Tutkimus- ja kehitystoiminta
Kaukokartoitustiedon hyödyntäminen
Kaukokartoitusmenetelmät mahdollistavat meteorologisten suureiden mittaamisen hyvällä ajallisella ja paikallisella erottelukyvyllä. Säämallien laskentahilan tihentyessä kaukokartoitustiedon merkitys havaintotiedon lähteenä tulee kasvamaan. Ilmatieteen laitoksen säämalliryhmässä kaukomittauksiin liittyvä tutkimus kohdistuu toisaalta doppler-säätutkalla tehtäviin tuulimittauksiin, toisaalta maanpäällisten GPS-vastaanottimien avulla tehtyihin viivehavaintoihin, jotka antavat tietoa ilmakehän kosteudesta.
Kilometrimittakaavan säänennustemallin kehitys
Pienen mittakaavan ilmiöitä, kuten ukkospilviä ja niihin liittyviä sateita, ei pystytä suoraan ratkaisemaan nykyisillä numeerisilla säänennustusmalleilla. Kilometriskaalan numeerinen ilmakehämalli tarjoaa työkalun, jolla kyseiset ilmiöt voidaan fysikaalisesti järkevällä tavalla ottaa huomioon. Tutkimus keskittyy pääasiassa pilvien ja sateiden ennustamiseen liittyviin ongelmiin.
Maanpinnan muotojen vaikutus
Tehdäkseen hyviä sääennusteita ilmakehämallit tarvitsevat mahdollisimman tarkkaa tietoa maanpinnan muodoista. Pinnan rosoisuus, pienemmät ja suuremmat mäet ja vuoret aiheuttavat ilmavirtaukseen erikokoisia ja eriluonteisia pyörteitä ja aaltoja. Pienimpien esteiden vaikutukset ilman liikkeisiin pitää mallintaa erikseen. Ilmakehämallin kannalta tällaisia pienilmiöitä sanotaan alihilaisiksi. Niiden käsittelyyn tarvitaan monenlaisia käsitteitä ja teorioita, koska ilmiöt ovat erikokoisia ja erilaatuisia. Pienimmät vuoriston ilmakehään synnyttämät aallot ovat toisille malleille alihilaisia, toisille suoraan perusyhtälöistä ratkaistavissa. Tiheähilaisten mallien toivotaan antavan yksityiskohtaisempaa tietoa paikallissäästä, vaikkapa vuoristoseutujen tuuli- ja lämpöoloista, mutta harvahilaistenkin mallien pitää keskimäärin kuvata oikein pinnan ja ilmakehän vuorovaikutusta.
Sateen syntyprosessit
Yksi tärkeimpiä mikrofysiikan tutkimuskohteita meteorologiassa on pilvien ja sateen synty. Suurten pisaroiden syntymekanismia ei vielä tarkoin tunneta. Yhtenä mahdollisena syynä pisarakoon kasvuprosessin alkamiseen ovat lämpötilan ja vesihöyrypitoisuuden turbulenttiset värähtelyt. Asiaa selvitellään tässä tutkimuksessa laajoilla Monte Carlo -tyyppisillä tietokonesimuloinneilla. Näyttää siltä, että pienetkin tällaiset värähtelyt saattavat olla tärkeitä tekijöitä pisarakoon kasvuprosessin alkamisessa, joka lopulta johtaa nopeaan pisarakoon kasvuun ja sateen syntyyn.
Tuuliolosuhteet merillä
Suomenlahden sijainti ja leveys ovat sellaiset, että kohtuullisilla lounais- ja länsituulilla ne suosivat rannikon suuntaisesti puhaltavien rajakerroksen suihkuvirtauksien muodostumista ja voivat johtaa voimakkaisiin rannikon suuntaisiin pintatuuliin. Kirkkaiden päivien merituulet voimistavat edelleen näitä suihkuvirtauksia. Tutkimuksessa käytetty hienohilainen HIRLAM-säämalli kykenee ennustamaan nämä ilmiöt. Tuulen suunnan onnistunut ennustaminen edellyttäisi kuitenkin rannikkoviivan tarkempaa kuvaamista. Hienohilaisella mesomallilla saadaan parempia tuloksia, mutta mallin todentaminen monimutkaistuu.
Ilmakehän rajakerros ja sen vuorovaikutus maan- ja merenpinnan kanssa
Maapallon pinnasta aiheutuva kitka vaikuttaa ilmakehän virtauksiin heikentäen tuulen nopeuksia ja synnyttäen turbulenttista sekoittumista ilmakehän alimmissa osissa, ns. rajakerroksessa. Lämpöä ja kosteutta voi siirtyä joko pinnasta ilmaan tai ilmasta pintaan. Pinnan ollessa ilmaa lämpimämpi ilmakehän rajakerros sekoittuu tehokkaasti. Sen sijaan pinnan ollessa ilmaa kylmempi rajakerros vakintuu eli stabiloituu, jolloin sekoittuminen on huomattavasti vähäisempää.
Ilmatieteen laitoksella kiinnitetään paljon huomiota stabiilin rajakerroksen tutkimukseen, sillä se on säänennustusmalleille haasteellisin tilanne. Lämmön ja kosteuden vaihtoa tutkitaan ilmakehän ja erilaisten alustatyyppien välillä, jotta näiden prosessien kuvausta malleissa voitaisiin parantaa. Työ perustuu mallikokeiden ohella monipuolisten havaintojen tekoon.
|
Eräs tapa kuvata ilmakehän ja maanpinnan vuorovaikutusta.
|
|