tiistaina ja julkinen liikenne käynnistyi.