Ilmakehän joet tuovat tulvan Kaliforniaan

USA:ssa ilmatieteilijät ovat havahtuneet huomiotta jääneeseen sää­ilmiöön. Ilmakehän vesihöyryjokien tuomat kaatosateet voivat ajaa jopa 1,5 miljoonaa ihmistä kodeistaan. Nyt etsitään keinoa ennustaa niitä.

USA:ssa ilmatieteilijät ovat havahtuneet huomiotta jääneeseen sää­ilmiöön. Ilmakehän vesihöyryjokien tuomat kaatosateet voivat ajaa jopa 1,5 miljoonaa ihmistä kodeistaan. Nyt etsitään keinoa ennustaa niitä.

Mercury News

Ilmakehän joet huuhtovat ikonisen maantien mereen

Epätavallisen voimakkaan sateen jälkeen maanvyörymä on tuhonnut osan tunnetusta Pacific Coast Highway -valtatiestä, joka kulkee Kaliforniassa Tyynenmeren rannikolla Yhdysvalloissa.

Upeita näkymiä tarjoava valtatie houkuttaa puoleensa vuosittain kymmeniätuhansia matkailijoita, mutta nyt siis osa tiestä on suljettu ennalta määräämättömäksi ajaksi.

Myös vuonna 2017 maanvyörymä tuhosi osan valtatiestä, ja asiantuntijat ennustavat, että ilmakehän joiksi kutsuttu sääilmiö voi tulevaisuudessa tuoda yhä uusia rajuilmoja Kalifornian rannikolle.

Alla olevasta artikkelista voit lukea, miten tutkijat pyrkivät ennustamaan ankaria sääilmiöitä, jotta tiheästi asutettujen rannikkoalueiden siviiliväestö ehditään evakuoida ennen katasrofin iskua.

(Video: Mercury News)

Sateinen jouluaatto ei ole Kaliforniassa mitenkään poikkeuksellista. Puolet osavaltion vuotuisesta sademäärästä ropisee joulu- ja helmikuun välisenä aikana.

Vuoden 1861 jouluaaton sade oli kuitenkin poikkeuksellinen sikäli, että kun se alkoi, loppua ei tuntunut tulevan. Seuraavien 43 vuorokauden aikana sademäärä nousi kolmeen metriin.

Tulvissa menehtyi tuhansia ihmisiä ja yli 800 000 nautaa. Tuhot olivat niin suuret, että puoli vuotta myöhemmin osavaltio oli konkurssissa.

Vuoden 1861 sateiden jälkeen Kalifornian kaupunkien kaduilla kuljettiin kanooteilla.

© California State Library

Poikkeuksellisen sateen tieteellistä selitystä saatiin odottaa kauan. Oikeastaan meteorologit tietävät vasta nyt, mitä Kaliforniassa tapahtui 159 vuotta sitten.

Ilmiö on saanut nimen ilmakehän joki (englanniksi atmospheric river). Termi otettiin virallisesti käyttöön vuonna 2018.

Historialliset tiedot osoittavat, että vaikka talvi 1861–1862 oli poikkeuksellinen, silloin koettu rankkasade ei ollut ainutlaatuinen.

Kalifornialaisten kannalta huolestuttavaa on sekin, että ilmastonmuutoksen kiihtyessä äärimmäisten rankkasateiden todennäköisyys kasvaa.

Ilmatieteilijät etsivätkin nyt keinoja, joilla ilmakehän joen tuoma tulva voidaan ennustaa mahdollisimman hyvissä ajoin.

Ananas-Express tuo sadetta

Ilmakehän joet eli vesihöyryvirrat saavat alkunsa valtamerien yläpuolisesta lämpimästä ja kosteasta ilmasta päiväntasaajan tienoilla.

Tavallisesti kostea ilmamassa pysyttelee kapeana vyöhykkeenä päiväntasaajan yläpuolella, mutta jos korkea- ja matalapaineen alueet ovat sopivilla kohdilla, syntyy kanava, joka ohjaa osan vesihöyryvirrasta kauas leudommille seuduille.

Maapallon pyörimisen ja ilmakehän kiertoliikkeen seurauksena vesihöyryvirta kulkee meren yli kohti itää, kunnes se kohtaa mantereen.

Yhdessä ilmakehän joessa voi liikkua jopa 200 000 kuutiometriä vettä sekunnissa.

Ilmakehään syntyvä pitkä kostean ilman kieleke kuljettaa vesihöyryä tropiikista leudommille seuduille. Kun tällainen vesihöyryjoki osuu mantereelle, syntyy massiivinen sade, joka voi pahimmillaan saada aikaan katastrofaalisia tulvia.

© JPL-Caltech/Nasa/Lasse Alexander Lund-Andersen

Tropiikin lämpö haihduttaa vettä merestä

Päiväntasaajan tienoilla pintaveden lämpötila on korkea ja vettä haihtuu paljon. Jos korkeapaine ja matalapaine osuvat sopivaan kohtaan, kostean ilman alue voi ulottua Tyynenmeren keskeltä Kaliforniaan asti.

© JPL-Caltech/Nasa/Lasse Alexander Lund-Andersen

Viileä ilma tuo rankkasateen

Kun kostea ilma tulee mantereen yläpuolelle, maastonmuodot pakottavat sen nousemaan, jolloin se jäähtyy. Kun ilma viilenee, osa sen sisältämästä vesihöyrystä tiiviistyy pisaroiksi ja seurauksena on rankkasade.

© JPL-Caltech/Nasa/Lasse Alexander Lund-Andersen

Vuoristo painaa sadetta kohti rannikkoa

Rannikkoalueet saavat sadetta mereltä, mutta niille myös virtaa vettä vuorilta. Ilmakehän vesihöyryvirrat ovat pitkäkestoisia ja ne voivat siksi heikoillakin sateilla lisätä vesimäärää niin, että lopputuloksena on tulvia.

Se on lähes yhtä paljon kuin Amazonjoen virtaama. Kun virta päätyy mantereen päälle, vesihöyry tiivistyy sateeksi, jota voi tulla hyvin vuolaasti.

Ilmakehän joet eivät kuitenkaan tee pelkkää tuhoa. Yhdysvaltojen länsirannikon vuotuisista sateista 30–50 prosenttia on muutaman vesihöyryvirran tuomaa.

Vaikka ne aiheuttavat muutaman päivän rankkasateet, kokonaisuudessaan ne ovat hyödyksi. Havaijin tienoilta Tyyneltämereltä tuleva virta onkin saanut lempinimen Pineapple Express eli Ananas-Express.

Aina sade ei laannu parissa päivässä, vaan taivaalta valuu miljoonia kuutiometrejä vettä viikkojen ajan kuten talvella 1861–1862.

Yhtä vuolasta vesihöyryvirtaa ei ole Kaliforniassa koettu sen jälkeen, ja pitkään oli epäselvää, oliko se ainutlaatuinen yksittäistapaus vai oliko vastaavia tulvasateita esiintynyt aikaisemmin.

Vastauksen saamiseksi joukko geologeja kairasi näytteitä järvien, soiden ja meren pohjasta.

Näytteistä etsittiin merkkejä poikkeuksellisista sateista, kuten hiekka- tai sorakerroksia, jotka erottuvat pääasiallisista kerrostumista, savesta ja kasvinosista.

Näytteiden tulos oli selvä. Samanlaisia monta viikkoa kestäviä sadejaksoja kuin 159 vuotta sitten on esiintynyt noin 200 vuoden välein.

Seuraava tulvasade voi siis tulla minä hetkenä hyvänsä. Tutkimukset niin sanotussa Santa Barbaran altaassa merenpohjassa Kalifornian edustalla viittaavat siihen, että edessä on jopa kovempia sateita kuin vuonna 1861.

Merenpohjassa on noin vuonna 1605 syntynyt sorakerros, joka on paljon paksumpi kuin muissa kairausnäytteissä. Se osoittaa, että soran liikkeelle pannut sade on ollut erityisen runsas.

Vedenpaisumusta odotellessa

Uuden tutkimustiedon pohjalta on laadittu teoreettinen malli siitä, mitä ilmakehän joet pahimmillaan voisivat saada aikaiseksi Kaliforniassa.

Mallin nimi ARkStorm tulee sanoista ”atmospheric river”, ”kilo” eli tuhat ja ”storm” eli myrsky. Se tarkoittaa siis ilmakehän joen aiheuttamaa myrskyä, jollaisia esiintyy kerran tuhannessa vuodessa.

Ilmakehään syntyvä hyvin kapea kostean ilman alue tuo vesihöyryä ja siten rankkasateita tropiikista Yhdysvaltojen länsirannikolle.

Sininen ilmaisee vesilitrojen määrän. Tummimmilla alueilla on jopa 70 litraa vettä neliömetrillä.

Aluksi kuitenkin laskettiin, missä ja millaista tuhoa tekisi 23 päivää kestävä tulva­sade, jollaisia tilastollisesti voisi esiintyä Kaliforniassa kerran sadassa vuodessa. Tulokset hätkähdyttivät.

Sadan vuoden malli osoitti, että suurin osa Kalifornian alavista alueista, kuten tietotekniikkayritysten keskittymä Piilaakso, jäisi tulvan alle.

Ainakin 1,5 miljoonaa ihmistä pitäisi evakuoida, ja aineellisten vahinkojen korjaus maksaisi ainakin 700 miljardia dollaria.

Mallista ei voida päätellä kuolonuhreja, mutta tutkijoiden mukaan tuhannet ihmiset menettäisivät henkensä.

Vuonna 2018 yhdysvaltalais-ranskalainen tutkimus osoitti, että talven 1861–1862 sateet eivät tuottaneet pelkästään tulvia, joita ARkStorm ennustaa.

Vesimassat synnyttivät monin paikoin rannikolla maanvyörymiä. Niiden seurauksena merenpohjaan syntyi jopa puolen metrin paksuinen hiekkakerros.

159 vuotta sitten nuo alueet olivat asumattomia, mutta nykyään ne on taajaan rakennettu ja tulvat voivat aiheuttaa miljardien dollarien vahingot.

Siitä lähtien kun ilmakehässä virtaavat joet keksittiin, tutkijat ovat yrittäneet selvittää, mikä vesihöyryvirrat laukaisee ja mikä ratkaisee, milloin ne tuovat parin päivän sateet, jotka saavat pellot vihertämään, ja milloin niistä seuraa tuhotulva.

Vastausta on etsitty seuraamalla ilmakehän jokia satelliiteilla, säätutkilla ja lentokoneilla, jotka ovat mitanneet niiden kosteutta, lämpötilaa ja ilmanpainetta.

Jokien synty voidaan ennustaa

Eri keinoin kootun tiedon perusteella on laskettu, miten ilmastonmuutoksen tuoma maapallon lämpeneminen vaikuttaa ilmakehän jokiin.

Näyttää siltä, että vuonna 2100 ilmakehässä esiintyy vähemmän suuria vesihöyryvirtoja kuin nykyään, mutta kun niitä esiintyy, ne ovat pidempiä ja leveämpiä kuin nykyisin.

Niinpä niissä on jopa 50 prosenttia enemmän kosteutta kuin tähän asti.

Kaliforniassa se tarkoittaa sitä, että kohtalaisia sateita, jotka kastelevat peltoja, tulee entistä harvemmin. Sen sijaan pitkään kestäviä tulvasateita on odotettavissa entistä enemmän.

Tutkijoilla on myös iloisia uutisia. Kalifornialaisten onneksi näyttää nimittäin siltä, että ilmakehän jokien tulvia voidaan ennustaa.

Kun Coloradon valtionyliopistossa vuonna 2018 käytiin läpi 37 viime vuoden säätietoja, tuli ilmi yhteys kahden sääilmiön välillä.

Kun Julianin–Maddenin oskillaatio eli vaihtelu, joka liikuttaa 30–60 päivän ajan ukkoskuuroja lännestä itään, yhdistyy niin sanottuun kvasi-biennaaliseen oskillaatioon, jossa ilmakehän keskiosan itä- ja länsituulet päiväntasaajalla vaihtavat suuntaa noin kahden vuoden välein, ilmakehän jokien synty voidaan ennustaa 2–5 viikkoa ennen kuin joki osuu mantereelle.

Tulevaisuudessa siis ilmakehän joet virtaavat entistäkin vuolaammin, mutta nyt kalifornialaiset voivat ehtiä hakeutua kuiville seuduille ennen kuin tulva alkaa.