Tuoreimmat

Monday, 26 May 2008 00:00

Pöytälaatikkotutkimuksia osa 2: rajujen ukkospäivien anatomiaa

Written by
Rate this item
(0 votes)

Taustaa

Kevään mittaan olen raapustanut hiljalleen pöytälaatikkoon uutta pientä tutkielmaa. Tällä kertaa syvennyin Suomen salamatilastoihin ja sitä kautta rajuimpien ukkospäivien meteorologisiin taustoihin. Jokaisella ammatilais- ja amatöörimeteorologilla lienee oma käsityksensä siitä, minkälainen suursäätila tuo mukanaan ikimuistettavimmat ukkoset. Usein kuulee puhuttavan, että ”ruuti kuivuu”, kun matalapaine puikahtaa Suomen lounais- tai eteläpuolelle. Tällöin avautuu väylä mantereiselle helleilmamassalle kaakon suunnalta. Raotan esirippua jo tässä vaiheessa sen verran, että tämä ei ehkä olekaan täysin optimaali kuvio rajujen ukkosten kannalta.

Alla yritän antaa vastauksia seuraaviin kysymyksiin:

  • Mikä on voimakkaisiin ukkosiin liittyvä suuren mittakaavan säätilanne tapahtumapäivänä ja 1-10 päivää sitä ennen?
  • Miten syvän kostean konvektion ainesosat kehittyvät tilannetta ennen?
  • Voidaanko tuloksista saada jotain hyötyä vastaavien tilanteiden ennustamiseen?
  •  

Tietolähteet

Tutkimuksen pohjamateriaalina toimivat Ilmatieteen laitoksen vuorokautiset Suomen salamapaikannustiedot (kiitokset Antille jälleen kerran) vuosilta 2001-2006. Aineisto suodatettiin siten, että mukaan otettiin vain päivät, jolloin vuorokaudessa esiintyi vähintään 5 000 maasalamaa. Tämän toimenpiteen jälkeen jäljelle jäi 41 päivää. Seuraavaksi joukosta poistettiin usean vuorokauden mittaisten salamaepisodien ensimmäistä päivää seuraavat vuorokaudet (eli huomioitiin vain jakson ensimmäinen päivä). Toimenpide tehtiin siksi, etteivät pitkien salamaepisodien vaikutus esimerkiksi vuosilta 2001 ja 2003 korostuisi liikaa. Lopulta jäljelle jäi 27 päivää, ja näille päiville laskettiin NCEPin uusanalyysitiedoista useita keskiarvo- ja anomaliakenttiä.

Syvän konvektion ainesosat ja tarkasteltavat kentät

Syvän kostean konvektion ainesosat ovat kosteus (alimmissa kilometreissä), instabiilisuus (lämpötilan riittävä lasku ylöspäin mentäessä) sekä nosto (~kehityksen käynnistävä tekijä). Valitaan tämän pohjalta tarkasteltaviksi parametreiksi sadevesisisältö, lämpötilat reilun 5 ja 1 kilometrin korkeudessa sekä 300 hPa:n painepinnan korkeus. Kolmanteen ainesosaan ei uusanalyysitiedoista löydy suoraa vastausta, mutta 300 hPa:n (noin 10 km) tason tapahtumat ovat usein myötävaikuttamassa ukkospilville otollisten olosuhteiden muovautumisessa. Edellä mainittujen lisäksi tarkastellaan vielä merenpintapaineen jakaumia sekä tuulen nopeutta reilun 5 kilometrin korkeudella.

”Nosto”

Alla näkyy kymmenen vuorokauden mittainen animaatio, joka kertoo keskimääräisen 300 hPa:n korkeuskentän 0-10 vrk ennen ukkostilannetta. Keskimääräiskentästä nähdään, kuinka yläsola alkaa lähestyä Suomea Grönlannin tienoilta. Juuri ennen ukkospäivää sola terävöityy Brittein saarten paikkeilla ja puskee yläselänteen Suomen yltä itään. Solan ja selänteen liikkeet näkyvät kauniisti myös anomaliakentissä (ei kuvaa). Niissä esiintyy myös muita ”oikkuja”, mutta tämä on toki täysin normaali kuvio pallon ympäri ulottuvassa ”aaltojunassa”. Solan liike Grönlannista ei ole aivan tasaista, vaan vaikuttaisi ikään kuin solanpoikasia liikkuisi itään useita ennen lopullisen montun syntyä. Tämä saattaa olla oikku pienestä otannasta tai voi jopa kuvata sitä, että yläsolan porautuminen etelään voi olla usean pienemmän solan aikaansaannosta (tämä on kuitenkin pelkkää arvailua).

Keskimääräinen 300 hPa:n korkeus 0-10 vuorokautta ennen ukkospäivää.

Instabiilisuus

Alla on keskimääräinen 500 ja 850 hPa:n (noin 5,5 ja 1,5 kilometriä) lämpötilan kehitys vuorokausille 0-5. Ukkospilvien kannalta suotuisaa olisi kehitys, jossa näiden kahden pinnan välinen lämpötilaero kasvaisi (olettaen, ettei painepintojen korkeuksien muutos eliminoi tätä vaikutusta). Ylemmästä animaatiosta nähdään, että Suomen alueella 500 hPa:n lämpötilan vaihtelut ovat varsin marginaalisia. Juuri ennen ukkospäivää lämpötila lähtee yläselänteen myötä nousuun, mutta putoaa ukkospäiväksi yläsolan lähestyessä takaisin lähes lähtötasolleen. Alemmasta animaatiosta nähdään, että 850 hPa:ssa muutokset ovat paljon korostuneempia. Lämpötila kiipeää tasaiseen tahtiin noin 2 astetta. Animaatioiden perusteella on siis varsin ilmeistä, että instabiilisuus kasvaa ukkospäivän lähestyessä ja erityisesti viimeisen 24 tunnin aikana. Kannattaa myös huomata, että lämpimän ilman advektio aiheuttaa heikkoa nousevaa liikettä, jolla voi olla samantapainen vaikutus ukkospilvien elinympäristöön kuin edellä 300 hPa:n tarkastelussa on mainittu.

Keskimääräinen 500 hPa:n lämpötila 0-5 vuorokautta ennen ukkospäivää.

Keskimääräinen 850 hPa:n lämpötila 0-5 vuorokautta ennen ukkospäivää. 

Kosteus

Alla olevassa animaatiossa näkyy keskimääräinen ilmakehän sadevesisisältö 0-5 vuorokautta ennen ukkospäivää. Tämän suureen käyttö on siinä mielessä perusteltua, että leijonanosa ilmakehän kosteudesta on alimmissa kilometreissä. Niinpä myös pinnanläheisen kosteuden muutokset vaikuttavat voimakkaasti sadevesisisältöön. Animaatiosta voi huomata, kuinka kosteus määrät huipentuvat ukkospäivään. Lukuarvot muuttuvat reilusta 20 millimetristä reiluun 25 milliin. Animaatio antaa myös mielikuvan, että kosteus saapuisi meille etelän tai eteläkaakon suunnalta. Tämän varmistamiseksi pitäisi kuitenkin tehdä säätilanteille syvempää trajektoritarkastelua.

Keskimääräinen ilmakehän sadevesisisältö (mm) 0-5 vuorokautta ennen ukkospäivää.

Merenpintapaine ja ylätuulet

Alla olevassa keskimääräistä vuorokausien 0-10 merenpintapainetta kuvaavassa animaatiossa näkyy, kuinka suuressa osaa Eurooppaa on aluksi korkeapaine. Se luikahtaa kuitenkin vähitellen itään, kun Grönlannin tienoilta jyrää matalapaine aina Skandinaviaan saakka. Niinpä myös ilmavirtaukset pinnan lähellä kääntyvät etelän puolelle. 500 hPa:n korkeudella keskimääräiset virtaukset (ei kuvaa) ovat vielä 5 vrk ennen ukkostilannetta erittäin heikkoja. Lounaisvirtaukset voimistuvat vähitellen ja ovat ukkospäivänä keskimäärin 8-9 m/s. Tämä tarkoittaisi varsin vaatimatonta paksun kerroksen tuuliväännettä, mutta täytyy muistaa, että kyseessä on lähes 30 tapauksen keskiarvo.

Keskimääräinen merenpintapaine (hPa) 0-10 vuorokautta ennen ukkospäivää.
 

Sudenkuoppia ja käsien heiluttelua

Tästä minitutkimuksesta ei voi vetää kovin pitkälle meneviä johtopäätöksiä Suomen voimakkaiden ukkosten synoptisesta klimatologiasta. Ensinnäkin tutkimusjakso on varsin lyhyt, minkä seurauksena ukkospäiväotanta on varsin pieni. Lisäksi filtterinä käytettiin ainoastaan salamamääriä. Yleisesti tunnettuahan on, että yli 5000 maapaukun päiviä voi esiintyä melko erilaisten suursäätilojen ja dynamiikan vallitessa. Toisaalta tämä ei muuta syvän kostean konvektion ainesosalistaa. Ainoastaan tapa, jolla reseptin ainekset putoavat kulhoon voi vaihdella. Tämä taas on omiaan sotkemaan ja loiventamaan keskiarvokenttiä. Täyttä sekasotkua nämä tavat eivät kuitenkaan muodosta, koska keskiarvoanimaatiot ovat varsin kauniita katsella. Erityisen tärkeää on muistaa, että tässä esitetyt tulokset eivät edusta rankkasateisiin, trombeihin, suuriin rakeisiin tai syöksyvirtauksiin liittyvää synoptista klimatologiaa.

Johtopäätökset

Edellä esitetyistä tuloksista voidaan esittää seuraavanlainen varovainen yhteenveto:

  • Ukkospilvien ympäristöä voimakkaasti muokkaava yläsola näyttäisi saavan keskimäärin alkunsa Grönlannin tienoilla. Solan syveneminen Brittein saarilla pullistaa meille aluksi yläselänteen, joka kuitenkin väistyy pian itään.
  • Keskitroposfäärin (~5,5 km) lämpötilan muutokset ovat edeltävinä päivinä keskimäärin melko vähäisiä, joskin lievää kylmenemistä tapahtuu juuri ennen ukkospäivää (yläsolan vaikutuksesta).
  • Alatroposfäärin (~1,5 km) lämpötilan muutokset ovat suurempia. Lämpötilat kohoavat yleisesti noin 2 astetta. Lämpötilan kasvu johtunee myös suurelta osin ylävirtauksen etelästä lämpöä pumppaavasta vaikutuksesta. Lämpenemisen ja sen yllä olevan kylmenemisen yhteisvaikutus lisää instabiilisuutta, mikä on suotuisaa ukkosille.
  • Alailmakehän kosteus lisääntyy ukkospäivän lähestyessä. Kosteus näyttäisi olevan keskimäärin etelän suunnalta peräisin, joskaan tätä ei voida yllä olevien tietojen perusteella vahvistaa.
  • Ukkospäivää ennen Suomessa on korkeanselänne. Pintamatala liikkuu kuitenkin Islannin länsipuolelta Ruotsin ja Norjan ylle ja syrjäyttää selänteen Venäjälle. Samalla pintavirtaukset kääntyvät etelään, mikä olisi sopusoinnussa mahdollisen eteläisen kosteuden advektion kanssa.
  • Keskitroposfäärin virtaukset ovat ukkospäivää ennen hyvin heikkoja, mutta voimistuvat ukkospäiväksi ja kääntyvät keskimäärin lounaan puolelle.

Näiden tulosten valossa vaikuttaisi, ettei kunnon salamapäivä Suomessa välttämättä vaadi matalapaineen kuroutumista Suomen lounais- tai eteläpuolelle ja näin ollen virtausten kääntymistä kaakkoon. ”Häiriön” siemen näyttäisi lähtevän itämään varsin kaukana Suomesta ja se saapuu meille lännestä avaten hetkeksi lämpö- ja kosteuskanavan etelästä samalla, kun ylempänä ilma on kylmenemässä. On täysin selvää, että kunnon myräköitä saapuu meille kaakosta ja jopa idästä. Näiden tulosten valossa lienee kuitenkin aiheellista kysyä, onko kaakon rooli meillä turhaan paisuteltu? Aiheellista on myös kysyä, ketä tämä 45 asteen ero suunnassa oikeasti liikauttaa…

Read 2846 times