Tuoreimmat

Monday, 11 January 2016 22:04

Merikarvian lumitykki Featured

Written by
Rate this item
(0 votes)

Vuosi 2016 alkoi näyttävällä, joskin valtakunnan tasolla melko vähämerkityksisellä Suomen ennätyksellä. Vuorokauden lumikertymäennätys murskautui Merikarvialla hulppealla marginaalilla. Ilmatieteen laitoksen tilastojen mukaan edeltävät kärkilukemat olivat puolen metrin tienoilla, kun Merikarvialla lunta rymähti taivaalta mojovat 73 cm. Kuten alla oleva tutkasadekertymäkuva osoittaa, runsaan lumisateen alue oli hyvin pienikokoinen, mikä on tämäntapaisissa tilanteissa yleistä. Tapaus on meteorologisesti hyvin mielenkiintoinen ja seuraavassa pureudutaan sen yksityiskohtiin.

Säätutkalla mitattu sademääräkertymä 8.1.2016.

 

Lumitykki ampuu merellistä kosteutta maalle

Merikarvian tapauksen taustalla oleva ilmiö on hyvin tunnettu ja kulkee nimellä lake effect snow. Kutsun tässä kirjoituksessa ilmiötä puoliviihteellisesti lumitykiksi. Kyse on yksinkertaisesti sanottuna tilanteesta, jossa kylmää ilmamassaa virtaa jäättömän vesialueen ylle. Vesialue toimii lämmön ja kosteuden lähteenä, minkä seurauksena kylmä ilmamassa alkaa muuntua. Lopputulos on vähitellen korkeutta kasvavia konvektiopilviä ja lopulta pieniä ja pippurisia lumikuuropilviä. Oheinen kuva selventää muuntumisprosessia.

Lumikuuropilvien muodostuminen kylmän ilmavirtauksen saapuessa jäättömälle vesialueelle. Lähde: UCAR/COMET

Meteorologisesti tarkasteltuna reunaehtoina toimivat samat kolme ainesosaa kuin kesäisille kuuropilville: alatroposfäärin kosteus, instabiilisuus sekä nosto. Ensimmäinen ainesosa on peräisin suurelta osin alustasta eli jäättömästä vesialueesta. Toinen ainesosa muovautuu ajan kanssa, kun kylmä ilmamassa lämpenee alustan vaikutuksesta. Näin lämpötilaero pintakerroksen ja 1-2 km korkeustason välillä kasvaa. Tyypillisesti tämän ilmakerroksen lämpötilavähete muuttuu lopulta kuiva-adiabaattiseksi. Kolmas ainesosa on lumitykkitilanteissa helposti saatavilla, koska monesti lämpötilavähete pyrkii vääntäytymään jopa yliadiabaattiseksi. Tästä seuraa spontaaneja nousevia ilmavirtauksia, jotka voivat toimia kuuropilvien ”alkioina”. Useasti läsnä voi olla syystä tai toisesta pintavirtausten tuulikonvergenssia (maatuuli tai rannikkokonvergenssi), joka helpottaa lumikuurojen syntyä. Tyypillisesti lumitykkien syntyyn ja voimakkuuteen mainitaan vaikuttavan myös pyyhkäisymatka sekä tuuliväänteen voimakkuus, joita käsitellään tarkemmin alla.

Tapaus Merikarvian erityismausteet

Edellä mainitut elementit kohtaavat jossain päin Itämerta useita kertoja joka talvi. Siinä mielessä 8.1.2016 tapahtumien ei pitäisi olla erityisen harvinaisia. Läheisempi tarkastelu osoittaa kuitenkin, että nyt koettu tilanne oli osin harvinaisilla mausteilla varustettu. Luettelossa mainitut mausteet ovat osittain vahvasti riippuvaisia toisistaan.

·         Jäätön ja ”lämmin” merialue. Takana oli harvinaisen lämmin syksy ja alkutalvi, jonka seurauksena arktisten ilmamassojen sesonkikauteen ”päästiin” lähes jäättömässä tilanteessa. Tilanne mahdollisti pitkät pyyhkäisymatkat sekä voimakkaan lämmön ja kosteuden vuon alustasta ilmaan. Lisäksi rannikon suojana ei ollut jääpeitettä juuri lainkaan. Tämä mahdollisti kuuropilvien pääsyn maa-alueelle ilman heikkenemistä jääpeitteisellä vesialueella.

·         Kylmä ilmamassa. Lumitykin tehoa säätelee muun muassa ilmamassan ja alustan lämpötilaero. Pohjois-Amerikan suurilla järvillä nyrkkisääntö on, että 850 hPa:n lämpötilan ja alustan lämpötilan ero pitäisi olla vähintään 13 astetta. Tässä tapauksessa eroa oli pyöreästi 20 astetta. Asetelma on Selkämerellä mahdollinen vain, jos arktinen ilmamassa ”vaivautuu” paikalle alkutalven aikana. Suotavaa myös on, että pohjalla on keskimääräistä lämpimämpi syystalvi.

·         Sopivan heikko subsidenssi-inversio (ja suuri lumitykin korkeus). Tyypillisesti kylmä ilmamassa on erittäin stabiilisti kerrostunut ja saattaa sisältää pakkaskorkeapaineen aiheuttaman subsidenssi-inversion sekä tietysti myös voimakkaan pintainversion. Mikäli inversiot ovat erityisen vahvat, ilmamassan muuntuminen lumikuuroille otolliseksi kestää huomattavan kauan. Merikarvian tapauksessa muunnos ei ollut erityisen työläs. Alla oleva kuva osoittaa, että Jokioisten yöluotausta muokkaamalla lumikuurojen vähimmäiskorkeudeksi voisi arvioida reilut 2 km. Alempana olevasta numeerisen mallin ennusteluotauksesta voi saada vieläkin korkeamman arvion lumitykin korkeudelle, noin 3 km. Tämä on Suomen lumitykkitapauksissa huipputason lukema, kun tyypillisesti korkeudet liikkuvat haarukassa 1.5-2.5 km.

Jokioisten yöluotaus 9.1.2016 klo 02 Suomen aikaa. Luotauksen pintalämpötila ja kastepiste on muokattu vastaamaan keskimääräisiä olosuhteita Selkämerellä. Pinnasta nostetun ilmapaketin reitti näkyy luotausdiagrammilla violetilla viivalla.

·         Riittävästi pyyhkäisymatkaa (ja sopiva tuulensuunta). Edellä mainittuihin nyrkkisääntöihin kuuluu, että kylmällä ilmamassalla tulisi olla vähintään 80-100 km pyyhkäisymatkaa jäättömän vesialueen yllä. Suomen merialueet ovat melko kapeita, jolloin kaikilla ilmavirtaussuunnilla lumitykkiä ei yksinkertaisesti pysty muodostumaan. Rajoittava tekijä on myös osittain se, että kaikilla ilmavirtaussuunnilla ei useimmiten ole tarjota riittävän kylmää ilmamassa. Esimerkiksi lounaistuulet tarjoavat mittavia pyyhkäisymatkoja, mutta eivät yleensä tuo mukanaan kylmää ilmamassaa. Merikarvian tapauksessa pyyhkäisymatkaa oli hulppeasti, koska itä-länsisuunnassa jäätöntä matkaa järjestyi noin 300 km. Sattumalta läntinen ohjaava ilmavirtaus ei myöskään tuonut mukanaan liian lämmintä ilmaa, koska kylmä ilmamassa oli vallannut koko Fennoskandian. Oheisessa kuvassa näkyy mahdolliset saapumissuunnat lumitykkitilanteissa Kokkolan, Porin, Hangon ja Helsingin seudulla sekä lumitykin muodostumista mahdollisesti rajoittavat tekijät.

Lumitykkien mahdollisia saapumissuunta Helsingin, Hangon, Porin ja Kokkolan alueella sekä kunkin alueen merkittävimmät lumikuurojen muodostumista rajoittavat tekijät.

·         Sopiva ohjaava virtaus (riittävästi aikaa). Toisinaan pullonkaulaksi lumitykin näkökulmasta muodostuu liian voimakas ohjaava virtaus. Tässä tilanteessa ilmamassa ei ehdi muuntua riittävästi ja seurauksena on lumitykin jääminen hennon hiutaloinnin asteelle. Tällä kertaa ohjaava virtaus oli luokkaa 10 m/s, jota voi pitää jokseenkin optimaalina lumitykin näkökulmasta. Ohjaavan virtauksen täytyy myös kuljettaa lumikuuroja rannikolle, mikä Merikarvian tilanteessa toteutui perjantaiaamupäivästä alkaen, kun ohjaava virtaus kääntyi pienikokoisen matalapaineen jälkipuolella läntiseksi. Tätä voi havainnollistaa alla olevalla animaatiolla, jossa näkyy 925 hPa:n ilmavirtaus turkooseilla nuolilla (pintavirtaus mustilla nuolilla). Yötä kohti ohjaava virtaus kääntyi kohti pohjoista, mikä oli yksi osatekijä lumiryöpyn päättymisessä.

Hirlam-mallin ennuste 8.1.2016 ilmanpaineesta (mustat käyrät), pintatuulen suunnasta (mustat nuolet) sekä 925 hPa:n tuulensuunnasta (turkoosit nuolet).

·         Sopiva tuuliväänne. Tämä liittyy läheisesti edelliseen kohtaan. Mikäli nopeusväänne kasvaa pilven pohjan ja huipun välillä liian suureksi, kuuropilven muodostuminen käy dynaamisesti mahdottomaksi. Liian heikon väänteen vallitessa puolestaan tilannetta dominoivat termiset pakotteet, esimerkiksi maatuulirintaman liikkeet, eikä järjestäytynyttä lumikuuronauhaa pääse syntymään. Myös suuntaväänteellä on vaikutusta. Lumikuuronauhojen kannalta edullisinta on, jos nauhojen mahdollisina siemeninä toimivat rullapyörteet ovat mahdollisimman elinvoimaisia. Tämä mahdollistuu, jos suuntaväännettä on vähän. Pohjois-Amerikassa käytettyjen nyrkkisääntöjen mukaan ideaalitilanteessa suuntaväänne on alle 30 astetta. Alla olevan malliluotauksen mukaan Merikarvian edustalla suuntaväänne väheni aamusta iltapäivään noin 90 asteesta alle 30 asteeseen. Vielä edeltävän yön aikana rannikon edustalla oli eteläisen ohjaavan virtauksen vallitessa etelä-pohjoissuuntainen lumikuuronauha. Nauhan orientaation muuttumisen yksi osasyy voi olla tuuliprofiilin muuttuminen länsipainotteiseksi.

ECMWF-mallin ennustettu luotaus Selkämerellä Merikarvian edustalla 8.1.2016 klo 05 ja 14 sekä 9.1.2016 klo 02.

·         Pakotteiden voimakkuus. Synoptisen mittakaavan nousuliikepakote voi voimistaa lumitykkiä. Merikarvian tilanteessa merkittävä vaikutus on saattanut olla kahdella eri tekijällä. Ensinnäkin, Selkämeren pohjoisosassa olleen pienikokoisen matalapaineen läheisyydessä oli havaittavissa alatroposfäärin tuulikonvergenssia. Erityisesti tuulikonvergenssia esiintyi matalapaineen takaosan luoteisvirtauksen kohdatessa merialueen eteläosan eteläisen perusvirtauksen (ks. yllä oleva animaatio). Toiseksi, lännestä saapuneet lumikuurot kohtasivat alustan rosoisuuden lisääntyessä tuulikonvergenssia, jolla on saattanut olla pientä vaikutusta lumisateen voimakkuuteen.

·         Säätilanteen staattisuus (lumipyryn kestoaika). Kun lumitykki lähtee toimimaan, paikallisia lumikertymiä voi rajoittaa meteorologisten reunaehtojen muuttuminen. Pelkästään ohjaavan virtauksen muuttuminen saattaa kääntää lumitykin suuntaan siten, että lumimäärä jakautuu laajalle alueelle pitkin rannikkoa. Merikarvian tapauksessa tilanne pysyi harvinaisen staattisena tuntikausia. Pienikokoinen matalapaine jäi todennäköisesti termisistä syistä lähes paikalleen. Näin ollen meteorologisesti ei ollut mitään syytä, miksi lumikuuronauha olisi vaihtanut paikkaa tai orientaatiotaan.

·         Lumen rakenne. Hyvin karkean nyrkkisäännön mukaan 1 mm vettä vastaa 1 cm lunta. Vaihteluväli on kuitenkin erittäin laaja siten, että raskasta nuoskalunta kertyy samasta vesimäärästä huomattavasti ohuempi kerros kuin kevyttä pakkaslunta. Merikarvialla mitattu sademäärä oli noin 30 mm ja kertynyt lumimäärä 73 cm. Nuoskalumitapauksessa lumipeitteen lisäys olisi voinut olla ”vain” 20 cm.

Edellä mainitut mausteet voidaan taulukoida vertaillen seuraavasti:

Osatekijä

Tilanne yleensä

Case Merikarvia

Jäätön vesialue

Vain alkutalvesta rantaa myöten jäätöntä

Tammikuun alussa rantaan asti jäätöntä

Pystysuuntainen lämpötilaero

noin 15 astetta

noin 20 astetta

Lumitykin korkeus

1.5–2 km

noin 3 km

Pyyhkäisymatka

100–200 km

200–300 km

Tuulen suunta

NW-ESE

W

Nopeusväänne

vaihtelee suuresti

optimaali eli n. 10 m/s

Suuntaväänne

0…60 astetta

optimaali eli alle 30 astetta

Pakotteet

yleensä rannikkokonvergenssi

useita tuulikonvergenssi lähteitä

Staattisuus (kesto)

muutamia tunteja

12-18 tuntia

Lumen rakenne

”vesi-lumikerroin” 0.7-2

”vesi-lumikerroin” noin 2.5

 

Vertailu osoittaa, että kyseessä oli melkoinen ja todennäköisesti myös hyvin harvinainen osatekijöiden yhteensattuma. Tämä selittää myös sitä, miksi länsirannikolla (tai muuallakaan Suomen rannikolla) lumitykit eivät ole tämän tehokkaampia tai yleisempiä.

Tähtäimessä Helsinki

Suomen mittakaavassa Merikarvian tapaus on toistaiseksi ainutkertainen. Itämeren alueella ja maailmanlaajuisesti 73 senttimetrillä ei voi paukutella henkseleitä. Jo niinkin lähellä kuin Gävlessä Ruotsissa hautauduttiin 90-luvun lopussa puolentoista metrin kinoksiin. Pohjois-Amerikan suurilla järvillä lunta on tupruttanut vielä reilusti tätäkin enemmän.

Mielenkiintoinen oheiskysymys on, voiko tykki ampua suuren valkoisen ammuksensa joskus myös Helsinkiin. Heti aluksi on todettava, että Selkämeren tykin tähtäin olisi nytkin voinut osoittaa ilman mitään esteitä suoraan Raumalle tai Poriin. Voi vain kuvitella vaikutusten kertaluokan muutoksen Merikarvian lumi-infernoon verrattuna.

Pidän täysin mahdollisena, että myös Helsingin seutu voisi kokea Suomenlahden lumitykistä joskus puolimetrisen ammuksen. Suomenlahti asettaa kuitenkin varsin jyrkkiä reunaehtoja moisen tapahtuman esiintymiselle. Suomenlahden pohjukan jäätyminen saattaa alkaa varsin varhain alkutalvella, mikä lyhentää suurinta mahdollista pyyhkäisymatkaa. Lisäksi ohjaavan virtauksen optimaali vaihteluväli on selvästi kapeampi kuin Selkämerellä. Karkeasti arvioituna tämä kanava on Helsingistä katsottuna vain noin 30 asteen suuruinen kohti itäkaakkoa. Jos siis Selkämerellä merkittävin rajoittava tekijä on suotuisista suunnista saapuvan ilman liika lämpimyys, Suomenlahdella lumitykin tyrehdyttää helpoimmin epäoptimaali ilmavirtaussuunta (tai jään lyhentämä pyyhkäisymatka).

Ei ole kuitenkaan mitään esteitä sille, etteikö kohtalainen itäkaakkoinen arktinen ilmavirtaus voisi pysyä noin vuorokauden staattisena keskimääräistä lämpimämmän ja jäättömän Suomenlahden toimiessa lämmön ja kosteuden lähteenä. Kyseinen tapaus jumittaisi liikenteen lähes täysin muutamaksi päiväksi pääkaupunkiseudulla ja aiheuttaisi todennäköisesti massiivisen keskustelun talvikunnossapidon tasosta.

Talvien leudontuessa merijäättömän aikajakson pituus kasvaa. Vaikka talvien keskilämpötilat kohoaisivat, tulevinakin talvina arktista ilmamassaa tulee väijymään itään levittäytyvän laajan manneralueen yllä ja aika-ajoin piipahtamaan Suomen merialueiden yllä. On siis varsin mahdollista, että lumitykit puskevat lunta tulevinakin vuosina pitkin Itämeren rantoja vähintään entiseen tahtiin.

Read 1971 times Last modified on Wednesday, 13 January 2016 21:40