Havaintosuureet: mitä havainnoimme?

Pintasäähavaintoja tehdään kattavasti koko Suomessa. Säähavaintoverkko koostuu pääosin automaattisäähavaintoasemista, mutta osalla säähavaintoverkon asemista sääsuureita havainnoidaan kerran päivässä myös manuaalisesti, eli ihmisen tekemänä.

Säähavainnot tuotetaan WMO:n määrityksiä noudattaen (WMO-No.8, CIMO Guide).

Lämpötila

Ilman lämpötila mitataan kahden metrin korkeudelta. Anturi on sijoitettuna hyvin tuulettuvan säteilysuojan sisään, joka suojaa mittausta suoralta auringon säteilyltä ja sateelta.

Lämpötilaa mitataan myös läheltä maanpintaa, jolloin kyseessä on maanpintaminimin lämpötilamittaus. Automaattimittaus tehdään kesäkaudella 5 cm korkeudella maanpinnasta keinonurmi- tai leikatulla luonnonnurmialustalla. Talvikaudella anturi nostetaan lumisateen jälkeen vastaavalle 5 cm korkeudelle lumihangen päälle. Mittausperiaate on sama kuin kahden metrin lämpötilamittauksessa. Maanpintaminimimittarin tulee olla avoimella paikalla, jotta maanpinnasta poistuva lämpösäteily ei esty ja mittaustulokset ovat edustavia.

Ilmanpaine

Ilmanpainemittaus suoritetaan paineanturilla. Sääasemalla tehty ilmanpainemittaus muunnetaan laskennallisesti (redukoidaan) merenpinnan tasolle, jolloin eri korkeuksilla sijaitsevien asemien ilmanpainemittauksista saadaan keskenään vertailukelpoisia.

Ennen ilmanpainemittauksen automatisointia ilmanpaineen arvo luettiin manuaalisesti elohopeailmapuntarista.

Ilman kosteus

Ilman suhteellinen kosteus mitataan anturilla, joka on yhdessä lämpötila-anturin kanssa sijoitettuna kahden metrin korkeuteen säteilysuojan sisälle. Ilman suhteellisesta kosteudesta johdetaan laskennallisesti muita kosteussuureita, joista kenties käytetyin on kastepistelämpötila.

Aiemmin kosteus on lämpötilan ohella mitattu puukojussa. Manuaalimittauksessa ilman suhteellinen kosteus määritettiin ns. kuivan ja kostean lämpömittarin tai hiuskosteusmittarin avulla. Kuiva lämpötila luettiin tavallisesta lämpömittarista. Kostea lämpömittari on kuivan lämpömittarin kaltainen, mutta sen nestekuula on verhottu kostealla kankaalla ja sitä tuuletetaan kosteuden haihduttamiseksi. Näiden lämpötilalukemien avulla saatiin ilman kosteus määritettyä taulukoista tai laskemalla. Mekaaninen hiuskosteusmittari ilmaisi kosteuden suoraan prosentteina ja se perustui hiuksen ominaisuuteen muuttaa pituuttaan ilman suhteellisen kosteuden mukana.

Tuuli

Sääasemilla tuulensuunnan ja -nopeuden mittaus tapahtuu akustisella tuulianturilla, tai tuuliviirillä ja kuppianemometrillä. Tuulimittauksista lasketaan tuulen tavanomaisten meteorologisten tunti- ja 10 minuutin keskiarvotietojen lisäksi ns. kolmen sekunnin maksimipuuskatieto (kolmen sekunnin keskiarvon maksimi 10 minuutin jaksolta).

Tuulensuunta ja -nopeus mitataan noin 10 metriä merkittävien ympäristön esteiden yläpuolella. Tämän vuoksi mittauskorkeus vaihtelee asemakohtaisesti.

Tuulenmittauksen haasteina ovat nykyisinkin:

  • mittausympäristön muutokset
  • mekaanisen kuppianemometrin mittausherkkyys pienillä tuulennopeuksilla
  • jäätävät olosuhteet talvisin
  • esteet tiettyihin mittaussuuntiin
  • lintujen aiheuttamat vahingot.

Haasteita vähennetään suunnittelulla, teknisillä ratkaisuilla sekä asianmukaisella ylläpidolla ja laadunvalvontaprosessilla.

Tuulimittari Tulliniemessä.
 

Ennen automaattisen tuulimittauksen aikakautta, tuulen suunta- ja nopeustiedot rekisteröitiin ihmisen toimesta Wildin viiriä apuna käyttäen. Menetelmä oli automaattimittauksia selvästi epätarkempi, sillä se perustui mekaanisen viirin ja nopeuslaipan asennon visuaaliseen arviointiin.

Auringon säteily

Keskeisimpiä säteilysuureita ovat globaalisäteily, UV-säteily sekä auringonpaisteen kestoaika. Globaalilla säteilyllä tarkoitetaan auringosta saapuvaa laajakaistaista lyhytaaltosäteilyä (W/m2), joka tulee anturille koko taivaankannelta.

Auringonsäteilymittareita Ilmatieteen laitoksen toimipisteen katolla Helsingin Kumpulassa.
 

Ultraviolettisäteilyn määrä ilmoitetaan yleensä UV-indeksinä (UVI). Auringonpaistetta raportoidaan silloin kun suoraan auringon suunnasta saapuvan säteilyn intensiteetti on vähintään 120 W/m2. Mittauksen lopputuloksena ilmoitetaan auringonpaisteen kestoaika.

Harvalukuisempia säteilymittauksia ovat ns. auringon suoran säteilyn, hajasäteilyn, maanpinnasta heijastuneen säteilyn, ilmakehän pitkäaaltoisen vastasäteilyn, maanpinnasta poistuvan pitkäaaltosäteilyn sekä säteilytaseen mittaukset.

Vallitseva sää ja näkyvyys

Manuaalinen näkyvyyshavainto tehtiin aiemmin aina näköhavaintona. Apuna käytettiin tunnetuilla etäisyyksillä olleita kohteita. Ihanteellisimmin havainto voitiin tehdä pisteestä, josta avautui näkymä joka suuntaan ja ympäristössä oli hyviä etäisyysmerkkejä kuten tehtaan savupiippu tai metsän reuna. Mikäli kohteen ääriviivojen voitiin todeta juuri ja juuri erottuvan, näkyvyysarvo oli tämän kohteen etäisyys havaintopisteestä. Jos näkyvyys ei ollut yhtä suuri kaikkiin suuntiin, ilmoitettiin pienin havaittu näkyvyysarvo. Manuaalinen mittaustapa on edelleen käytössä joillakin harvoilla havaintoasemilla.


Meteorologisen näkyvyyden automaattinen arviointi ei riipu valon määrästä. Vallitsevan sään ja näkyvyyden mittarin toiminta perustuu lähi-infrapunavalon sironnan mittaamiseen. Tällaisessa optisessa mittarissa on lähi-infrapunavalon lähetin ja vastaanotin. Mitä enemmän ilmassa on vesipisaroita, jääkiteitä tai muita hiukkasia (esim. vesi- tai lumisade, pöly, savu) sitä enemmän lähetteen valoa siroaa vastaanottimelle. Optinen mittari laskee siroavasta valosta näkyvyystiedon, sekä määrittää sironta- ja muiden aputietojen avulla vallitsevan sään (esim. sateen tyyppi). Muun muassa seuraavat ilmiöt muodostavat raportoitavat vallitsevan sään ilmiöt: utu, sumu, tihkusade, vesisade, lumisade, räntäsade, vesikuuro, lumikuuro ja ukkonen.

Pilvisyys

Pilvisyyttä mitataan automaattisesti pilvenkorkeusmittarilla eli ceilometrillä, joka mittaa pilvisyyttä kapealla keilalla pystysuoraan laitteen yläpuolelta. Keila on 5 kilometrin korkeudessa halkaisijaltaan vain noin 4 metriä.

Nykyisin käytössä olevan pilvenkorkeusmittarin suurin mahdollinen mittauskorkeus on 7,5 kilometriä. Mittarin pilvisyysalgoritmi pystyy raportoimaan 1 - 4 pilvikerrosta riippuen alempien pilvikerroksien paksuudesta. Pilven kokonaismäärä saadaan arvioitua summaamalla pilviosumia ennen havaintohetkeä, yleensä 30 minuutin ajalta. Kapeasta havaintokeilasta johtuen automaatin ilmoittamat arvot voivat poiketa ihmissilmin tehdystä pilven määrän havainnosta. Lisäksi voimakas sade voi haitata mittausta.

Ennen pilvisyyden automaattimittauksia kokonaispilvisyys määritettiin visuaalisesti. Se ilmoitettiin pilvien alapintojen yhteenlaskettuna osuutena koko taivaankannesta kahdeksasosina. Ilman teknisiä apuvälineitä pilvenkorkeuden määritys perustui pilvisukujen visuaaliseen tunnistamiseen, joskin matalien pilvien alarajan korkeutta voitiin pimeällä arvioida trigonometrisesti ns. pilvipistoolin (kulmamittari) ja pilveen heijastettavan valonsäteen avulla.

Sademäärä

Automaattiset sademittarit ovat punnitsevia sadevaakoja. Sateen mittaus perustuu nestemäisen sademäärän massan punnitsemiseen, jonka jälkeen massa muutetaan laskentakaavalla millimetreiksi. Automaattinen sademittari ilmoittaa sademäärän tunnin kertymänä, josta lasketaan summaamalla 12 ja 24 tunnin sadekertymät. Sademittari tuottaa myös tiedon sateen intensiteetistä.

Sademittarin ympärillä käytetään tuulisuojusta vähentämään tuulen vaikutusta sateen määrän mittaukseen. Tuulisuojus on tarpeellinen erityisesti lumisateita mitattaessa, jolloin tuulisuojus estää kevyiden lumihiutaleiden kulkeutumista sademittarin suuaukon ohi. Talviaikaan, kun lumisateita esiintyy, automaattisessa sademittarissa käytetään sulatusnestettä, jotta sademittari voi havainnoida lumisateen määrän. Sademittarin suuaukon kauluksessa on lisäksi lämmitys, joka ehkäisee suuaukon täyttymisen sankalla lumisateella.
Sadeastian suuaukko sijoitetaan 1,5 m korkeudelle. Ihanteellinen paikka sademittarille on sellainen, jossa ympäristön esteet ovat noin kaksi kertaa korkeutensa etäisyydellä sadeastiasta.

Sademittari vasemmalla ja lumensyvyyden mittari edessä oikealla.

Lumensyvyys

Lumensyvyyden automaattimittaus perustuu ultraäänellä tehtävään etäisyysmittaukseen kohtisuoraan maanpintaa kohti. Lumensyvyysmittarin alustana käytetään tasaiselle perustukselle kiinnitettyä keinonurmialustaa, jotta alusta pysyy tasakorkuisena. Lumensyvyysanturille on säädetty vakioetäisyys maanpinnasta, ja kun etäisyys anturista maanpintaan lyhenee ilmoittaa anturi lyhentyneen etäisyyden lumensyvyytenä.

Mittausmenetelmästä johtuen voimakas lumen kinostuminen tuulisella mittauspaikalla, roskat mittausalueella, maan routiminen ja eläimet voivat tuottaa häiriötä mittausdataan. Haittojen vaikutusta vähennetään teknisillä ratkaisuilla sekä asemanhuolto- ja ylläpitotoiminnalla. Mittauspaikassa ympäröivien esteiden tai kasvuston tulisi sijaita yhtä etäällä mittapaikasta kuin sademittauksessakin eli kaksi kertaa esteen korkeus. Mittaus on täysin pistemäinen, joten yksittäinen mittaus voi poiketa alueellisesta keskiarvosta.