Lumettoman maan routaolojen mallintaminen ja ennustettavuus muuttuvassa ilmastossa

Raportissa on arvioitu ilmastonmuutoksen vaikutusta Suomen maaperän talviaikaiseen jäätymiseen lämpösummien perusteella. Laskelmat kuvaavat roudan paksuutta nimenomaisesti lumettomilla alueilla, esimerkiksi teillä, joilta satanut lumi aurataan pois. Luonnossa lämpöä eristävän lumipeitteen alla routaa on ohuemmin kuin tällaisilla lumettomilla alueilla. Toisaalta luonnollisessa ympäristössä paikalliset erot korostuvat johtuen mm. maalajeista ja kasvillisuudesta. Roudan paksuudet laskettiin ensin perusjakson 1971–2000 ilmasto-oloissa talviaikaisten säähavaintotietoihin pohjautuvien lämpötilojen perusteella. Sen jälkeen laskelmat toistettiin kolmelle tulevalle ajanjaksolle (2010–2039, 2040–2069 ja 2070–2099) kohottamalla lämpötiloja ilmastonmuutosmallien ennustamalla tavalla. Laskelman pohjana käytettiin 19 ilmastomallin A1B-skenaarioajojen keskimäärin simuloimaa lämpötilan muutosta. Tulosten herkkyyden arvioimiseksi joitakin laskelmia tehtiin myös tätä selvästi heikompaa ja voimakkaampaa lämpenemisarviota käyttäen. A1B-skenaarion mukaisen lämpötilan nousun toteutuessa nykyisiä mallituloksia vastaavasti routakerros ohenee sadan vuoden aikana Pohjois-Suomessa 30–40 %, suuressa osassa maan keski- ja eteläosissa 50–70 %. Jo lähivuosikymmeninä roudan ennustetaan ohentuvan 10–30 %, saaristossa enemmän. Mikäli lämpeneminen toteutuisi voimakkaimman tarkastellun vaihtoehdon mukaisesti, roudan syvyys pienenisi tätäkin enemmän. Roudan paksuuden vuosienvälistä vaihtelua ja sen muuttumista tulevaisuudessa pyrittiin myös arvioimaan. Leutoina talvina routa ohenee enemmän kuin normaaleina tai ankarina pakkastalvina. Päivittäistä sään vaihtelua simuloineen säägeneraattorin tuottamassa aineistoissa esiintyi kuitenkin liian vähän hyvin alhaisia ja hyvin korkeita lämpötiloja. Siksi näitten lämpötilatietojen pohjalta laskettu roudan paksuuskin ilmeisesti vaihtelee liian vähän vuodesta toiseen. Kelirikkotilanteita voi esiintyä myös kesken routakauden, jos useamman päivän suojasää ja samanaikainen runsas vesisade pääsevät sulattamaan maata. Tällaiset routakauden aikana sattuvat säätilat näyttävätkin yleistyvän lähivuosikymmeninä. Vuosisadan loppua kohti ne sen sijaan maan eteläosissa jälleen vähenevät, koska routakausi lyhenee oleellisesti. Tulevia vuosikymmeniä koskevien ilmastonmuutosennusteiden ohella routaa ja kelirikon esiintymistä on periaatteessa mahdollista ennustaa myös lähiaikojen sääennusteita hyödyntäen. Pitkät, viikkojen tai kuukausien mittaiset sääennusteet eivät tosin ole ainakaan vielä erityisen luotettavia, mutta myös lyhyemmistä ennusteista voisi olla hyötyä mm. tienpitoa suunniteltaessa.

The impact of climate change on the Finnish winter soil frost depth is assessed using the cumulative sum of temperature. The calculations are made especially for estimating the depth of soil frost in snow-free areas, such as roads where the fallen snow is systematically removed. In the natural environment, the soil frost depth is typically smaller than in snow free areas due to the insulation effect of the snow cover. In natural surroundings, the type and extent of vegetation and ground material also determine the soil frost depth. First, the soil frost depths were calculated for the baseline climate conditions, i.e. years 1971–2000, by employing winter temperature observations. Thereafter, new calculations for the future were made for three consecutive 30 year periods (2010–2039, 2040–2069 and 2070–2099) by using climate model temperature projections. The calculations were based on the average of the temperature change simulations by 19 individual global climate models under the A1B scenario, the A1B scenario representing moderately large greenhouse gas emissions. To assess the sensitivity of the findings, some calculations were repeated by applying significantly smaller or larger temperature increase than those produced by the A1B scenario. If the temperature increase realizes as projected by the A1B scenario, the soil frost depth will decrease in most of central and southern Finland by 50–70% and in northern Finland by 30–40% in a century. Already during the next few decades, the depth of soil frost will decrease 10–30%, in the archipelago even more. If the temperatures rise according to the warmest scenario examined, the soil frost depths will decrease even more. The interannual variations in the soil frost depth and in the possible future changes were also estimated. The daily variations in weather conditions were simulated by a weather generator. During mild winters, the depth of soil frost is projected to decrease more than during the normal or cold ones. However, the output of the weather generator included an unrealistically small proportion of both very low and very high temperatures. Therefore, the resulting interannual variability in the soil frost depth is evidently underestimated as well. Frost heaves and damages take place during the frost season if thaw and rainfall last for several days and thus cause melting in the icy ground. These kinds of mild weather situations will become more common in the coming decades. However, towards the end of this century, the frequency of such situations is projected to decrease in southern Finland, purely because the ground frost season will become substantially shorter. For operational purposes, long-range weather forecasts can be utilized to predict the depths of soil frost on a time scale of weeks or months, as well as to forecast the occurrence of mild periods that can lead to frost heaving. Numerical weather forecasts, having a scale of several weeks or months, do not have a high skill yet. However, the forecasts with a shorter time scale could already be used in the road maintenance.