Säähavaintojen vuorokausi- ja kuukausiarvot

Säähavaintojen vuorokausi- ja kuukausiarvot -aineistot sisältävät Ilmatieteen laitoksen säähavaintoasemilla tehtyjä mittauksia ja niistä laskettuja arvoja vuodesta 1844 tähän päivään. Pääasiassa arvoja on saatavilla vuodesta 1959 alkaen, mutta Helsinki Kaisaniemestä vuodesta 1844 ja Sodankylän Lapin ilmatieteellisestä tutkimuskeskuksesta vuodesta 1891 alkaen.

Säähavaintojen vuorokausiarvot -aineisto sisältää säähavaintoasemien vuorokausiarvoja vuodesta 1844 tähän päivään. Ilman lämpötilan vuorokausikeskiarvo on näistä ainut laskennallinen arvo. Mitattuja arvoja ovat ilman minimi- ja maksimilämpötila, maanpinnan minimilämpötila ja lumensyvyys. Ilman lämpötilan ääriarvot mitataan 06 ja 18 UTC ja maanpinnan minimilämpötila 06 UTC. Nämä kuvaavat ääriarvoja edellisen 12 tunnin (klo 18-06 ja 06-18 UTC) jakson ajalta. 12 tunnin ääriarvojen lisäksi on saatavilla myös 24 tunnin minimi- ja maksimilämpötila-arvot. Ne kuvaavat edellisen 24 tunnin äärilämpötiloja ajanjaksolta 18-18 UTC. Ennen vuotta 1959 olevien havaintojen äärilämpötilat on ilmoitettu ainoastaan 24 tunnin jaksoissa. Vuorokauden sademäärä on joko mitattu tai laskennallinen arvo riippuen siitä, mitataanko asemalla sademäärä 12 vai 24 tunnin välein.

Säähavaintojen kuukausiarvot -aineisto sisältää säähavaintoasemien laskennalliset ilman lämpötilan kuukausikeskiarvot ja kuukauden sadesumman vuodesta 1844 tähän päivään.

Lämpötilan ja sateen laskennalliset vuorokausi- ja kuukausiarvot ovat laskettu säähavaintoasemilla tehdyistä mittauksista. Lämpötilan vuorokausikeskiarvo lasketaan seuraavassa kappaleessa esitettyjen kaavojen perusteella ja kuukausikeskiarvo kyseisen kalenterikuukauden jokaisesta vuorokausikeskiarvosta. Sadesumman kuukausiarvo koostuu kyseisen kalenterikuukauden jokaisen vuorokauden sademäärän summasta.

Helsinki Kaisaniemen ja Sodankylän vuorokausi- ja kuukausiarvoja on saatavilla seuraavasti suureittain:

Suure

Helsinki Kaisaniemi, alkaen

Sodankylä, alkaen

Vuorokauden keskilämpötila 1.1.1882 1.1.1908
Vuorokauden ylin lämpötila 2.7.1844 1.1.1908
Vuorokauden alin lämpötila 2.7.1844 1.1.1908
Vuorokauden lumensyvyys 1.5.1892 1.1.1911
Vuorokauden sadesumma 1.7.1844 1.1.1908
Kuukauden keskilämpötila 1.7.1844 1.1.1900
Kuukauden sadesumma 1.7.1844 1.1.1891

Muilta havaintoasemilta kyiseisiä vuorokausi- ja kuukausiarvoja on saaavilla 1.1.1959 alken.

Ilman lämpötilan vuorokausiarvo (vuorokauden keskilämpötila)

Vuodesta 1959 alkaen vuorokauden keskilämpötila-arvot (ºC) lasketaan vuorokauden kahdeksan havaintohetken (00,03,06,09,12, 15,18 ja 21 UTC) hetkellisestä lämpötila-arvosta. Jos kaikkia kahdeksaa lämpötila-arvoa ei ole käytettävissä, niin keskiarvo voidaan laskea käyttämällä neljää lämpötila-arvoa ja aamulla (6 UTC) sekä illalla (18 UTC) mitattuja lämpötilan 12 tunnin ääriarvoja (minimi- ja maksimilämpötila), riippuen puuttuvasta havainto-ajasta.

Ilmatieteen laitos käyttää laskennassa vuosille 2014-1959 kahdeksaa eri laskentakaavaa. Kaavat on esitetty järjestyksessä 1-9 ja laskennassa pyritään käyttämään aina järjestysnumeroltaan mahdollisimman pientä kaavaa. Kaavoissa esim. T15 tarkoittaa hetkellistä ilman lämpötilahavaintoa (temperature) klo 15:00 UTC.

1. ( T00+T03+T06+T09+T12+T15+T18+T21 ) / 8
2. ( T00+T06+T12+T18 ) / 4 + k1
3. ( Tmin06 +T03+T06+T09+T12+T15+T18+T21 ) / 8
4. ( T00+T03+T06+T09+ Tmax18 +T15+T18+T21 ) / 8
5. ( T00+T03+ ( T03+T09 )/2 +T09+T12+T15+T18+T21 ) / 8
6. ( T00+T03+T06+T09+T12+T15+ ( T15+T21 )/2 +T21 ) / 8

Kuukaudesta riippuen käytetään vaihtoehtoisesti kaavaa 7. (maalis-syyskuussa) tai 8. (loka-helmikuussa):

7. (T18prev+T06+T12+T18)/4 + k1*(T18prev-Tmin06)+0.1
8. (T18prev+T06+T12+T18+T06next)/5 + k1
9. ( Tmin06 +T06+ Tmax18 +T18 ) / 4

Kaavoissa muuttujina ovat lämpötila (T) ja sen havaintoaika UTC-ajassa sekä lämpötilan ääriarvot (Tmax, Tmin) ja niiden havaintoajat UTC-ajassa. T18prev on edellisenä vuorokautena klo 18 UTC mitattu lämpötila ja T06next seuraavana päivänä klo 06 UTC mitattu lämpötila. Lisäksi kaavoissa käytetään kuukausikohtaista korjaustekijää k1, joka saa seuraavat arvot:

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
-0,04 0,01 0,17 0,00 -0,12 -0,07 -0,15 -0,11 0,08 0,05 -0,03 -0,03

 

Ennen vuotta 1959 havaintoja tehtiin pääasiassa säähavaintoja kolme kertaa vuorokaudessa, jolloin Ilmatieteen laitos on käyttänyt alla esitettyjä laskentakaavoja vuodesta riippuen.

Vuosien 1927- 1958 vuorokausikeskiarvon laskennassa on käytetty seuraavia laskentakaavoja:

(T18prev+T06+T12+T18+T06next)/5 + k2                                           talvella (I, II, X, XI, XII)
(T18prev+T06+T12+T18)/4 + k3*(T18prev-Tmin06)+0.1                 kesällä (III-IX)

Korjaustekijä k2:n arvot talvikuukausille

I II X XI XII
-0,01 0,05 0,06 0,01 -0,01

 

Korjaustekijä k3:n arvot kesäkuukausille

III IV V-VI VII VII IX
I-0,114 -0,180 -0,227 -0,237 -0,216 -0,136

 

Vuosina 1901 – 1926 käytössä oli alla esitetty kaava, jossa illalla tehtyä lämpötilahavaintoa painotettiin yöhavainnon puuttuessa. Kaavassa olevat kellonajat ovat poikkeuksellisesti ilmoitettu Suomen ajassa, koska kyseisinä vuosina ei vielä UTC-aika käytössä.

1/4(T7 + T14 + 2*T21)

Helsinki Kaisaniemen asema on havainnoinut vuosina 1882-1900 ilman lämpötilaa kerran tunnissa, jolloin Ilmatieteen laitoksella on käytettävissään näiltä vuosilta tavanomaista tiheämpää havaintotietoa. Näin ollen Helsinki Kaisaniemen laskennalliset ilman lämpötilan vuorokausiarvot on laskettu 24 havainnon keskiarvosta. Vuorokauden lämpötilan keskiarvoja ei tällä hetkellä ole valitettavasti saatavilla Kaisaniemestä ennen vuotta 1882.

Mikäli mitään yllä esitellyistä kaavoista ei voida käyttää kyseisellä ajanjaksolla hetkellisten lämpötila-arvojen puuttuessa, niin ilman lämpötilan vuorokausiarvoa ei lasketa ja arvo jää aineistosta puuttumaan.

Korjaustekijöillä pyritään oikaisemaan hetkellisten lämpötilahavaintojen vähäisyyden aiheuttama vääristymä vuorokauden keskilämpötilassa. Kun vuorokauden aikana suoritettuja lämpötilahavaintoja on saatu lisää, on keskiarvokaavaa ja sen korjaustekijöitä on voitu vastaavasti päivittää. Varhaisin Suomessa käytössä ollut vuorokauden keskilämpötilan arvioimismenetelmä on peräisin 1800-luvun lopulta ja se perustuu kolmeen hetkelliseen lämpötilahavaintoon sekä korjaustekijään. Koska lämpötilan vuorokausikulku tietyllä paikalla vaihtelee vuodenajan mukaan, on korjaustekijät määritelty tyypillisesti kullekin kuukaudelle erikseen. Myös asemakohtaisia tai havaintoaseman pituusasteesta riippuvia korjaustekijöitä on käytetty, jolloin pystyttiin huomioimaan myös havaintopaikan sijainnin vaikutus lämpötilan vuorokausikulkuun. On tyypillistä, että esimerkiksi rannikolla sijaitseviin havaintoasemiin sovellettiin erilaista laskukaavaa kuin sisämaassa, jotta meren vaikutus lämpötilaan saatiin huomioitua. Korjaustekijöitä määriteltäessä on käytännön syistä ollut tarpeen tehdä yleistyksiä. Teoriassa korjaustekijä on riippuvainen havaintopaikan sijainnista ja sen ympäristöstä, vuodenajasta ja säätilasta. Kuitenkaan esimerkiksi kuukausiin sidotut korjaustekijät eivät vallitsevasta säätilasta riippuen välttämättä aina seuraa todellista vuodenaikojen kulkua, jolloin vuorokausikeskiarvo saattaa painottua väärin. Lisäksi havaintoasemajoukon ollessa suuri on mahdotonta määritellä korjaustekijöitä erikseen kullekin asemalle. On kuitenkin todettu, että tällaisin yleistyksinkin määritellyt laskukaavat tuottavat varsin hyvän arvion kuukauden keskilämpötilasta, jonka laskemiseen kaavat alunperin on tarkoitettu.

Vuorokauden sademäärä

Vuorokauden sademäärä (mm) kuvaa vuorokauden aikana (aamun 06 UTC havainnosta seuraavan vuorokauden 06 UTC havaintoon) kertynyttä sateen määrää. Havaintoasemilla sadekertymä mitataan joko 12 (06 ja 18 UTC) tai 24 (06 UTC) tunnin välein, joten vuorokauden sadesumma on joko laskettu summa 12 tunnin sademääristä tai mitattu 24 tunnin sademäärä. Poikkeuksena tästä on Helsinki Kaisaniemi, jossa vuosien 1882-1905 aikana vuorokauden sadesumma on laskettu kahdesta 12 tunnin sademäärästä, jotka kuvaavat ajanjaksoa 18-18 UTC.

Sadesumman arvo -1 tarkoittaa, että ei ole satanut. Summan arvo 0 mm tarkoittaa, että sadetta esiintynyt tai kosteutta tiivistynyt, mutta ei kuitenkaan mitattavaa määrä eli määrä on jäänyt alle 0,05 mm. Jos toinen 12 tunnin sadekertymistä on -1 ja toinen 0 mm niin vuorokauden sadesummaksi asetetaan 0 mm. Jos taas molemmat 12 tunnin sademäärät ovat 0,0 mm, niin vuorokauden sadesummaksi asetetaan 0,1 mm. On mahdollista, että vuorokauden sadesumma on 0,0-0,3 mm ilman, että on satanut. Tällöin kosteutta on tiivistynyt sadeastiaan sumusta, kasteesta tai kuurasta.

Kuukauden keskilämpötila ja sadesumma

Kuukauden keskilämpötila (ºC) ja sadekertymä (mm) lasketaan kyseisen kuukauden vuorokausiarvoista. Mikäli joku vuorokausiarvoista puuttuu, kuukausiarvoa ei lasketa. Kuukauden keskilämpötila on keskiarvo vuorokausien keskilämpötiloista ja sadesumma on vuorokausimäärien summa.

Vanhat aikasarjat vaativat selvitystyötä

Ilmatieteen laitoksen säähavaintojen historia alkaa ensimmäisistä Helsingin Kaisaniemessä tehdyistä säähavainnoista. Vanhoja säähavaintoja on digitoitu paperisista havaintolomakkeista tai vuosikirjoista jo useamman vuosikymmen ajan. Digitoitavaa havaintomateriaalia on paljon ja itse työ on hyvin hidasta, joten kaikkia Ilmatieteen laitoksen säähavaintoja ei ole vielä tällä hetkellä saatavilla digitaalisessa muodossa.

Säähavainnot tehtiin tuolloin manuaalisesti ja ne merkittiin havaintolomakkeisiin tai -vihkoihin sekä rekisteröivien havaintolaitteiden osalta havaintoliuskoille. Mittaukset eivät ole suoraan vertailukelpoisia uudemmilla menetelmillä tehtyjen mittausten kanssa.  Esimerkiksi käytetyt instrumentit, havainto-ohjeet ja havaintoajat ovet muuttuneet vuosikymmenten aikana.

Seuraavassa taulukossa on esitetty esimerkinomaisesti havainnontekijän päivärytmiä vuonna 1919 ennen havaintohetken tasatuntia ja sen jälkeen. Kirjoitusasuna on säilytetty vuoden 1919 suomen kieli.

Ennen/jälkeen havaintohetken (min)

Tehtävä

n. - 30 min

Lämpömittarit kojussa luetaan

- 7 min

Piha-Assmanni kostutetaan, vedetään ja viedään kannattimeensa

- 2 min

Koju tuulettaja pannaan käyntiin

- 1 min

Piha-Assmanni luetaan

0 min

Lämpömittarit, hiushygrometri ja hygrograafi luetaan, sekä haihtumismittari (7a. ja 7p.), aikamerkit pannaan kaikkiin itsepiirtäviin
koneisiin ja havaintaan pilvisyys, hydrometeorit, auringonpaiste j.n.e. Minimilämpömittari maassa luetaan (7a. ja 9p.).

+ 4 min

Ilmapuntarin lämpötila ja korkeus luetaan, pannaan aikamerkki pikkubarografiin.

+ 6 min

Tuulen suunta luetaan tarkastuksen tähden suoraan viiristä katolta, mutta virhettä epäeltäessä savusta y.m. Aikamerkki tehdään kaikilla kynillä, mutta vihkoon merkitään vallitseva suunta edellisen tunnin ajalta. Luetaan tuulen voimakkuus ja tarkistetaan se lopullisesti lukemalla kontaktit.

n. + 30 min

Isoon termografiin muutetaan paperi (7a), sademittarit vaihdetaan (W-mittari 7a ja 7p, H-mittari 7a).

 

Muitten havaintojen jälkeen luetaan barografitendesi klo 7a ja suoritetaan korjaukset ja muutokset, kirjoitetaan sähkösanoma j.n.e. Myöskin kosteus etsitään taulukoista kojun lämpömittarin mukaan.

 

Havainnontekijällä on ollut hyvin tarkat ohjeet seurata ja puhdistaa mittareita säännöllisesti. Kulloinkin käytössä ollut havaintomittari merkittiin jokaisen kuukauden havaintolomakkeeseen, samoin mittarien vaihdot, korjaukset sekä muut huomattavat muutokset kirjoitettiin havaintolomakkeisiin ylös. Havainnonteko oli täsmällistä ja tarkkaavaista työtä, jota arvostettiin.

Havaintojen tekoajat ovat muuttuneet vuosikymmenten aikana. Samoin kellonaika, jota on käytetty Suomessa. Nämä molemmat seikat vaikuttavat erityisesti lämpötilahavaintojen ja niistä laskettujen keskiarvojen muutoksiin eri vuosikymmenten välillä. 1880-luvulle saakka Suomessa käytettiin sekä Helsingin aikaa että Göttingenin aikaa, joka oli tasan tunnin jäljessä Helsingin aikaa. 1880-luvulla Göttingenin ajan käyttö jäi pois ja Helsingin aikaa käytettiin 1.5.1921 asti, jolloin Suomeen tuli voimaan vyöhykeaika ja kelloja käännettiin 20 minuuttia eteenpäin Helsingin aikaan nähden. Säähavaintojen tekoaika pysyi kuitenkin 1800-luvulta saakka vuoteen 1926 asti samana, havainnot tehtiin kello 7, 14 ja 21. Vuosien 1927-1946 aikana säähavainnot suoritettiin kello 7, 15 ja 21. Vuoden 1947 jälkeen havaintoaika oli kello 8, 14 ja 20, ja jos tehtiin neljäs havainto niin se tehtiin kello 2 yöllä.

Tarkempaa tietoa Helsinki Kaisaniemen ja Sodankylän sääasemien historiasta

Helsinki Kaisaniemi 1.7.1844 alkaen

Keisarillisen Aleksanterin yliopiston eli nykyisen Helsingin yliopiston ensimmäinen rehtori, fysiikan professori Gustav Hällström (1775-1844) aloitti heti Turusta Helsinkiin muuton jälkeen säännölliset lämpötilahavainnot talonsa pihalla Kaisaniemessä vuonna 1828. Hällström teki havaintoja tunneittain (ei kuitenkaan yöaikaan) aina kuolemaansa saakka. Magneettis-meteorologinen observatorio perustettiin vuonna 1838 ja se aloitti havaintojen teon Kaisaniemen puistossa 1.7.1844. Helsingin Kaisaniemen havaintoasema on näin ollen pisimpään yhtäjaksoisesti toiminut sääasema Suomessa.

Jatkuvia ja järjestelmällisiä säähavaintoja on tehty jo vuodesta 1844 lähtien, jolloin havaintoja tekivät ylioppilaat vuorotyönä kellon ympäri kaikkina vuoden päivinä. Alkuaikoina havaintoja tehtiin magneettikentän muutoksista, lämpötilasta, ilmanpaineesta, tuulen nopeudesta ja voimakkuudesta, pilvistä sekä sateesta. Helsingin kaupunki kasvoi nopeasti 1800-luvun lopulla ja alkujaan kaupungin reunamilla sijainnut havaintoasema joutui rakennusten ympäröimäksi. Havaintoasema siirrettiin vuonna 1962 Helsingin yliopiston kasvitieteelliseen puutarhaan ja nykyiselle paikalleen siellä vuonna 1969.

Asema automatisoitiin vuonna 2001 ja manuaaliset säähavainnot lopetettiin vuonna 2008. Nykyisin sääautomaatti kerää jatkuvasti mittaustuloksia lämpötilasta, ilman suhteellisesta kosteudesta, sademäärästä ja sateen voimakkuudesta, näkyvyydestä, pilvisyydestä ja ilmanpaineesta. Talvisin asemalla mitataan myös lumensyvyyttä. Tuulen suunta- ja nopeustiedot saadaan entisen Säätalon katolla sijaitsevasta tuulimittarista.

Sodankylä 1.1.1908 alkaen

Ensimmäinen tutkimusasema toimi Sodankylässä kirkonkylällä vuosina 1882-1884 kansainvälisen polaarivuoden yhteydessä. Asema oli tilapäinen tutkimusasema, jossa Helsingin yliopiston 1. ja 2. vuoden opiskelijat tekivät havaintoja. Aseman johtajana toimi professori Selim Lemström Helsingin yliopistosta. Paikalliset Sodankyläläiset päättelivät kyläkokouksessa, että asemalla tutkittiin tähtiä ja tämän vuoksi aluetta alettiin kutsua Tähteläksi. Vuonna 1913 Suomalainen tiedeakatemia perusti observatorion Sodankylän kirkonkylän eteläpuolelle Halssinkankaalle. Tähtelä nimitys pysyi edelleen käytössä uudellakin asemalla. Jo muutaman vuoden toiminut Sodankylän sääasema siirrettiin kirkonkylästä Tähtelään, sillä siellä oli jo valmiiksi luotettavaa ja koulutettua henkilökuntaa.
Toisen maailmansodan aikaan, Lapin sodan lopussa perääntyneet saksalaiset tuhosivat observatorion, jolloin osa mittalaitteista tuhoutui kokonaan. Tutkimusasema toimi väliaikaisesti ilmavoimien hallinnassa Kirkonkylän pohjoisosissa ja havaintoja tekivät ilmavoimien sotilaat. Vuonna 1949 uusi tutkimusasema valmistui ja asemaa alettiin nimittää Ilma-Tähteläksi, erotuksena magneettisia mittauksia tekevästä Maa-Tähtelästä. Havainnot uudella asemalla aloitettiin 1.10.1949. Myöhemmin nimityksiä pyrittiin selkeyttämään ja asema nimitettiin lyhyemmin Ilmalaksi. Nykyisin Ilmala on nimeltään Sodankylä Lapin ilmatieteellinen tutkimuskeskus.