Sade, pilvet ja lumi

Miten pilvien määrää voidaan mitata automaattisesti?

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.

Paljonko lumi lisää valoisuutta?

Talvella valoisuus riippuu osaksi 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 %.

Miksi lumi on valkoista?

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 Suomeen asti. Lopulta meillä ne satavat maahan lumen mukana. Esimerkiksi hiekkahiukkaset värjäävät lumen omalla värillään.

Miten pilvet syntyvät ja hajoavat?

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.

Millaisia helmiäispilvet ovat?

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 niitä voidaan havaita myös ennen auringonnousua.

Mikä on pystyvirtaus eli konvektio?

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.

Miksi kesällä on usein pilvistä päivisin, muttei illalla?

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. Suotuisissa tilanteissa kumpupilvet voivat levitä laajemmaksikin pilvialueeksi.

Illalla kun auringonsäteily lakkaa, myös nousevat ilmavirtaukset lakkaavat ja pilvet häviävät. Säärintamiin liittyvien pilvien, niin kutsuttujen kerrospilvien määrässä ei ole mainittavaa vuorokausivaihtelua.

Paljonko millimetri vettä on litroina?

Sateen mittaus- ja tilastoyksikkö on millimetri (mm). Se ilmoittaa, miten paksu kerros vettä kertyy maanpinnalle, mikäli vesi ei valu, imeydy eikä haihdu minnekään. Kun neliömetrin pinta-alalle kertyy tasaisesti yhden millimetrin paksuinen kerros vettä, neliömetrin pinta-alalla on yhteensä 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.

Paljonko lumi painaa?

Hyvä muistisääntö on, että karkeasti ottaen 1 cm lunta on sulatettuna 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. Pakkaslumen vesiarvo on pienempi.

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.

Miksi pilven eri osista tulee erikokoisia pisaroita?

Oletettavasti kyseessä on kuurosade eikä tasainen jatkuva sade. Kuurosade- ja ukkospilvessä sadepisaroiden kokojakautuma voi todellakin 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 taas 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 ne välttämättä ehdikään sulaa, kun ne 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.

Mitä ennustaa jalaspilvi?

Nimensä mukaiset jalasta muistuttavat yläpilvet, jotka ovat 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 tarpeellisia jääkiteitä.

Kuva jalaspilvestä http://www.wolkenatlas.de/wolken/wo12922.htm

Kuinka paljon maapallolla on pilviä?

Pilvien määrä vaihtelee, keskimäärin noin 40 % maapallon pinta-alasta on pilvien peitossa.

Pilvet eivät kuitenkaan ole jakautuneet tasaisesti. Selkeintä on hepoasteilla 30. leveyspiirin 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. Suomen leveysasteilla on tyypillisesti "vaihtelevaa pilvisyyttä" jonka aiheuttavat polaaririntama ja siihen liittyvät liikkuvat matalapaineet.

Mikä antaa pilvelle muodon?

Alempana ilmakehässä olevat pilvet koostuvat pienen pienistä vesipisaroista. Sumu on itse asiassa maahan ulottuvaa pilveä. Pilvet näyttävät valkoisilta. Mikäli pilvi on paksu. esim. ukkospilvi, se näyttää tummalta paksuutensa vuoksi.

Kumpupilvet syntyvät auringon lämmityksen aiheuttamista nousevista ilmavirtauksista, ja ne antavat pilville kumpumaisen muodon. Voimakas tuuli saa pilvet hajoamaan ja muuttumaan repaleisiksi. Laajan alueen kerrospilvet kuten sadepilvet liittyvät laaja-alaiseen nousevaan liikkeeseen esimerkiksi. säärintamien yhteydessä. Ylempänä olevat harsomaiset pilvet koostuvat jääkiteistä, mikä antaa niille kuitumaisen rakenteen.

Mikä on vesisateen ja lumisateen suhde? Eli paljonko esimerkiksi 10 mm vesisade olisi lumisateena?

Hyvä muistisääntö on että 1 cm lunta sulatettuna on 1 mm vettä eli 10 mm vesisade vastaisi talvella 10 cm lumenkertymää. Oikeasti tässä on jonkin verran vaihtelua lumen ominaisuuksien mukaan, mutta pätee riittävällä tarkkuudella käytännössä.

Miten lumensyvyyden ennätykset tilastoidaan?

Pitkä ajan lumitilastojen vertailukelpoisuuden säilyttämiseksi tilastoarvona käytetään kello 06 UTC (eli talvella kello 8 Suomen aikaa) tehtyjä mittauksia. Kun havaintoja vuosikymmenien ajan tekivät ihmiset, tietoja päivitettiin nykyistä harvemmin. Nykyisin käytössä on automaattisia havaintomenetelmiä ja esimerkiksi Ilmatieteen laitoksen verkkopalveluun lumensyvyys päivittyy havaintoasemilta 10 minuutin välein. Lumensyvyysmittaukset voivat vaihdella hyvin nopeasti. Esimerkiksi voimakas tuuli voi kuljettaa kevyttä pakkaslunta mittausasemalta tai kinostaa sitä. Vähitellen lumi myös pakkautuu tiiviimmäksi.

Kymmenen minuutin välein päivittyvät lumihavainnot ovat automaattianturin tuottamia. Nämä havainnot voivat poiketa tilastoihin ja ennätysrekisteriin kelpuutettavista, aamulla (06 UTC) tehdyistä manuaali- tai automaattihavainnoista. Ilmatieteen laitoksen ilmastokeskus vahvistaa viralliseen ennätysrekisteriin tallennettavan, tarkistetun lumensyvyyden.

Mitä pilvet kertovat lähituntien säästä?

Pilvet liittyvät sääjärjestelmiin, etenkin matalapaineisiin, ja niiden liikkeeseen. Myös paikalliset olot synnyttävät ja haihduttavat pilviä.

Lämpimän rintaman lähestyessä ilmaantuu yleensä taivaalle yläpilviin kuuluvia untuvapilviä (Cirrus), jotka ovat kuitumaisia ja usein jalaksenmuotoisia. Rintaman lähestyessä ne tihenevät harsopilveksi (Cirrostratus), jossa voi näkyä auringon ympärillä rengas tai muita ns. haloja. Rintaman edelleen lähestyessä pilvet paksunevat, niiden alaraja laskee ja niistä tulee keskipilviin kuuluvia verhopilviä (Altostratus), joista aluksi aurinko näkyy läpi ja myöhemmin ei. Lopulta pilvet muuttuvat paksuksi sadepilveksi (Nimbostratus).

Lämpimässä rintamassa sataa melko tasaisesti ja pitkään. Sen sijaan kylmässä rintamassa pilvivyöhyke on kapeampi, joten pilvet kehittyvät nopeammin kuin lämpimässä rintamassa. Kylmän rintaman sade on kuuroittaista ja verrattain lyhytaikaista ja voi ukkostaa. Kylmään rintamaan liittyy myös puuskainen tuuli ja puuskaisuus, ja ne jatkuvat pitkälti rintaman ylityksen jälkeenkin.
 
Kumpupilvet (Cumulus) syntyvät, kun maanpintaa lähellä olevat kerrokset lämpenevät ja synnyttävät pystyvirtauksia. Kumpupilviä on tyypillisesti kesäpäivinä. Ne kehittyvät yleensä aamupäivällä ja katoavat illalla ("poutapilvet"). Kesäisessä korkeapaineessa tämä saattaa toistua useana päivänä peräkkäin. Kun ilmakehän saa lisää kosteutta, kumpupilvet kasvavat korkeutta ja kehittyvät lopulta kuuro- ja ukkospilviksi (Cumulonimbus).
 
Koska pystyvirtauksia ei kehity viileän vesipinnan yllä, näyttävät iltapäiväkuurot ja -ukkoset kiertävän etenkin keväällä ja alkukesästä merialueita ja suuria järviä. Sen sijaan esimerkiksi kylmään rintamaan liittyvät sadekuurot ja ukkonen (rintamaukkonen) eivät juuri piittaa vesialueista, koska ilmiö syntyy paksummassa ilmakerroksessa, ja ne liikkuvat suurten ilmavirtausten mukaan. Loppukesästä ja syksyllä on tilanne toinen ja ukkosia sekä kuurosateita on enemmän merellä ja sieltä ne voivat ajautua maalle.
 
Mikäli aamulla on taivaalla hahtuvapilviin (Altocumulus) kuuluvaa kokkarepilveä (Altocumulus floccus) tai vallinharjapilveä (Altocumulus castellanus), enteilee se sadekuuroja ja ukkosia myöhemmin päivällä. Nuo pilvet kertovat, että muutaman kilometrin korkeudessa olevassa ilmakerroksessa syntyy herkästi pystyliikkeitä eli ilman tasapainotila on siellä epävakaa. Kun nousevia virtauksia kehittyy päivällä maanpinnanläheisessä kerroksessa auringon lämmittäessä, ne jatkavat helposti ylempiin kerroksiin, jolloin syntyy kuuro- ja ukkospilviä. Kokkarepilvet ja vallinharjapilvet ovat myös merkkinä tulevasta kylmästä rintamasta.

Tutustu Teematietoa-osion pilvikuvastoon

Miksi lumensyvyyshavainto eroaa lumitilastoissa ilmoitetusta lumensyvyydestä, vaikka havaintopaikka olisi sama?

Joillakin Ilmatieteen laitoksen havaintoasemista lumensyvyyttä mittaa sekä havainnontekijä että automaattinen mittalaite. Havainnontekijä tekee lumensyvyyshavainnon kello 8 (kesäaikaan kello 9) aamulla. Joillakin havaintoasemilla tehdään illalla vielä toinen havainto. Automaatti taas mittaa lumensyvyyttä 10 minuutin välein.

Jos asemalla tehdään kaksi erilaista mittausta, manuaalista eli ihmisten tekemää havaintoa pidetään virallisena. Lähes reaaliaikaisella Paikallissää-sivulla näkyvät havainnot ovat pääosin peräisin automaattisesta mittalaitteesta.

Lue lisää lumensyvyysmittauksesta artikkelista Mistä "virheelliset" havaintotiedot johtuvat?