Tuoreimmat

Tuesday, 02 August 2011 00:00

Vettä, jauhoja ja hiivaa: mitä ilmakehäluotaukset kertovat syvän kostean konvektion ilmastosta Suomessa? II luku: ainesosien yhdistelmien esiintyminen

Written by
Rate this item
(0 votes)

Luotauksia käsittelevän pöytälaatikkotutkimuksen toisessa tarkastelen Suomen kolmen luotausaseman havaintohistoriaa ”haulikkograafien” avulla. Tarkastelussa on lukuisia instabiilisuuden, alatroposfäärin kosteuden, tuuliväänteen ja muiden parametrien yhdistelmiä (pitäen toki pääpainon syvän kostean konvektion ainesosissa). Tällä tavoin ykkösluvun pintaraapaisuun saadaan huomattavasti lisää syvyyttä. Jos ykkösluku jäi lukematta, kannattaa kuitenkin perehtyä luvun alkupuolella esitettyyn motivaatio- ja työmenetelmäosaan.

 

Instabiilisuus ja kosteus harvoin saman taivaan alla

Koska pääasiallinen mielenkiinto kohdistuu syvän kostean konvektion ainesosiin, tämän luvun perusgraafi on alla oleva ”haulisarja”. Siinä on esitetty kaikkien kolmen aseman kesä-elokuun luotausten kosteus-instabiilisuuspisteparit noin 50 vuoden ajalta. Kaikkiaan kuvassa on edustettuna siis yli 25 000 luotausta. 

 

Syvän kostean konvektion kannalta graafin otollisin alue sijoittuu siis oikeaan ylänurkkaan. Niinpä kuvasta nähdään välittömästi, että nämä kaksi aineosaa kohtaavat (näyttävällä tavalla) perin harvoin. Jakauma on kokonaisuudessaan kiilamainen siten, että instabiilisuuden vaihtelu on suurinta vähän kosteutta sisältävissä tilanteissa. Lisäksi lukumääräisesti korkeita lämpötilavähetteen arvoja on eniten niin ikään ”kuivissa” luotauksissa. Jos tarkastellaan ainoastaan 10-13 g/kg kosteutta sisältäviä luotauksia, nähdään, että merkittävässä osassa näitä luotauksia lämpötilavähete on pienempi kuin  6 K/km (eli stabiliteetiltaan likimain neutraali). Yli 13 g/kg kosteutta sisältävissä tapauksissa stabiilien tapausten osuus näyttää pienenevän.

 

Myös runsas kosteus ja tuuliväänne hukassa toisiltaan

Kun vaihdetaan tuuliväänne lämpötilavähetteen tilalle, saadaan alla olevan mukainen kuva. Tässäkin tapauksessa parhaat rakennusaineet rajuihin säätilanteisiin sijaitsevat kuvan oikeassa ylälaidassa. Aivan kuten perusainesosien kohdalla, myös runsas kosteus ja merkittävä tuuliväänne ”eksyvät” varsin harvoin samaan luotaukseen. Jos luotausjoukosta kahmaistaan pois tapaukset, joissa kosteutta on vähintään 10 g/kg ja tuuliväännettä 15 m/s, saadaan ainoastaan muutaman sadan luotauksen joukko. Tilastollisesti Suomessa kesä-elokuussa tällaisten luotausten osuus on säälittävät 1,5% (vuosittain kesä-elokuussa siis keskimäärin 1,4 tällaista päivää). On syytä muistaa, että näistäkin tapauksista osa jää torsoksi esimerkiksi vähäisen instabiilisuuden tai liian suuren konvektiivisen eston vuoksi.

Kuumimmilla ilmamassoilla mielenkiintoisia ominaisuuksia

Lisää taustoittavaa tietoa saadaan, kun tarkasteluun otetaan ilmamassan lämpötilaa kuvaava suure (850 hPa:n painepinnalla eli reilun kilometrin korkeudella vallitseva lämpötila). Alla olevassa kuvaajassa näkyy samainen kesä-elokuun haulisarja, mutta nyt siten, että vaaka-akselilla on ilmamassan lämpötila ja pystyakselilla alatroposfäärin kosteus. Jakaumasta tulee kauniisti kaareutuva, ja sen yläreunaa rajaavat kyllästystilassa olevat tapaukset. Kokemus on osoittanut, että valtaosassa merkittävistä syvän kostean konvektion päivistä kosteutta on alimmassa puolen kilometrin siivussa vähintään 8-10 g/kg. Kuvaajasta näkyy, että nämä lukemat saavutetaan vain ilmamassoissa, joissa T850 on vähintään välillä +5…+8C. Yli 12 g/kg lukemiin päästään puolestaan vain kympin ylittävillä ilmamassan lämpötiloilla.

Kokonaiskuva muuttuu yhä mielenkiintoisemmaksi, kun tarkastellaan ilmamassan lämpötilan ja instabiliisuuden yhdistelmää. Nähdään, että havaintopisteet muodostavat hieman samantapaisen muodostelman kuin kuvassa, jossa vaaka-akselilla oli kosteus. Kylmissä ilmamassoissa lämpötilavähetteen vaihtelu on varsin suurta, mutta alkaa supeta selvästi helleilmamassoissa siten, että kaikkein kuumimmissa massoissa vähetteet ovat varsin suuria.

 

Alla olevassa kuvassa musta palloviiva kuvaa kyseisessä lämpötilassa vallitsevaa lämpötilavähetettä kyllästystilassa olevalle ilmalle 850 hPa:n ilmanpaineessa. Näin ollen kaikki viivan yläpuolelle jäävät havaintopisteet kuvaavat luotauksia, joissa 850 hPa:n tasolla tilanne oli instabiili kostea-adiabaattisille muutoksille. Oranssi palloviiva vastaa mustaa, mutta on esitetty 500 hPa:n painetasolle. Kannattaa myös huomata, että lämpötilalukemat on merkitty palloviivan vierelle. Lämpötilalukemat pyrin valitsemaan siten, että ne vastaavat suuntaa antavasti samassa kohdassa olevien mustien pallojen tilanteita. Eli toisin sanoen tilanteissa, joissa T850 on +20C, T500 on varsin lähellä -8C:aa. Kuvan vihreä palloviiva on kahden ensin mainitun palloviivan perusteella laskettu keskimääräinen 850 ja 500 hPa:n lämpötilavähete kyllästystilassa olevalle ilmalle. Jos käytetään vertailukohtana mustaa ja vihreää viivaa, kuvasta nähdään, että varsin merkittävässä osassa tapauksia luotaus on kostea-adiabaattisille ilman pystysiirroksille epävakaa. Tämä pitää paikkaansa etenkin lämpimille ilmamassoille, koska havaintopistejakauma kaareutuu diagrammin oikeaa ylänurkkaa kohti. Kuvasta voi myös päätellä, että yli +15C ilmamassoissa instabiilisuus on käytännössä aina läsnä, joten syvä kostea konvektio jää kiinni kahdesta muusta ainesosasta.

 

Tämän luvun viimeisissä kuvissa kurkataan pinnanläheisten ilmavirtausten ja 500 hPa:n ilmavirtausten suuntia yhdessä ilmamassan lämpötilan ja alatroposfäärin kosteuden kanssa. Ei ole yllätys, että kuumimpien ilmamassojen saapuessa meille tuulet puhaltavat pinnan lähellä erityisesti kaakon ja ylempänä etelän suunnalta. Kuvasta näkyy, että lämpimiä lukemia on havaittu myös esimerkiksi pohjoistuulten vallitessa. Nämä eivät ole välttämättä havaintovirheitä, vaan ovat todennäköisesti peräisin tilanteista, joissa ilmamassa on ollut vaihtumassa tai havaintopaikan yllä on ollut esimerkiksi heikkotuulinen korkeapaine.

 

Kosteimmissa tilanteissa pinnanläheisten virtausten suuntavalikoima on hieman edellä nähtyä laajempi. Suuri osa tapauksista sijoittuu etelän ja idän välille. Keskitroposfäärissä suunnat painottuvat kaakon ja lounaan välille. Koillisia erittäin kosteita virtauksia saattaa esiintyä esimerkiksi tilanteissa, joissa kapea kostean ilman sektori yltää Suomeen, mutta pintavirtaukset jäävät puhaltamaan koillisesta.

 

Mitä opimme tästä?

Tässä luvussa tarkasteltiin Suomen 50 vuoden luotausaikasarjoja erityisesti kesätilanteiden ja syvän kostean konvektion kannalta. Alatroposfäärin kosteudesta, instabiilisuudesta, tuuliväänteestä ja ilmamassan lämpötilasta tehtiin useita kaksi parametria yhdistävää ns. scatter plottia. Tarkastelun keskeisimmät havainnot olivat:

·         Suuri alatroposfäärin kosteus ja lämpötilavähete (keskitroposfäärin instabiilisuus) ovat harvoin läsnä samassa luotauksessa. Suurimmat lämpötilavähetteen arvot havaitaan yleensä vähän kosteutta sisältävissä luotauksissa.

·         Suuri alatroposfäärin kosteus ja paksun kerroksen tuuliväänne ovat myös harvinainen yhdistelmä samassa luotauksessa. Keskimäärin kesässä on vain 1,4 päivää, jolloin Suomessa havaitaan luotaus, jossa kosteutta on vähintään 10 g/kg ja tuuliväännettä yli 15 m/s.

·         Yli 12 g/kg kosteutta sisältäviä luotauksia havaitaan vain, kun 850 hPa:n lämpötila ylittää +10C.

·         Lämpimissä ilmamassoissa lämpötilavähete on yleensä kostea-adiabaattisille ilman pystysiirroksille epävakaa. Kuumissa ilmamassoissa (T850 > +15C) näin on käytännössä aina. Syvän kostean konvektion syntyminen jää siis kiinni joko kosteudesta tai laukaisevasta tekijästä.

·         Kuumimpien ilmamassojen saapuessa meille pinnanläheiset (vapaan ilmakehän) virtaukset puhaltavat useimmiten kaakosta (etelästä).  Kosteimpien ilmamassojen saapuessa pinnanläheiset virtaukset ovat yleensä idän ja etelän välisestä sektorista.

Read 5468 times