Reconstructions of past climates from documentary and natural sources in Finland since the 18th century

In this paper both documentary and natural proxy data have been used to improve the accuracy of palaeoclimatic knowledge in Finland since the 18th century. Early meteorological observations from Turku (1748-1800) were analyzed first as a potential source of climate variability. The reliability of the calculated mean temperatures was evaluated by comparing them with those of contemporary temperature records from Stockholm, St. Petersburg and Uppsala. The resulting monthly, seasonal and yearly mean temperatures from 1748 to 1800 were compared with the present day mean values (1961-1990): the comparison suggests that the winters of the period 1749-1800 were 0.8 ºC colder than today, while the summers were 0.4 ºC warmer. Over the same period, springs were 0.9 ºC and autumns 0.1 ºC colder than today. Despite their uncertainties when compared with modern meteorological data, early temperature measurements offer direct and daily information about the weather for all months of the year, in contrast with other proxies. Secondly, early meteorological observations from Tornio (1737-1749) and Ylitornio (1792-1838) were used to study the temporal behaviour of the climate-tree growth relationship during the past three centuries in northern Finland. Analyses showed that the correlations between ring widths and mid-summer (July) temperatures did not vary significantly as a function of time. Early (June) and late summer (August) mean temperatures were secondary to mid-summer temperatures in controlling the radial growth. According the dataset used, there was no clear signature of temporally reduced sensitivity of Scots pine ring widths to mid-summer temperatures over the periods of early and modern meteorological observations. Thirdly, plant phenological data with tree-rings from south-west Finland since 1750 were examined as a palaeoclimate indicator. The information from the fragmentary, partly overlapping, partly nonsystematically biased plant phenological records of 14 different phenomena were combined into one continuous time series of phenological indices. The indices were found to be reliable indicators of the February to June temperature variations. In contrast, there was no correlation between the phenological indices and the precipitation data. Moreover, the correlations between the studied tree-rings and spring temperatures varied as a function of time and hence, their use in palaeoclimate reconstruction is questionable. The use of present tree-ring datasets for palaeoclimate purposes may become possible after the application of more sophisticated calibration methods. Climate variability since the 18th century is perhaps best seen in the fourth paper study of the multiproxy spring temperature reconstruction of south-west Finland. With the help of transfer functions, an attempt has been made to utilize both documentary and natural proxies. The reconstruction was verified with statistics showing a high degree of validity between the reconstructed and observed temperatures. According to the proxies and modern meteorological observations from Turku, springs have become warmer and have featured a warming trend since around the 1850s. Over the period of 1750 to around 1850, springs featured larger multidecadal low-frequency variability, as well as a smaller range of annual temperature variations. The coldest springtimes occurred around the 1840s and 1850s and the first decade of the 19th century. Particularly warm periods occurred in the 1760s, 1790s, 1820s, 1930s, 1970s and from 1987 onwards, although in this period cold springs occurred, such as the springs of 1994 and 1996. On the basis of the available material, long-term temperature changes have been related to changes in the atmospheric circulation, such as the North Atlantic Oscillation (February-June).

Paleoklimatologia tutkii ilmaston yleistä luonnetta maapallolla ja sen eri alueilla ajalta ennen nykyisenlaisia meteorologisia mittaushavaintoja. Suomessa pisin yhtenäinen ilmastomittausten sarja on Helsingistä vuodesta 1828 lähtien. Mikäli haluamme tietää maamme ilmaston vaihteluista tätä varhaisemmalta ajalta, on otettava käyttöön epäsuorat aineistot eli ns. proksiaineistot. Niitä on mitä erilaisimpia, joita edustavat mm. varhaiset ilmastomittaukset, puiden kasvun vaihtelua kuvastavat lustokalenterit, järvisedimentit sekä muistiinpanot jokien jäänlähdöistä sekä koivun lehteentulosta. Tässä tutkimuksessa on keskitytty maamme ilmaston kehityksen ymmärtämiseen 1700-luvulta lähtien käyttäen apuna niin historian arkistoista kuin luonnonarkistoista koottuja proksiaineistoja. Ensimmäisessä osatutkimuksessa käsiteltiin varhaisia ilmastomittauksia, joita ryhdyttiin kirjaamaan Suomessa muistiin 1730-luvulta lähtien. Maamme pisin ja luotettavimmin dokumentoitu varhainen ilmastollinen havaintosarja on Turusta, missä Turun Akatemian professorit organisoivat suhteellisen säännöllisen havaintojenteon aina 1740-luvulta 1820-luvulle. Vaikka päiväkirjojen tiedot mittalaitteiden sijoittamisesta, täsmällisistä havaintopaikoista ja havaintoperusteista ovat usein puutteelliset, ne tarjoavat päivittäistä tietoa säästä ympäri vuoden, mihin muut proksiaineistot eivät yllä. Varhaisten ilmastomittausten analyysia jatkettiin toisessa osatutkimuksessa Ylitornion ja Tornion varhaisten havaintosarjojen avulla. Näistä sarjoista koostettuja lämpötilasarjoja käytettiin puunlustojen paksuuskasvun vaihteluiden selvittämisessä viimeisten kolmen vuosisadan aikana. Havaittiin, että puunlustojen kasvu Pohjois-Suomessa oli riippuvainen keskikesän (heinäkuun) lämpötilasta. Tutkimuksessa todettiin myös, ettei Lapin puunlustojen paksuuskasvun ja heinäkuun lämpötilojen välisessä yhteydessä eli sensitiivisyydessä ole tapahtunut merkittävää vähenemistä kuluneen kolmen sadan vuoden aikana. Tulos on mielenkiintoinen, sillä aikaisemmin oli raportoitu sensitiivisyyden vähentyneen puunkasvun ja lämpötilan välillä pohjoisilla leveysasteilla viimeisen 50 vuoden aikana. Kolmannessa osatutkimuksessa kehitettiin metodia hajanaisten fenologisten havaintosarjojen koostamiseksi yhtenäiseksi aikasarjaksi Lounais-Suomen osalta. 1750-luvun puolenvälin jälkeen muistiin kirjatuilla fenologisilla havainnoilla on yksi suuri puute - tavallisesti sarjat ovat 2-10 vuoden pituisia kultakin paikkakunnalta. Sarjoista tutkittiin aluksi niiden sensitiivisyyttä lämpötilaa ja sateisuutta kohtaan ja havaittiin selvä positiivinen yhteys lämpötilan osalta. Tämän jälkeen erillisistä fenologisista havaintosarjoista koostettiin yhtenäinen kokonaisfenologia-indeksisarja. Aikasarjan avulla tutkittiin sarjan sensitiivisyyttä lämpötilaan ja havaittiin selvä positiivinen yhteys helmi-kesäkuun keskilämpötiloihin. Näin ollen kokonaisfenologiaindeksisarja soveltuu lämpötilarekonstruktiota varten. Tutkimuksessa oli mukana myös puunlustoaineistoja, joista havaittiin ajan suhteen muuttuva riippuvuus helmi-kesäkuun lämpötiloihin. Neljäs osatutkimus käsitteli kevään lämpötilojen kehitystä Lounais-Suomessa vuodesta 1750 lähtien. Kun viimeisten 150 vuoden aikana on tapahtunut maassamme vuosikeskilämpötilojen ja erityisesti keväiden keskilämpötilojen nousua, oli mielenkiintoista tietää, millaisia keväiden lämpöolot olivat tätä edeltävällä ajalla? Työssä rakennettiin malli, johon sisältyi niin historiallisia lähteitä, kuten Aurajoen jäänlähtötietoja, tietoja Itämeren vuotuisen jääpeitealan vaihteluista, edellisen osatutkimuksen kokonaisfenologiaindeksisarja kuin järvisedimenttiaineisto sekä moderneja ilmastomittauksia, joita edusti Turun kuukausikeskilämpötila-aineisto. Kyseinen lämpötilarekonstruktio selitti 66 % havaituista lämpötilanvaihteluista tarkasteltuna ajanjaksona. Koostetun aikasarjan avulla tutkittiin keväiden keskilämpötiloja ja havaittiin, että viimeisen 250 vuoden aikana on ollut sekä kylmempiä että lämpimämpiä vaiheita. Kylmimmät vaiheet ajoittuvat 1850-luvun molemmin puolin, 1810-luvun seutuville sekä 1780-luvulle. Lämpimimmät keväät ovat esiintyneet vuodesta 1987 lähtien, 1930-luvulla sekä 1820-luvulla. Samoin tutkittiin vaihteluiden taustalla vaikuttavia tekijöitä ja niiden merkitystä kevätlämpötilojen vaihteluissa. Havaittiin, että kevätlämpötiloilla on positiivinen ja ajan suhteen suhteellisen vakaa yhteys Pohjois-Atlantin heilahduksen vaiheisiin.