Rajuilmat
Huolimatta Suomen pohjoisesta sijainnista ja viileähköstä ilmastosta sadekuuro- ja ukkospilviä esiintyy maassamme kesäaikaan lähes päivittäin. Ukkossadetta voi tulla yksittäisistä noin kymmenen kilometrin läpimittaisista ukkospilvistä, mutta joskus myös laajoista satojen kilometrien kokoisista pitkäkestoisista ukkospilvirykelmistä. Erityisesti kesän kosteimpina hellepäivinä ukkospilvet voivat kehittyä voimakkaiksi rajuilmoiksi ja aiheuttaa rankkaa sadetta, voimakkaita ukkospuuskia, suuria rakeita ja jopa trombeja.
Sade- ja ukkoskuurojen syntyresepti
Sade- ja ukkoskuurojen syntyminen vaatii kolmen ainesosan läsnäolon:
Kosteus. Ratkaisevaa on riittävä ilmankosteuden määrä maanpinnan läheisyydessä, alimpien satojen metrien paksuisessa ilmakerroksessa.
Epävakaus, jolla tarkoitetaan tässä sopivaa lämpötilan pystyjakaumaa. Käytännössä lämpötilan täytyy laskea riittävän paljon maanpinnalta 5-10 kilometrin korkeudelle saakka.
Laukaiseva tekijä. Kosteus- ja lämpötilajakauma ratkaisevat yksin sen energiamäärän, joka kuuropilvien muodostumiseen on tarjolla. Vaikka energiaa olisi paljonkin, kuuropilvet eivät kehity ilman riittävää alkusysäystä. Sopiva kehityksen laukaiseva tekijä voi olla esimerkiksi tuulten kohtaamis- eli konvergenssivyöhyke, jossa ilma joutuu pakotettuun nousuliikkeeseen.
Jos näistä kolmesta yksikin ainesosa puuttuu, kuuropilvien kehittyminen estyy.
Yksisolukuurot
Kun edellä kuvatut aineosat löytävät toisensa, maanpinnan läheisyydessä oleva lämmin ilma alkaa kohota. Kohotessaan se jäähtyy ja saavuttaa lopulta korkeuden, jolla ilmassa oleva kosteus alkaa tiivistyä pieniksi pilvipisaroiksi. Ilmavirtaukset pilven sisällä ovat lähes yksinomaan nousevia, ja pilvi kasvaa nopeasti korkeutta.
Pilven korkeuden kasvu jatkuu niin kauan, kun pilven ympäristössä oleva lämpötilajakauma sen sallii (eli niin kauan, kun nouseva ilma on ympäröivää ilmaa lämpimämpää). Käytännössä kasvu voi pysähtyä vaikkapa viiden kilometrin korkeudella tai vasta 13 kilometrissä.
Saavutettuaan huippukorkeutensa pilven uumeniin on muodostunut valtavat määrät sadepisaroita, lumirakeita ja jääkiteitä, ja pilvessä on käynnistynyt laskeva ilmavirtaus. Tässä vaiheessa sade on rankimmillaan ja salamointi (mikäli sitä esiintyy) kiivaimmillaan.
Lopulta laskevien ilmavirtausten viileä ilma leviää maanpinnalla niin laajalle alueelle, että se katkaisee lämpimän ja kostean ilman syötön pilveen. Näin pilvessä oleva nouseva ilmavirtaus heikkenee, ja laskevat ilmavirtaukset valtaavat pilven. Tämän jälkeen pilvi kuihtuu nopeasti pois.
Koko edellä kuvattu kehityskulku saattaa kestää ainoastaan puoli tuntia ja on tyypillinen yksisolukuuron elinkaari. Meteorologiassa konvektiosolulla tarkoitetaan juuri tätä yksittäistä kuuropilveä, joka sisältää yhden pääasiallisen nousuvirtaus-laskuvirtausparin.
Monisolukuurot ja ukkospilvijärjestelmät
Jos tarkastellaan kuuropilvien esiintymistä esimerkiksi säätutkakuvien avulla, voidaan havaita, että lyhytikäisiä ”eristäytyneitä” yksisolukuuroja on melko harvassa. Konvektiosolut näyttävät useimmiten muodostavan yksittäistä kuuropilveä laajempia ja pitkäikäisempiä kokonaisuuksia. Jos kuuropilvialue muodostuu useammasta peräjälkeen syntyvästä konvektiosolusta, kokonaisuudesta voidaan käyttää nimitystä monisolukuuro. Yleensä alueen erilliset soluvat ovat eri vaiheessa elinkaartaan eli kokonaisuus sisältää sekä muodostumassa olevia että häviäviä soluja. Jos alueesta tulee useiden tuntien ikäinen ja läpimitaltaan yli 100 kilometrin kokoinen, voidaan puhua konvektiivisesta järjestelmästä tai ukkospilvijärjestelmästä.
Tarkasteltaessa monisolukuuroja tai yleensä vaaraa aiheuttavia kuuro- ja ukkospilviä edellä esitettyyn listaan voidaan lisätä neljäs ainesosa:
4. Tuuliväänne. Tällä tarkoitetaan tuulen nopeuden ja suunnan muuttumista maanpinnalta ylöspäin mentäessä. Esimerkiksi ilmavirtausten voimistuminen maanpinnalta 3-6 kilometrin korkeuteen saakka lisää vaaraa aiheuttavien kuuropilvien mahdollisuutta.
Tämä ainesosa eroaa kuitenkin muista sillä tavoin, ettei sen läsnäolo ole täysin välttämätön, jotta ukkospilvijärjestelmiä tai vaaraa aiheuttavia ukkospilviä voisi esiintyä.
Monisolukuuroissa (ja ukkospilvijärjestelmissä) maanpinnalla leviävä, laskuvirtauksista peräisin oleva viileä ilma katkaisee lämpimän ilman syötön joihinkin konvektiosoluihin, mutta aiheuttaa samalla etureunassaan uusien kuuropilvien kehittymisen. Tämä on mahdollista alueilla, joilla viileä laskuvirtausilma kohtaa lämpimän ilman. Näin muodostuu tuulten kohtaamis- eli konvergenssivyöhyke, jolla esiintyvä pakotettu nouseva liike johtaa uusien konvektiosolujen syntymiseen. Tällä tavoin muun muassa ukkospilvijärjestelmät kykenevät itse luomaan tavan ylläpitää uusien ukkoskuurojen tuotantoa.
Laajat konvektiiviset järjestelmät ovat Suomessa yleisiä. Niitäkin järjestelmiä, joissa esiintyy runsaasti salamointia ja erittäin rankkaa sadetta, havaitaan vuosittain useita kymmeniä. Yhden järjestelmän elinikä on tyypillisesti 5-12 tuntia, minkä aikana se ehtii kulkea jopa satojen kilometrien matkan. Salamoinnin ja rankan sateen lisäksi järjestelmissä voi esiintyä suuria rakeita, trombeja ja erittäin voimakkaita ukkospuuskia.
Esimerkiksi kesän 2010 rajuilmojen vahingot olivat suurelta osin erittäin voimakkaiden ukkospilvijärjestelmien ja niihin liittyneiden ukkospuuskien aiheuttamia. Myös etelärannikolle osunut Kiira-rajuilma elokuussa 2017 sekä juhannusviikon 2021 rajuilmat Ahti, Paula ja Aatu olivat nopealiikkeisiä ja vaarallisia ukkospilvijärjestelmiä. Rajuilmojen aikana kymmenet tuhannet kotitaloudet jäivät sähköttä, ja pelastustoimelle kertyi sadoittain sään aiheuttamia raivaus- ja pelastustehtäviä.
Supersolut
Otollisen tuulen pystyjakauman vallitessa konvektiosolusta voi kehittyä supersolu. Supersolua voidaan luonnehtia yksisolukuuron erikoistapaukseksi, jolle on ominaista pitkäikäisyys, erittäin voimakas ja pyörivässä liikkeessä oleva nousuvirtaus, muista konvektiosoluista hieman poikkeava liikesuunta ja suuri vaarallisen sään todennäköisyys.
Lukuisissa tutkimuksissa on ilmennyt, että supersolujen mahdollisuus kasvaa jyrkästi, kun tuuliväänne alimman 5-6 kilometrin paksuisessa ilmakerroksessa voimistuu. Tuuliväänne aiheuttaa ilmakehään pyörteisyyttä, jonka pyörimisakseli on vaakatasossa. Muodostuessaan supersolu kykenee kääntämään tätä pyörteisyyttä pystytasoon, minkä seurauksena konvektiosolun keskivaiheille muodostuu pyörivässä liikkeessä oleva pienikokoinen matalapaine (mesosykloni). Juuri mesosyklonin esiintyminen on ehtona sille, että konvektiosolu voidaan nimetä supersoluksi.
Mesosyklonin muodostumisen jälkeen supersolun itse aiheuttama tapahtumaketju voi johtaa pyörteisyyden kasvamiseen mesosyklonin alapuolella ja jopa trombin (tornadon) muodostumiseen. Vuosikymmenten tutkimustyöstä huolimatta trombien syntymisen tarkkoja yksityiskohtia ei vieläkään tunneta. Lue lisää trombien esiintymisestä Suomessa.
Yleinen harhaluulo on, että Suomessa ei esiinny lainkaan tai esiintyy äärimmäisen harvoin supersoluja. Säätutkamittauksia tarkastelemalla on kuitenkin havaittu, että supersoluja esiintyy maassamme joka kesä, todennäköisesti vieläpä useana päivänä. Viileähkön ilmaston vuoksi melko suuri osa Suomen supersoluista jää korkeudeltaan vaatimattomaksi verrattuna esimerkiksi Yhdysvalloissa esiintyviin supersoluihin. Näistä matalahuippuisista supersoluista käytetään toisinaan nimitystä minisupersolu.
Suomessa tyypillisimmät vaaraa aiheuttavat säätekijät supersoluissa ovat suuret rakeet, voimakkaat ukkospuuskat ja trombit. Yhdysvalloissa tehtyjen tutkimusten mukaan trombeja esiintyy kuitenkin vain alle kymmenesosassa supersoluista. Näin ollen pelkän supersolutunnistuksen perusteella ei voida laatia luotettavaa varoitusta trombista.