Miten säätä havainnoidaan Ilmatieteen laitoksessa?
Säähavaintojen pohjalta tehdyillä sääennusteilla ja ilmastotilastoilla on tärkeä rooli sään, ilmaston ja ympäristön tutkimustoiminnassa sekä erilaisten palveluiden tuottamisessa. Säähavaintoja tarvitaan esimerkiksi lento- tai tieliikenteen, merenkulun, matkailun, energiantuotannon, kunnossapidon, maa- ja metsätalouden sääpalveluihin sekä sääennusteiden tuottamiseen kansalaisille. Säätä havainnoidaan jatkuvasti ympäri maapalloa ja kukin maa huolehtii osaltaan havaintojen teosta ja viestityksestä.
Pintasäähavaintoja tehdään kattavasti koko Suomessa. Säähavaintoverkko koostuu pääosin automaattisäähavaintoasemista, mutta osalla säähavaintoverkon asemista sääsuureita havainnoidaan kerran päivässä myös manuaalisesti, eli ihmisen tekemänä.
Säähavaintojen teko ennen ja nyt
Ensimmäinen säähavaintoasema perustettiin Helsingin Kaisaniemeen 1844, jonka jälkeen säähavaintoverkko on laajentunut vähitellen. Vuonna 1881 asemaverkko laajentui kuudella sääasemalla, ja 10 vuotta myöhemmin perustettiin ensimmäiset sadeasemat.
Manuaalisena havaintoaikakautena asemat jaettiin sää-, ilmasto-, sade- ja kesäsadeasemiin. Ilmastoasemilla tehtiin kolme havaintoa vuorokaudessa ja sääasemilla pääsääntöisesti kahdeksan havaintoa vuorokaudessa. Sadehavaintoasemilla havainnot on tehty kautta aikojen aamuisin, kerran vuorokaudessa.
Havainnot lentosääasemilla on tehty pääsääntöisesti kaksi kertaa tunnissa. Vuonna 1981 perustettiin ensimmäiset automaattisääasemat. Tämän jälkeen asemia on automatisoitu vähitellen, mikä on mahdollistanut laajan asemaverkon, jossa mitataan eri suureita tiheällä aikavälillä.
Automaattiasemilta havaintoja saadaan tällä hetkellä 1-10 min välein. Lähes kaikkien havaintoarvojen laatu tarkistetaan automaattisten testien avulla. Automaattisen laaduntarkastuksen ilmoittamat epäilyttävät tai virheelliset arvot käydään läpi vielä manuaalisesti havaintojen laadun varmistamiseksi arkipäivisin.
Säähavaintoasemilla havainnoitaviin perussuureisiin kuuluvat ilman lämpötila, ilman suhteellinen kosteus, ilmanpaine, tuuli, sademäärä, kokonaispilvisyys ja pilvenkorkeus, vallitseva sää, näkyvyys, lumensyvyys ja auringon säteily.
Alla on esitelty tarkemmin Ilmatieteen laitoksen erilaisia säähavaintoasemia, havaintoasemilla käytettäviä mittalaitteita sekä laadunvarmistusprosessia.
Havainnot tuotetaan sertifioidun ISO9001:2008-laatujärjestelmän mukaisesti.
Säähavaintoasemat ja niiden mittaukset
Havaintoasemien ylläpito vaatii monen tyyppisen lisätiedon keräämistä asemasta. Osa lisätiedoista on asemien perustietoa, esimerkiksi nimi-, mittauspaikka- ja toimintajaksotiedot, osa taas yksityiskohtaista tietoa esimerkiksi asemalla olevista laitteista ja niiden huoltotilanteesta. Asemarekisteri kattaa aseman tiedot laajasti nykypäivästä useita vuosikymmeniä taaksepäin.
Asemapaikka
Edustava havaintopaikka kuvaa alueen yleistä ilmastoa, näin ollen säähavaintoasema pyritään sijoittamaan avoimelle luonnollisen kasvuston ympäröimälle kentälle, joka tarvittaessa suojataan aidalla. Merellisillä havaintoasemilla, kuten majakoilla, havaintoantureiden sijoitteluun vaikuttaa usein se mihin niitä on ylipäätään mahdollista sijoittaa.
Asemapaikkaa valitessa pyritään ottamaan seuraavat asiat huomioon:
Maanpinnan tulee olla mahdollisimman tasainen. Muusta ympäristöstä poikkeavat maastonkohdat kuten mäen harjat, jyrkät rinteet tai notkelmat eivät ole ihanteellisia sijoituskohteita.
Havaintopaikan läheisyydessä ei saisi olla puita tai isoja rakennuksia. Etäisyys mistä tahansa esteestä pitäisi olla vähintään kaksi kertaa esteen korkeus.
Erityisesti sademittari, lumensyvyysanturi, auringon säteilyanturit ja tuulen mittausanturit vaativat tietynlaista ympäristöä edustavien havaintojen saamiseksi, joten näitä antureita ei voida sijoittaa aivan jokaiselle havaintopaikalle.
Havaintoasema perustetaan usein jotakin tiettyä tarkoitusta varten. Esimerkiksi lentokentälle sijoitettavan havaintoaseman tulee täyttää lentoliikenteen sille asettamat turvallisuusvaatimukset, synoptiseen havaintoverkkoon kuuluvan aseman täytyy edustaa hyvinkin laajalla aluetta (n. 60–100 km) ja sadehavaintoaseman ympäristön täytyy olla erityisen hyvä juuri sateen mittaamista ajatellen. Viime aikoina on tullut myös tarpeita havainnoida säätä lähellä kaupunkien keskustaa, jossa suurin osa ihmisistä elää ja viettää aikaansa.
Kaikki mittalaitteet pyritään asentamaan melko lähelle toisiaan havaintopaikalla. Havaintopaikka on pääsääntöisesti noin 10x10 m kokoinen alue, jossa on lyhyt nurmipeite ja havaintolaitteita ympäröivä aitaus. Tuulimittaus joudutaan usein sijoittamaan kauemmaksi muista mittalaitteista, jotta tuuli voidaan havainnoida edustavasta kohdasta.
Mittauskokoonpanossa esiintyy asemakohtaista vaihtelua, sillä kaikilla havaintoasemilla ei aina kyetä edustavasti mittaamaan kaikkia suureita. Esimerkiksi tuuli- tai auringon säteilymittaukset asettavat erityisiä vaatimuksia sääaseman ympäristön avoimuudelle.
Automaattinen sääasema
Sääasemien automaatio aloitettiin 1970-luvun loppupuolella merisäähavaintoasemista, joissa ihmisen oli hankala tehdä havaintoja. Automatisoinnin tavoitteena on ollut tehdä säähavaintoja paikoissa joissa ihmisasutusta ei ole lähellä, tuottaa monipuolisia havaintosuureita tiheällä aikavälillä, välittää reaaliaikaisia säähavaintoja käyttäjille sekä yhtenäistää säähavaintojen tekotapaa.
Tavoitteena mittauksia automatisoitaessa on ollut jatkaa manuaalisen mittauksen aikasarjoja niin hyvin kuin teknisesti mahdollista. Johtuen mittausmenetelmien eroista, havaintodatoissa voi kuitenkin esiintyä tästä johtuvaa eroavaisuutta. Aikasarjan jatkuvuutta turvataan riittävän pitkillä päällekkäisillä mittauksilla, jos havaintoasemalla tapahtuu isompia muutoksia mittausmenetelmissä tai asemanpaikan suhteen.
Havaintoasemilla käytetään vain Ilmatieteen laitoksen hyväksymiä laitteita. Ennen uuden teknologian operatiivista käyttöönottoa suoritetaan aina testi- ja vertailujaksoja, joissa eri anturivaihtoehtoja verrataan toisiinsa. Testijakson aikana tehdään testisuureesta referenssihavaintoja myös manuaalisesti. Testijakson jälkeen eri valmistajien antureiden havaintoarvoja verrataan ja näin pyritään löytämään Suomen sääolosuhteisiin sopivin automaattinen havaintolaite kullekin havaintosuureelle erikseen.
Automaattinen sääasema koostuu keskusyksiköstä, tietoliikenne- ja sähkönsyöttöratkaisusta ja keskusyksikköön liitetyistä antureista ja havaintolaitteista. Havaintoasemilla on toiminnan saatossa ollut käytössä useita eri teknologisia sukupolvia.
Säähavainnot välitetään laitokselle sanomina, joita kerätään asemilta tällä hetkellä 1-10min välein.
Manuaalinen sääasema
Manuaalisella säähavaintoasemalla havainnontekijä lukee havaintolaitteiden lukemat, tekee aistinvaraiset havainnot näkyvyydestä, pilvisyydestä, vallitsevasta säästä ja maanpinnan laadusta, minkä jälkeen hän merkitsee kaikki havainnot havaintovihkoon. Havaintojen lähettämistä varten havainnot kirjoitetaan havaintojensyöttöpäätteelle, josta ne lähtevät Ilmatieteen laitoksen tietokantaan. Joka kuukauden päätyttyä havainnontekijä lähettää havaintovihkon Ilmatieteen laitokselle tarkastettavaksi ja arkistoitavaksi. Säähavaintoja tehdään kahdeksan kertaa vuorokaudessa, kolmen tunnin välein, kello 00, 03, 06, 09, 12, 15, 18 ja 21 UTC.
Manuaalisia säähavaintoasemia on ollut Ilmatieteen laitoksella noin 50 kappaletta mutta nykyään niitä on vain enää muutamia.
Manuaalinen ilmastoasema
Ilmastoasema on ollut edellä kuvatun manuaalisen sääaseman kaltainen havaintoasema, jolla on suoritettu ns. ilmastolliset mittaukset (lämpötila ja sademäärä) kolmesti vuorokaudessa (06, 12, 18 UTC). Automaattiasemat ovat täysin korvanneet ilmastoasemien mittaukset, joten toiminnassa ei ole enää yhtään ilmastoasemaa.
Manuaalinen sadeasema
Havaintoverkkoon kuuluu myös manuaalisia sademäärän ja lumensyvyyden mittauksia. Sateen määrää mitataan sadeastian avulla. Havainnontekijä tyhjentää sadeastian kerran vuorokaudessa, mitaten samalla astiaan kertyneen veden määrän. Lumensyvyysmittaus tehdään lumikepillä. Lumensyvyys luetaan parin metrin etäisyydeltä vaakasuorassa tasossa pitkin lumen pintaa siten, ettei lumikepin ympäriltä sulanut tai keppiä vasten kasautunut lumi vaikuta lukemaan. Lumensyvyysarvo luetaan senttimetrin tarkkuudella lumikepin mitta-asteikolta.
Havaintoajat
Säähavainnot kirjataan aina maailman standardiajassa, UTC-ajassa (Universal Time, Coordinated). Suomen paikallinen aika on kesällä kolme tuntia UTC-aikaa edellä ja talvella kaksi tuntia.
Meteorologinen vuorokausi vaihtuu 00:00 UTC. Poikkeuksena ovat vuorokauden sademäärän ja lämpötilan minimi- ja maksimiarvojen havainnointijaksot. Vuorokauden sademäärä havainnoidaan aikaväliltä 06-06 UTC ja 24 tunnin lämpötilan minimi- ja maksimiarvo havainnoidaan aikaväliltä 18–18 UTC.
Perinteisesti havainto- eli synop-aika on ollut kahdeksan kertaa vuorokaudessa (kello 00, 03, 06, 09, 12, 15, 18 ja 21 UTC) 20 minuuttia vaille tasatunnin. Havaintoaika ei ole voinut olla manuaalisia havaintoja tehdessä tasatunti, koska havainnon tekemiseen ja viestittämiseen kuluu aikaa. Käytäntö on voimassa edelleen manuaalisilla sääasemilla.
Automaattihavainnoissa on siirrytty tasatunnein tehtävään synoptiseen havaintoon koska tiheästi tapahtuvia havaintoja saadaan reaaliaikaisesti. "Ei-synoptisilla" tiheästi tehtävillä havainnoilla ei ole nykyisin tavanomaisessa käytössä aiemmankaltaista erityisroolia. Toisaalta synoptiset havaintohetket ovat edelleen keskeisessä roolissa meteorologisen yhteisön kansainvälisessä tiedonvaihdossa ja ilmastollisia vertailuja tehdessä.
Havaintoasemien tarkastukset, huollot ja mittalaitteiden kalibrointi
Säähavaintoasemat huolletaan määräajoin laadukkaiden havaintojen turvaamiseksi. Määräaikaishuoltojen lisäksi asemilla tehdään tarvittaessa vikahuoltokäyntejä. Havaintoasemilla käytetään kalibroituja mittalaitteita ja -antureita. Mittaukset ovat jäljitettäviä.
Havaintoasemien mittausten meteorologista edustavuutta valvotaan määräajoin suoritettavin edustavuusarvioinnein. Arviointikäynnillä meteorologi arvio aseman ympäristöä ja kirjaa ylös mahdolliset ympäristössä tapahtuneet muutokset. Jos arvioinnissa huomataan jotain poikkeavaa, tilanne pyritään korjataan mahdollisimman pian.
Havaintoasematunnukset
Jokaisella havaintoasemalla on virallinen nimi, joka kertoo sen sijainnista. Pääsääntöisesti asemanimet ovat kaksiosaisia. Ensimmäinen osa on kunnan tai kaupungin nimi, jossa havaintoasema sijaitsee, ja toinen osa on lähimmän kylän, kaupungin tai kunnan osan tai taajaman nimi. Suomen kunnat ovat kasvaneet viime vuosina kuntaliitosten myötä, ja näin ollen asemanimiä on jouduttu muuttamaan. Asemanimeä muutetaan, jos virallinen paikannimi muuttuu.
Havaintoaseman kansallisena tunnuksena on käytössä FMISID (FMI Station IDentifier), joka on juokseva numerosarja (alkaen luvusta 100000). FMISID-asematunnus otettiin käyttöön 2011.
Suomen havaintoasemilla on myös pitkään käytössä ollut kansallinen LPNN-asematunnus (LeveysPituusNumeroNumero). Se on nelinumeroinen, jonka kaksi ensimmäistä numeroa tulevat havaintoaseman maantieteellisestä sijainnista ja kaksi jälkimmäistä ovat juoksevia numeroita kyseisessä sijaintiruudussa. Uusia LPNN-tunnuksia ei enää anneta, vaan FMISID-tunnus on korvannut LPNN-tunnuksen kansallisena tunnuksena.
Keskeinen asematunnus on kansainvälinen WMO-tunnus tai -numero (World Meteorological Organization), joka on viisinumeroinen asematunnus havaintoasemille. Suomen havaintoasemien WMO-numerot ovat 02-alkuisia. WMO-tunnuksista ollaan siirtymässä WSI-tunnuksiin (WIGOS Station Identifier, WIGOS = WMO Integrated Global Observing System). WSI-tunnus muodostuu 4 erilaisesta numerosarjasta.
Lentosäähavaintoasemille on vielä oma asematunnuksensa yllämainittujen lisäksi. ICAO-asematunnus on kansainvälinen lentosäähavaintoasemille tarkoitettu nelikirjaiminen tunnus, jossa kaksi ensimmäistä kirjainta (EF, EuropeFinland) identifioi aseman Suomen lentosääasemaksi. Kaksi viimeistä kirjainta muodostuu lentosääaseman nimestä, esimerkiksi Vaasa EFVA.
Laadunvarmistus
Ilmatieteen laitoksella on käytössä automaattinen havaintodatan laadunvalvonta, joka tarkastaa lähes jokaisen saapuvan havaintoarvon ja testaa havaintoarvojen luotettavuuden. Havaintoarvojen laatu syntyy kuitenkin kokonaisuudesta, joka alkaa meteorologisesti edustavan ja/tai mittaustarvetta vastaavan havaintopaikan etsimisellä, laatuvaatimukset täyttävien anturien asianmukaisella asentamisella ja kalibroinnilla sekä luotettavien tiedonkeruujärjestelmien rakentamisella ja ylläpidolla.
Havaintoasemien vastuuhenkilöt ja havainnontekijät koulutetaan, havainto-ohjeet pidetään ajan tasalla ja päivityskoulutusta järjestetään. Havaintolaitteet huolletaan ja kalibroidaan määräajoin. Kaikilla havaintoasemilla tehdään edustavuusarviointeja edellä mainittujen asioiden tarkistamiseksi. Samalla havaintoasemien ja mittausten metatiedot pidetään ajan tasalla.
Ilmatieteen laitoksen laadunvalvonta perustuu kolmiportaiseen laadunvarmistukseen. Ensimmäinen laatutarkistus tehdään jo havaintoasemalla havaintolaitteiden diagnostiikkatiedon ja anturien sisäisten raja-arvojen avulla. Havaintoarvon saavuttua Ilmatieteen laitoksen havaintotietokantaan sille tehdään automaattisia laatutarkistuksia ennen havaintojen jakelua käyttäjille. Automaattisten laatutarkistusten havaitsemat epäilyttävät havaintoarvot katsotaan vielä arkipäivisin manuaalisesti läpi.
Tutustu myös