Kasvihuonekaasujen päästö- ja pitoisuusskenaariot

Kasvihuonekaasujen päästöjen tulevaa kehitystä arvioidaan erilaisilla skenaarioilla. Päästötietojen perusteella voidaan edelleen päätellä, miten hiilidioksidin ja muitten kasvihuonekaasujen pitoisuudet ilmakehässä muuttuvat tulevaisuudessa.

Skenaariot ovat keskeisiä työkaluja ilmastonmuutoksen arvioinnissa

Vaikka ilmastonmuutoksen tieteellinen perusta on vankka, ei muutoksen etenemisen nopeutta tulevaisuudessa voida tietää tarkasti. Ilmastomallien epätäydellisyyden lisäksi kasvihuonekaasujen päästöjen kehitys tulevaisuudessa on yksi tärkeimmistä ilmastonmuutoksen arviointiin epävarmuutta aiheuttava tekijä.

Kasvihuonekaasujen päästöjen kehitys riippuu monista tekijöistä, joita ei kyetä ennustamaan kovin pitkälle ajalle. Sen tähden tulevaisuutta kuvaamaan on laadittu joukko erilaisia vaihtoehtoisia maapallonlaajuisia päästöskenaarioita eli päästöjen mahdollisia kehityskulkuja.  [1]

Päästöille annetaan vaihtoehtoisia arvioita ja pitoisuudet lasketaan

Päästöskenaarioiden pohjana käytetään mm. sosio-ekonomisia skenaarioita, maankäytön skenaarioita ja teknologiaskenaarioita. Näissä tehdään erilaisia olettamuksia väestön ja talouden kehityksesta, energiantuotantotapojen muuttumisesta jne. Lähtöolettamusten perusteella on mahdollista arvioida, miten kasvihuonekaasujen päästöt kussakin skenaariossa kehittyvät.

Päästötietojen perusteella voidaan edelleen laskea hiilidioksidin tulevia pitoisuuksia, kun mallitetaan hiilen kiertokulku ilmakehän, valtamerien, kasvipeitteen ja maaperän välillä. Myös muitten kasvihuonekaasujen sekä pienhiukkasten tulevat pitoisuudet voidaan laskea päästötietojen perusteella. Näihin laskelmiin toki liittyy epävarmuustekijöitä.

Toiveikkaita ja pessimistisiä skenaarioita

Nykyisin ilmastomallikokeitten pohjana käytetään yleisesti IPCC:n SRES-kasvihuonekaasuskenaarioita (lyhenne SRES viittaa IPCC:n (2000) päästöskenaarioraporttiin 'Special Report on Emission Scenarios')[2]. SRES-skenaariot voidaan jakaa kahteen ryhmään: kulutusyhteiskuntaskenaariot (A-skenaariot) ja kestävään kehitykseen tähtäävät skenaariot (B-skenaariot). Malliajoissa on eniten käytetty näistä skenaarioista kolmea:

  • A2-skenaario edustaa pessimististä tulevaisuudennäkymää. Sen kuvaamassa maailmassa teollisuus- ja kehitysmaitten tulo- ja kehityserot säilyvät suurina. Tällöin väestönkasvu jatkuu kehitysmaissa nopeana ja maapallon väkiluku kasvaa räjähdysmäisesti. Myös siirtyminen fossiilisista polttoaineista päästöttömiin energianlähteisiin on hidasta.
  • B1-skenaario taas on varsin optimistinen. Siinä oletetaan teollisuus- ja kehitysmaitten hyvinvointierojen tasaantuvan, mikä saa väestönkasvun talttumaan kehitysmaissakin. Kestävä kehitys on arvossaan, ja ympäristölle ystävällisen teknologian kehittäminen ja käyttöönotto on nopeaa.
  • A1B-skenaario edustaa näitten kahden ääripään välimuotoa.

Päästöissä on suuret erot eri skenaarioitten välillä

Kuvissa 1-2 on esitetty arvioita kahden kasvihuonekaasun, hiilidioksidin ja metaanin, päästöistä ja pitoisuuksista kolmen SRES-skenaarion perusteella. A2-skenaarion toteutuessa molempien kaasujen päästöt suurin piirtein kolminkertaistuvat tämän vuosisadan aikana, ja ovat selvässä kasvussa vielä vuoden 2100 tienoillakin. Kahdessa muussa skenaariossa päästömäärät kääntyvät laskuun vuosisadan puoliväliä lähestyttäessä. B1-skenaariossa pudotus on voimakkaampaa. Tämän skenaarion toteutuessa hiilidioksidin päästöt olisivat vuosisadan lopussa enää puolet vuoden 2000 määristä. Metaaninkin päästöt olisivat pudonneet kolmanneksella.

Hiilidioksidipäästöt ja pitoisuudet © Ilmatieteen laitos

Kuva 1. Ihmiskunnan tuottamien hiilidioksidipäästöjen (vasen kuva) ja ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden (oikea kuva) arvioitu muuttuminen kolmen SRES-skenaarion mukaan. Yksikkö GtC on gigatonnia eli miljardia tonnia hiileksi laskettuna. Yksikkö ppm on tilavuuden miljoonasosa.

Metaanin päästöt ja pitoisuudet © Ilmatieteen laitos

Kuva 2. Ihmiskunnan metaanipäästöjen (vasen kuva) ja ilmakehän metaanipitoisuuden (oikea kuva) muutokset kolmen SRES-skenaarion mukaan. Yksikkö Mt on megatonnia eli miljoonaa tonnia. Yksikkö ppb on tilavuuden miljardisosa.

Päästöt näkyvät kaasujen pitoisuuksissa ilmakehässä

Hiilidioksidin päästöt vaikuttavat ilmakehässä pitkään, ja sen takia CO2:n pitoisuus kasvaa kaikissa skenaarioissa (kuva 1). Päästöjen määrä tietysti vaikuttaa pitoisuuden kasvunopeuteen. B1-skenaarion toteutuessa hiilidioksidin määrä näyttäisi vuoden 2100 tienoilla olevan vakiintumassa noin 550 ppm:n tasolle (suunnilleen kaksinkertainen pitoisuus teollistumista edeltävään aikaan verrattuna). A2-skenaariossa pitoisuus on vuosisadan lopussa luonnolliseen tasoon verrattuna kolminkertainen (yli 800 ppm), ja kasvu jatkuu edelleen nopeana.

Metaanin viipymäaika ilmakehässä taas on melko lyhyt, joten päästöjen muutokset näkyvät nopeasti myös pitoisuuksissa (kuva 2). Pessimistisessä A2-skenaariossa pitoisuus nousee tasaisesti koko vuosisadan, mutta muissa skenaarioissa se on vuosisadan jälkipuolella jo laskussa. B1-skenaarion toteutuessa metaania olisi vuonna 2100 jopa hiukan vähemmän kuin v. 2000.

Päästöskenaarioita ollaan uudistamassa

IPCC:n viidennen arviointiraportin laatimisen yhteydessä tiedeyhteisö on kehittänyt uudentyyppisiä kasvihuonekaasuskenaarioita. Nämä päästöskenaariot ottavat huomioon mm. vuoden 2000 jälkeen toteutuneet päästöt. Uusia skenaarioita kutsutaan kasvihuonekaasujen pitoisuuksien mahdollisiksi kehityskuluiksi (representative concentration pathways, RCP). Nämä pitoisuuksien kehityskulut ja niihin johtavat päästöt tuottavat vuosisadan lopulle tultaessa erisuuruisia säteilypakotteita. Niinpä näitä skenaarioita merkitään symbolein RCP8.5, RCP6.0, RCP4.5, RCP2.6, missä numeroarvo viittaa säteilypakotteen suuruuteen (W/m2). Kukin skenaario edustaa todellisuudessa suurta joukkoa mahdollisia päästöskenaarioita, sillä on olemassa useita päästöjen ja pitoisuuksien kehityskulkuja, jotka voisivat tuottaa samansuuruisen säteilypakotteen vuosisadan lopulla. IPCC:n viides arviointiraportti on tarkoitus julkaista vuosina 2013-2014.[3]

Lähteet

  1. Halonen, M., J. Vanhanen ja A. Pathan, 2008: Skenaariokatsaus - Skenaariot pitkän aikavälin ilmastopolitiikan laadinnassa - Selvitys Vanhasen II hallituksen tulevaisuusselontekoa varten, Valtioneuvoston kanslian julkaisusarja, 15/2008. http://vnk.fi/julkaisu?pubid=5615
  2. Emissions scenarios, IPCC, 2000, Nebojsa Nakicenovic and Rob Swart (Eds.), Cambridge University Press, UK. pp 570. http://www.ipcc.ch/ipccreports/sres/emission/index.php?idp=0
  3. R. H. Moss, J. A. Edmonds, K. A. Hibbard, M. R. Manning, S. K. Rose, D. P. van Vuuren, T. R. Carter, S. Emori, M. Kainuma, T. Kram, G. A. Meehl, J. F. B. Mitchell, N. Nakicenovic, K. Riahi, S. J. Smith, R. J. Stouffer, A. M. Thomson, J. P. Weyant & T. J. Wilbanks, 2010: The next generation of scenarios for climate change research and assessment, Nature 463, 747-756(11 February 2010), doi:10.1038/nature0882310, 2010. http://www.nature.com/nature/journal/v463/n7282/full/nature08823.html

Tuottajatahot