 |
|
|
|
Kysymyksiä ja vastauksia | Sade, pilvet ja tuulet
Sade, pilvet ja tuulet
Tuulen suunta kertoo mistä päin tuulee. Etelätuulella tuulee siis etelästä pohjoisen suuntaan, länsituulella lännestä itään jne. Muistisääntönä voi pitää vaikkapa lausetta "tuuli tuo, virta vie".
Sekaannusta saattavat aiheuttaa sääkartoilla käytettävät tuulinuolet. Etelätuulta kuvaa nuoli, jonka kärki osoittaa pohjoiseen. Länsituulta kuvaavan nuolen kärki osoittaa itään jne.
Pilvien määrää voidaan mitata ceilometriksi kutsutulla laitteella. Automaattinen mittaus perustuu maanpinnasta lähetetyn sähkömagneettisen pulssin siroamiseen pilvestä takaisin sääasemalla olevaan mittariin. Kiinteästi pystysuoraan osoittava mittari laskee pilviosumia edellisen puolen tunnin ajalta. Havaittu pilvisyyden määrä ilmoitetaan kahdeksasosina taivaankannesta.
Täysin pilvistä kuvaava koodi 8/8 tulee tulokseksi vasta kun taivas on aivan kokonaan pilvien peitossa. Meteorologisen sopimuksen mukaan laite ilmoittaa pilven määräksi 7/8 vaikka pilvikatossa olisi vain yksittäinenkin reikä. Ceilometri antaa tuloksen 7/8 myös mikäli taivaan peittävässä pilvikatossa on mitattu vain heikkoja pilviosumia viimeisen 15 minuutin aikana. Vastaavasti pilven määräksi ilmoitetaan 1/8, vaikka taivaalta olisi saatu vain yksittäisiä pilviosumia viimeisen 30 minuutin aikana.
Ihmiset katsovat pilviä yleensä hiukan eri tavoin kuin automaatti. Pilvenkorkeusmittareiden mittausetäisyys ulottuu tyypillisesti 7,5 km:n korkeuteen maanpinnasta. Eroja silmin näkyvään pilven määrään voi aiheutua jos pilvet sijaitsevat mittarin mittausetäisyyden ulottumattomissa tai ovat liian ohuita aiheuttaakseen mitattavissa olevaa takaisinsirontaa. Esimerkiksi ohuiden yläpilvien kohdalla ihmissilmä on usein automaattia herkempi.
Suomessa voimakkaat, laajaa tuhoa aiheuttavat tuulitilanteet nimetään nimipäiväkalenterin mukaan. Nimipäivänimitys on käytännöllinen, sillä jos nimen muistaa, niin päivämäärä löytyy myöhemminkin allakasta.
Suomessa meteorologit puhuvat myrskystä kun 10 minuutin keskituuli on vähintään 21 m /s. Suomessa maa-alueilla myrskyää erittäin harvoin. Paikallisia rajuilmoja osuu silti Suomeenkin. Rajuilmalla tuulen puuskat ja maaston muodot voivat aiheuttaa paikallisesti huomattaviakin metsä- ja muita tuhoja.
Hurrikaanit nimetään vuosittain aakkosjärjestyksessä A:sta alkaen niin, että joka toinen on hurrikaani saa nimensä mieheltä ja joka toinen naiselta. Ennen vuotta 1979 hurrikaaneille annettiin pelkästään naisten nimiä.
Nimilistat kokoaa ja vahvistaa kolmen vuoden välein Maailman ilmatieteen järjestö, WMO. Suuret, paljon tuhoa ja julkisuutta saaneiden hurrikaanien nimet pyritään jättämään pysyvästi pois käytöstä.
Muilla merialueilla on omat nimilistansa. WMO jakaa myrskyalueet maailmanlaajuisesti. Esimerkiksi Keski-Tyynenmeren myrskyille annetaan havaijin kielisiä nimiä. Kaikki listat eivät myöskään aloita nimeämistä joka vuosi A:sta.
Luonnossa lämpötila- ja ilmanpaine-erot pyrkivät tasoittumaan. Maanpinnalle tulevan auringonsäteilyn määrä vaihtelee leveyspiirin mukaan: päiväntasaajalle tulee eniten säteilyä, napa-alueille vähiten.
Tuulen syntyä voi havainnollistaa tarkastelemalla kahta vierekkäistä ilmapilaria, joissa vallitsee aluksi sama ilmanpaine. Oletetaan, että oikeanpuoleiseen tulee enemmän lämpösäteilyä kuin vasemmanpuoleiseen. Tästä seuraa:
- Oikeanpuoleinen ilmapilari lämpenee, jolloin siinä oleva ilma pyrkii laajenemaan. Se pääsee laajenemaan vapaasti ylöspäin, eli pilari venyy korkeammaksi.
- Pilareiden ilmamassa on edelleen sama, eli ilmanpaine maanpinnalla on sama kummassakin pilarissa. Sen sijaan muualla pilarissa oikeanpuoleisen pilarin ilmanpaine millä tahansa korkeudella on suurempi kuin vasemmanpuoleisen. Ero on suurin ylhäällä.
- Paine-eroa tasaamaan syntyy tuuli, joka puhaltaa korkeamman ilmanpaineen alueelta matalamman ilmanpaineen alueelle.
- Tällöin oikeanpuoleisessa pilarissa ilmamassa vähenee, eli paine maapinnalla laskee. Vasemmanpuoleisessa pilarissa paine taas nousee.
- Tätä paine-eroa tasaamaan syntyy maanpinnalla tuuli, joka puhaltaa päinvastaiseen suuntaan kuin ylhäältä.
- Tilannetta tasapainottamaan pilareihin muodostuu pystyvirtauksia, ja syntyy suljettu kiertoliike.
Todellisessa ilmakehässä tilanne on monimutkaisempi. Ilman kiertoliikkeeseen vaikuttavat maapallon muodon lisäksi sen pyöriminen itsensä ja Auringon ympäri. Lisäksi maa- ja merialueiden muoto ja jakautuminen sekä kitka ilmakehän alimmassa osassa vaikuttavat ilman kiertoliikkeisiin.
Lumen väri liittyy auringonvaloon, sen suoriin säteisiin ja niiden heijastuksiin ilmakehässä. Heijastunutta säteilyä kutsutaan hajasäteilyksi. Auringosta tuleva valo on valkoista kulkiessaan suoraan ilmakehän läpi kohti maata. Valkoinen auringonvalo sisältää kaikki eri aallonpituuksilla olevat värit, niin sanotun spektrin.
Ilmakehässä on vettä vesihöyrynä, vesipisaroina ja jäätyneenä lumena tai jääkiteinä. Vesi on väritön, läpinäkyvä aine. Lumi ja jääkiteet ovat vedestä syntyessään myös värittömiä, jolloin niistä heijastuu koko niiden vastaanottama värispektri eli valkoinen valo. Se näkyy valkoisena valona kaikissa niissä olosuhteissa, jolloin spektri ei hajoa. Spektri hajoaa esimerkiksi sateenkaaressa. Silloin valkoinen valo siroaa (heijastuu) vesipisaroista eri aallonpituuksilleen.
Itse asiassa lumi ei ole aivan valkoista, vaan puhtaimmillaan kirkkaalla ilmalla sinertävää. Tällöin lumi heijastaa taivaan sineä. Ilmiön huomaa parhaiten illalla lähellä auringonlaskun aikaan lumipinnan varjoista.
Muun väriset kuin sinertävät lumet johtuvat siitä, että lumikiteisiin on takertunut runsaasti voimakkaan värisiä pienen pieniä hiukkasia. Toisinaan tuuli irrottaa Saharasta hiekkahiukkasia, jotka kevyen kevyinä kulkeutuvat ilmavirtausten mukana meille asti. Lopulta meillä ne satavat maahan lumen mukana. Esimerkiksi hiekkahiukkaset värjäävät lumen omalla värillään.
Talvella valoisuus riippuu lisäksi lumiolosuhteista. Puhdas, kuiva lumi lisää valoisuutta, koska se heijastaa 80-90 % saapuneesta valosta. Toisin sanoen valon määrä lähes kaksinkertaistuu. Siksi syksyn hämärää lievittää mustaan maahan satanut uusi lumi huomattavasti. Vastaavasti keväthanki häikäisee, koska valon määrä lähes kaksinkertaistuu, kun auringon säteet heijastuvat lumipinnalta. Lumen vesipitoisuuden kasvaessa sen heijastusominaisuudet muuttuvat, ja märkä lumi heijastaakin vain noin puolet saapuneesta valosta. Sulan maan heijastuskyky on enää vain 10 %.
Pilvet syntyvät ilman ollessa nousevassa liikkeessä. Kumpupilvet ja kuuropilvet syntyvät pienemmän mittakaavan nousevasta liikkeestä, jonka pääasiallinen synnyttäjä on auringonsäteily.
Laajat pilvikerrokset syntyvät laajan mittakaavan nousevassa liikkeessä, jota aiheuttavat mm. säärintamat ja maaston muodot. Myös eri kosteuksisten ilmamassojen sekoittuminen synnyttää pilviä.
Pilvet häviävät ilman kuivuessa. Myös tuuli hajoittaa pilviä.
Helmiäispilvet ovat yläilmakehässä eli stratosfäärissä esiintyviä jääkidepilviä. Tyypillisesti helmiäispilviä esiintyy 20-30 kilometrin korkeudessa.
Helmiäispilviä havaitaan talvikuukausina, lähinnä tammi- ja helmikuussa. Usein ne ovat yhteydessä voimakkaisiin matalapaineisiin ja ovat merkkinä kosteudenvaihdosta troposfäärin ja stratosfäärin välillä. Mikäli stratosfäärin lämpötila on tavanomaista alempi, ovat helmiäispilvet yleisempiä.
Helmiäispilvien esiintymisellä ja otsonikadolla on myös yhteys: runsas helmiäispilvien esiintyminen merkitsee otsonikatoa. Helmiäispilvet näkyvät yleensä auringonlaskun jälkeen, mutta myös ennen auringonnousua niitä voidaan havaita.
Poikkeuksellisen myrskyn tapauksessa Ilmatieteen laitos edellyttää, että mitattu tuulen nopeus esiintyy korkeintaan 2 - 3 kertaa sadassa vuodessa. Näin ei Janika-myrskyn (15.-16.11.2001) kohdalla aivan käynyt. Silti on todettava, että Janika-myrsky oli voimakkuudeltaan erittäin harvinainen.
Kansainvälisesti sovitun käytännön mukaan tuulen nopeus ilmoitetaan 10 minuutin keskituulen nopeutena. Kuitenkin tiedetään, että tuulivahinkoja aiheuttavat erityisesti lyhytaikaiset, voimakkaat puuskat. Ilmatieteen laitoksen pitkän ajan tuulitilastot perustuvat 10 minuutin keskituulen nopeuksiin.
Lue lisää Suomen voimakkaimmista myrskyistä.
Automaattisten havaintoasemien myötä tuulimittaukset ovat monipuolistuneet niin, että myös muutaman sekunnin mittaisten tuulenpuuskien maksimiarvoja tallennetaan. Suurimmassa osassa kovatuulisia säätilanteita mittaukset ovat vahvistaneet käsitystä siitä, että puuskanopeudet merialueilla ovat noin 1,2 - 1,3-kertaisia ja maa-alueilla noin 1,6 - 1,8-kertaisia 10 minuutin keskituulen nopeuteen verrattuna.
Marraskuun puolivälin Janika-myrskyn yhteydessä on selvitämme, oliko tuhoalueiden puuskaisuus tavallista voimakkaampaa. Säätutkatietojen perusteella konvektiopilviin liittyneet puuskat ovat voineet lisätä merkittävästi puuskaisuutta. Toinen mahdollisuus on, että kylmän ilman purkauksen yhteydessä ilmennyt parin-kolmen sadan metrin korkeudella puhaltanut voimakas suihkuvirtaus on saattanut iskeytyä paikallisesti maahan ja aiheuttaa tätä kautta erityistä puuskaisuutta.
Tuulien mittaus on haasteinen tehtävä. Tuuliolosuhteet vaihtelevat paikallisesti maastosuhteiden ja muiden esteiden myötä. Tuulituhotapauksissa jopa suhteellisen läheltä tuhopaikkaa mitattujen yksityiskohtaisten tuulimittausten edustavuus voidaan kyseenalaistaa. Tuulimittauksissa on jo kustannussyistä tyydyttävä huomattavan suurpiirteisiin, kansainvälisesti sovittuihin puitteisiin.
Lue lisää tuulesta ja ilmanpaineesta.
Myrskyn edellä ei välttämättä ole aina tyyntä. Yleensä myrskytilannetta edeltää korkeapaine tai korkeapaineen selänne, jossa tuuli on heikkoa. Aivan tyyni tilanne etenkin merellä on varsin harvinainen.
Kun ilmakehän alimmassa kerroksessa eli troposfäärissä lämpötilan aleneminen korkeuden kasvaessa on jyrkkää (keskimäärin 6.5 astetta/km) ilman sanotaan olevan vakaassa tasapainotilassa. Jos lämpötilan aleneminen jyrkkenee tästä vielä tarpeeksi, muuttuu lämpötilajakautuma epävakaaksi, josta aiheutuu voimakasta pystyvirtausta eli konvektiota.
Pystyvirtauksessa maanpintaa lähinnä oleva ilma nousee joistakin kohdista ja painuu alas toisista. Tällaisen pystyvirtausalueen tai konvektiosolun paikan ja koon osoittaa selvästi kumpu- tai kuuropilvi, jotka muodostuvat nousevasta kosteasta ilmasta. Epävakautta aiheuttaa erityisesti ilman jäähtyminen ylätroposfäärissä tai lämpeneminen alhaalla maanpinnan lähellä.
Tuulen puuskaisuus johtuu pohjimmiltaan siitä, että ilma on kaasu, ja sen liike on yleensä turbulenttista. Voimakas ilmanpaineenmuutoskin aiheuttaa turbulenttisuutta esimerkiksi kylmän rintaman ylityksessä. Puuskaisuutta aiheuttavat etenkin ilman pystysuuntaiset liikkeet. Maanpinnan aiheuttama kitka hidastaa virtausta alemmissa ilmakerroksissa, joten ylempää tulevalla ilmalla on suurempi nopeus ja se ilmenee puuskana.
Erityisen puuskaista tuuli on kylmissä ilmavirtauksissa, jolloin pystyliikkeitä syntyy herkästi. Ukkospuuskat taas syntyvät siten, että rankkasade tuo pilvestä kylmää ilmaa maanpintaan, jossa se leviää voimakkaana puuskaisena tuulena.
Kun maanpinta lämpenee päivällä auringonsäteilyn vaikutuksesta, syntyy nousevia ilmavirtauksia, jotka synnyttävät pilviä. Ilmakehässä pilviä syntyy nimenomaan tilanteessa, jossa ilma on nousevassa liikkeessä. Auringonsäteilyn aiheuttamat nousevat liikkeet ovat paikallisia ja synnyttävät kumpupilviä, pahimmassa tapauksessa jopa kuuro- ja ukkospilviä.
Illalla kun auringonsäteily lakkaa, myös nousevat ilmavirtaukset lakkaavat ja pilvet häviävät. Säärintamiin liittyvien pilvien, nk. kerrospilvien määrässä ei ole mainittavaa vuorokausivaihtelua.
Tuulen tyyntyminen illalla johtuu auringonsäteilyn lakkaamisesta. Auringonsäteily aiheuttaa tuuleen turbulenttisuutta, joka katoaa sään viiletessä.
Usein meillä pohjoisessa sää viilenee illalla voimakkaammin kuin esim. Etelä-Euroopassa. Siksi tuulen tyyntyminen iltaisin on meillä voimakkaampaa.
Sateen mittaus- ja tilastoyksikkö on millimetri (mm). Se tarkoittaa, että kun sataa, neliömetrin pinta-alalle kertyy tasaisesti yhden millimetrin paksuinen kerros vettä, kun se ei pääse virtaamaan tai valumaan pois. Silloin neliömetrin pinta-alalla on yksi litra vettä. Koska yksi litra vettä painaa yhden kilon, on siinä siten yksi kilogramma (kg) vettä.
Paljonko vettä on neliökilometrin pinta-alalla, kun on satanut 8 millimetriä vettä? Yksi neliökilometri on 1000 m x 1000 m = 1 000 000 m2. Kun se kerrotaan kahdeksalla, saadaan että neliökilometrille on satanut 8 000 tonnia eli 8 000 000 kg vettä.
Hyvä muistisääntö on, että karkeasti ottaen 1 cm lunta sulatettuna on 1 mm vettä. Tuolloin 10 mm vesisade vastaa talvella noin 10 cm lumikerrosta eli lumen syvyyttä maan pinnalla. Oikeasti tässä säännössä on yleensä vaihtelua lumen ominaisuuksien mukaan, mutta sääntö pätee riittävällä tarkkuudella vastasataneelle lumelle. Vanhetessaan lumi painuu kasaan ja siksi rakenteiden lumikuormia mitataankin lumen vesiarvolla eikä lumipeitteen paksuudella.
Paljonko painaa 8 mm vettä ja talvella 8 cm lunta? Kun tiedetään, että yksi lumisenttimetri vastaa yhtä millimetriä vetenä, niin silloinhan 8 senttiä lunta yhden neliökilometrin alueella on todellakin 8 000 tonnia lunta.
Esimerkiksi jos omakotitalon katon pinta-ala on 150 m2, ja sille on kertynyt 15 cm lumikerros, niin katolla oleva lumi painaa 15 kg/m2. Yhteensä katolla oleva lumi painaa 2 250 kg eli 2,3 tonnia.
Lisätietoa lumikuormista ja lumen vesiarvosta Suomen Ympäristökeskuksen verkkopalvelussa
Oletan että kyseessä oli kuurosade eikä tasainen jatkuva sade. Kuurosade- ja ukkospilvessä todellakin sadepisaroiden kokojakautuma voi vaihdella. Tällaiseen pilveen liittyy tyypillisesti voimakas nousevan ilmavirtauksen alue pilvisyyden etuosassa, jossa ilma tempautuu vauhdilla ylempiin ilmakerroksiin. Pilven takaosassa puolestaan on laskevan liikkeen alue ja varsinainen tasaisempi sade. Nousu- ja laskuvirtauksen raja-alueella sijaitsee usein tummimmalta näyttävä "pilvimassa", joka joskus on selvästi pyörivässä liikkeessä. Tällä pilven osalla on oma mahtavalta kuulostava nimensä, vyörypilvi. Ja toden totta, joskus kun mahtava ukkospilvi tulee kohti, pilvet näyttävät vyöryvän ylitse.
Tumman vyörypilven alueella sadepisarat saattavat pudotessaan tempautua uudelleen voimakkaan nousuvirtauksen alueelle, jolloin ne saattavat kulkeutua pilven kylmiin yläosiin ja jäätyä jääkiteiksi. Tämän jälkeen ne alkavat uudelleen pudota. Jos ne nyt tempautuvat taasen nousuvirtaukseen, kasvaa niiden koko ympäröivästä pilvimassasta tiivistyvien pienten pilvipisaroiden johdosta. Ja jos pisarat ja jääkiteet tekevät vyörypilven tienoilla tarpeeksi monta ylös-alas reissua, on muodostunut rakeita, jotka ovat niin suuria, etteivät välttämättä ehdikään sulaa kun lopulta pääsevät putoamaan maanpinnalle.
Suurimmat sadepisarat esiintyvät yleensä pilven tummimman osan alla ja ovat itse asiassa sulaneita rakeita. Jos kyseessä on ukkospilvi, on tällä kohtaa usein voimakkain salamointikin. Pilven harmaassa takaosassa pisarat ovat pienempiä, vaikka sade sinänsä voi olla melko rankkaakin.
Nimensä mukaiset jalasta muistuttavat yläpilvet, noin 8 -10 kilometrin korkeudella merenpinnasta, toimivat ensimmäisinä sanansaattajina lähestyvästä säähäiriöstä ja siihen liittyvästä lämpimästä rintamasta, johon tyypillisesti liittyy sadetta. Jalaspilvet muodostuvat jääkiteistä ja ovat tästä syystä ääriviivoiltaan epämääräisiä.
Lämpimän rintaman lähestyessä edelleen pilvisyys kasvaa ja pilvien alaraja laskee, kunnes lopulta päädytään vaiheeseen, jossa havaintopaikan yläpuolella on aito sadepilvi sateineen.
Aidon sadepilven massa ulottuu alle kilometrin korkeudesta aina jalaspilvien korkeudelle koostuen alaosastaan nestemäisistä pilvipisaroista ja yläosastaan pienistä jääkiteistä. Tällöin sadepisarat kasvavat aluksi jääkiteiden ja pilvipisaroiden välisestä vuorovaikutuksesta ja loppuvaiheessaan putoavien pisaroiden välisistä törmäyksistä. Vaikka siis jalaspilviä ei voi enää nähdä sadepilven läpi, jalaspilvet kylvävät sadepilveen sadepisaroiden kasvulle tuiki tarpeellisia jääkiteitä.
Kuva jalaspilvestä http://www.wolkenatlas.de/wolken/wo12922.htm
Pilvien määrä vaihtelee, keskimäärin noin 40% maapallon pinta-alasta on pilvien peitossa.
Pilvet eivät ole jakautuneet tasaisesti. Selkeintä on hepoasteilla (noin leveyspiirin 30 tienoilla kummallakin pallonpuoliskolla, missä on Sahara ja muita aavikkoja). Satelliittikuvissa näkyy usein päiväntasaajan tienoilla pilvisempi vyö pasaatituulten kohtaamisvyöhykkeellä. Sen sijainti vaihtelee vuodenajan mukaan ja aiheuttaa tropiikin sadekaudet. Meidän leveysasteillamme on tyypillisesti "vaihtelevaa pilvisyyttä" jonka aiheuttavat polaaririntama ja siihen liittyvät liikkuvat matalapaineet.
Ilmatieteen laitoksen säähavainnoissa tuulen nopeus mitataan noin 10 metrin korkeudelta. Hyvä tuulimittarin paikka on joka suuntaan avoin. Mittari tulisi sijoittaa riittävän korkealle. Avoimella paikalla 10 metriä on sopiva korkeus, mutta jos läheisyydessä on esteitä tuulelle, tulisi mittari sijoittaa kymmenkunta metriä esteiden yläpuolelle. Pienikin este aiheuttaa ilmapyörteitä ja vaikuttaa siten tuulen mittauksiin.
Sivun alkuun Takaisin etusivulle
|
|
|
|