Tenojoen virtaaman ja virtausolosuhteiden muutokset vuosina 1991-2020

Abstract

Ilmastonmuutoksen vaikutukset näkyvät monissa luonnonympäristöissä, myös jokiympäristöissä. Arktisella alueella muutos on jopa neljä kertaa nopeampaa muihin alueisiin verrattuna. Arktiset ympäristöt ovat ainutlaatuisia, ja ilmastonmuutoksen edetessä siten erittäin haavoittuvassa asemassa olevia alueita. Arktiset joet, jotka sijaitsevat kokonaan tai osittain arktisella alueella ja laskevat Jäämereen, ovat erityisiä, sillä niiden hydrologista vuodenkiertoa hallitsevat pitkä kylmä talvi, routa, lumipeite, jokijää ja kevättulva. Viimeiseksi mainitut aiheuttavat eniten muutoksia joen geometriaan koko vuoden aikana. Ilmastonmuutoksen aiheuttama keskilämpötilan nousu uhkaa näiden ilmasto-olosuhteiden olemassaoloa. Jo nyt lumipeitteen ja jään keston on havaittu vähenneen edellisten vuosikymmenten aikana. Tässä tutkimuksessa tarkastellaan pohjoisessa Fennoskandiassa arktisella alueella sijaitsevan Tenojoen valuma-alueen virtaaman ja virtausolosuhteiden muutoksia viimeisen ilmastojakson (1991–2020) aikana. Tutkimusaineistona käytettiin avointa virtaama- ja sääaineistoa. Muutosten perusteella arvioidaan virtaaman muutosten ja ilmastonmuutoksen mahdollisia yhteyksiä.

Ilmastonmuutoksen etenemistä arvioitiin käyttäen vuosittaisten keskilämpötilojen, pakkaspäivien, sademäärän, sadepäivien, lumensyvyyden ja lumipeitteisten päivien määrän havaittuja arvoja. Monotonisten trendien selvittämiseksi keskilämpötiloille, maksimi- ja minimilämpötiloille, sademäärälle sekä lumensyvyydelle tehtiin modifioitu Mann-Kendallin trenditesti. Tuloksia verrattiin arktisen ilmastonmuutoksen ja Suomessa havaittujen muutosten trendeihin. Virtaaman muutoksia havainnoitiin vuosikeskiarvoista, vuosittaisista yli- ja alivirtaamista, vuosittaisista kuukausikeskiarvoista, kevättulvan viikoittaisesta etenemisestä ja tulvaviikkojen virtaamakeskiarvojen anomalioiden muutoksesta. Kaikki virtaamahavainnot ja 30 vuoden keskiarvot testattiin Mann-Kendallin trenditestillä.

Keskilämpötilassa, sadannassa ja lumensyvyydessä oli tapahtunut muutoksia. Trenditestit osoittivat lievää nousua keski-, maksimi- ja minimilämpötiloissa. Alueen ilmastollinen muutos vastaa lämpötilojen muutoksen osalta muissa tutkimuksissa havaittua kehityssuuntaa. Sadannan ja lumensyvyyden osalta tulokset ovat osin ristiriitaisia aikaisempien tutkimusten kanssa. Vuosittaisissa virtaamakeskiarvoissa on yhteyksiä sääkeskiarvoihin, erityisesti sadesummaan. Vuosikierron tarkastelussa näkyy kevättulvan siirtyminen, sen merkityksen väheneminen vuodenkierrossa ja syksyn virtaamavaihtelun lisääntyminen. Kevättulva on siirtynyt tarkastelujaksolla noin kahdella viikolla eteenpäin. Virtaamien nouseva trendi havaittiin kaikilla muilla asemilla lukuun ottamatta Veahkkavan asemaa. Vuosittaisissa virtaamakeskiarvoissa, ylivirtaamissa tai alivirtaamissa ei havaittu trendejä.

Tutkimuksen tulokset osoittavat, että ilmastonmuutoksen trendit ovat nähtävissä myös Tenojoen valuma-alueella. Tutkimus osoittaa, että virtaaman muutokset ovat todennäköisesti yhteydessä sademäärän ja keskilämpötilan muutoksiin. Ilmastonmuutoksen vaikutukset näkyvät arktisissa jokiympäristöissä 30 vuoden ilmastojaksolla. Ilmastonmuutos muuttaakin arktisten jokiympäristöjen virtausolosuhteita ratkaisevasti, ja tulevaisuuden kannalta on tärkeää tunnistaa arktisten jokien ainutlaatuiset piirteet ja prosessit, jotta ilmastonmuutoksen etenemistä ja vaikutuksia pystytään arvioimaan tulevaisuudessa paremmin.

The effects of climate change are already visible in many natural environments, including river environments. In the Arctic region, the change is up to four times faster compared to other regions. Arctic environments are unique and in a very vulnerable position as climate change progresses. Arctic rivers, located wholly or partly in the Arctic region and draining into the Arctic Ocean, are special, as their hydrological annual cycle is dominated by a long cold winter, frost, snow cover, river ice and a spring flood, which causes the most changes in river geometry throughout the year. The rise in average temperature caused by climate change threatens the existence of these climatic conditions. It has already been observed that the duration of snow cover and river ice has decreased during the previous decades. This study examines the changes in the discharge and flow conditions of the Tenojoki, which flows in northern Fennoscandia and drains into the Arctic Ocean, and its watershed from openly available discharge and weather data during the last climate period (1991–2020). Connections between discharge and climate change are evaluated based on the changes.

The progress of climate change was observed in terms of changes in annual average temperatures, frost days, precipitation, rainy days, snow depth, and the number of snow-covered days. A modified Mann-Kendall trend test was performed for average temperatures, maximum and minimum temperatures, precipitation and snow depth to find out monotonic trends. The results were compared to the trends of Arctic climate change and the changes observed in Finland. Changes in discharge were observed from annual averages, annual maximum and minimum discharges, annual monthly averages, the weekly progress of the spring flood and the change in anomalies of the average discharge values of the flood weeks. All discharge observations and 30-year averages were tested with the Mann-Kendall trend test.

There had been changes in the average temperature, precipitation and snow depth. Trend tests showed a slight increase in average, maximum and minimum temperatures. The climatic change in the area corresponds to the trend observed in other studies in terms of the change in average, maximum and minimum temperatures. In precipitation, there was no trend in the upper reaches and a growing trend in the lower reaches. A decreasing trend was observed in the snow depth. Regarding precipitation and snow depth, the results are partly contradictory. The annual discharge averages have connections to the weather averages, especially to the precipitation totals. An examination of the annual cycle shows the shift of the spring flood, the decrease in importance and the increase of autumn variability. The spring flood has moved forward by about two weeks during the review period. The increasing trend of discharges was observed at all other stations, except Veahhkava station. No trends were observed in annual flow averages, maximum or minimum discharges.

The results of the study show that climate change trends can also be seen in the Tenojoki watershed. The study shows that the changes in discharge are probably connected to changes in precipitation and average temperature. The effects of climate change can be seen in arctic river environments in a 30-year climate period. Climate change will decisively change the flow conditions of arctic river environments, and for the future it is important to identify features and processes unique to arctic rivers, so that the progress and effects of climate change can be better assessed in the future.