Tuoreimmat

Sunday, 06 January 2019 19:09

Oliko Aapeli-myrskyn voimakkuus yllätys? Featured

Written by
Rate this item
(4 votes)

On jossain määrin hämmästyttävää, kuinka pitkään (tunturialueiden ulkopuolinen) keskituuliennätys piti pintansa. Alunperin jo 70-luvulla mitattu ennätys 31 m/s kesti 90-luvun tuuliset talvet, Gudrun- ja Tapani-myrskyjen hönkäilyt sekä mittaustarkkuuden ajallisen parantumisen viimeisten 10-20 vuoden ajan. Tuuliennätyksiä on kuitenkin rikottu naapurimaissa melko hiljattain, joten tilastollisessa mielessä Aapeli-myrskyn lukemat eivät tulleet yllätyksenä.

Oma arvaukseni oli, että ennätyksen tulisi lyömään jämäkässä länsivirtauksessa hyvin nopeasti lännestä itään etenevä myrskykeskus. Useimmat 2000-luvun äärevimmistä myrskyistä ovat olleet juuri tällaisia. Aapeli saapui meille kuitenkin huomattavasti rauhallisemmassa ohjaavassa virtauksessa eikä ollut liikkeissään erityisen vikkelä. Nyt onkin hyvä paikka pysähtyä arvioimaan, mikä Aapelissa oli yllättävää, oliko myrskyn voima ylipäätään ennakoitavissa ja mitkä tekijät vyöryttivät ylimääräistä taakkaa meteorologien hartioille.

Teen seuraavassa ennustettavuustarkastelun maailman parhaaksi globaaliksi ennustemalliksi tituleeratun ECMWF:n tuotteiden valossa.

Puuskaennusteet ECMWF:n pääajossa

Oheisessa kuvapaneelissa nähdään mallin deterministisen ajon puuskaennuste 1-4 vuorokautta ennen Aapelin saapumista. Ennusteissa on nähtävissä lähes hämmentävän hyvä konsistenssi: malli ennakoi läntisille merialueille yli 30 m/s puuskia jo neljä vuorokautta etukäteen. Maa-alueilla kovin myräkkä näkyy karttojen mukaan osuvan Pohjanmaan rannikolle sekä Ahvenanmaalle. Sen sijaan pientä vaihtelua on nähtävissä maan sisäosassa, jossa myrskypuuska-alueen itäraja heilahtelee jonkin verran itä-länsisuunnassa.

KUVA: ECMWF-mallin ennuste 2.1.2019 klo 02 Suomen aikaa 1,2,3 ja 4 vuorokautta ennen tilannetta. Oranssit sävyt 20-30 m/s, punertavat sävyt yli 30 m/s.

Kokemusperäisesti voi luonnehtia, että näin hyvä peräkkäisten ennusteiden välinen konsistenssi nähdään voimakkaissa myrskytilanteissa äärimmäisen harvoin. Useimmiten kyse on rajusta läntisestä ilmavirtauksessa, jossa myrskymatalapaineen liikerata, aikataulu ja voimakkuus heilahtelevat ennustelaskelmissa merkittävästi vielä 1-2 vuorokautta ennen myräkän saapumista.

Epävarmuudet ECMWF:n parviennusteessa

Vanhan viisauden mukaan yli 3 vuorokauden mittaisissa ennusteissa kannattaa hyödyntää parviennusteita (ensemble prediction system, EPS). ECMWF:n suurteholaskennassa muodostetaan 52 ennusteen parvi, jolla pyritään tuomaan esiin ennusteen epävarmuutta. Myös Aapelin tapauksessa voidaan laskea ennusteparvesta erilaisia todennäköisyyksiä.

Alla olevassa kuvapaneelissa nähdään kilometrin korkeudella esiintyvien myrskytuulien todennäköisyys siten, että tarkastelussa huomioidaan tuulet 300 km etäisyydellä kustakin pisteestä. Kyseinen esitystapa on hyödyllinen, koska se "antaa anteeksi" ennusteissa tyypillisesti olevat ajoitusvirheet, mutta säilyttää silti tiedon voimakkaasta virtauksesta. Kuvasarjasta nähdään, että ensimmäiset signaalit voimakkaasta virtauksesta alkavat näkyä 5-8 vuorokauden mittaisissa ennusteissa. Todennäköisyystaso jää kuitenkin 10-20% lukemiin. Sen sijaan 1-4 vuorokauden ennusteissa ylletään 30-60% tasolle. Kilometrin korkeudella esiintyvä voimakas virtaus ei suoraan ennusta tuulenpuuskien repivyyttä pinnan tasolla, mutta etenkin myrskykeskuksen luoteisessa (tai lounaisessa) neljänneksessä se antaa suuntaviivoja tilanteen vakavuudesta.

KUVA: ECMWF:n mallit parviennuste Aapeli-myrskyyn 1-8 vuorokautta ennen tilannetta. Värisävyin todennäköisyys, että 300 km säteellä pisteestä esiintyy kilometrin korkeudella tuuli, jonka nopeus ylittää 30 m/s. Oranssit sävyt noin 60% todennäköisyys.

Esitän vielä yhden tavan työntää kädet syvemmälle parviennusteeseen. Alla olevassa kuvassa näkyy värillisillä palloilla parviennusteista bongatut matalapaineiden keskusten sijainnit. Näin muodostuvien "hauliryppäiden" tiiviydestä voi päätellä karkeasti, mikä on matalapaineiden sijaintiepävarmuus. Kuvan esimerkki on neljän vuorokauden ennuste ja kokemusperäisesti voidaan todeta, että ryväs Suomen eteläosassa on melko hyvin koossa. Erityistä lisäarvoa pohdintaan saadaan pallojen väriesityksestä, joka kertoo keskuksen läheisyydessä esiintyvien ilmavirtausten voimakkuudesta kilometrin korkeudessa. Ryppään värimaailma kertoo, että suurin osa parvesta on 30-35 m/s tuulien kannalla (60-70 solmua). Jälleen siis yksi vahvahko signaali tilanteen vakavuudesta.

KUVA: ECMWF-mallin parviennuste neljä vuorokautta ennen Aapeli-myrskyä. Palloin esitetty matalapaineen keskusten sijainnit parviennusteessa. Pallojen väri kuvastaa suurinta tuulennopeutta yhden kilometrin korkeudella 600 km säteellä keskuksesta. Vihreät sävyt noin 30 m/s, oranssit sävyt noin 35 m/s.

 

ECMWF:n parviennusteen ilmastollinen äärevyys

ECMWF:n  52 ennusteen parvea voidaan verrata ajankohdan ilmastolliseen jakaumaan. Jakaumien erolle voidaan laskea oma indeksinsä, josta ECMWF käyttää nimitystä Extreme Forecast Index (EFI). Kun jakaumat ovat identtiset, indeksi saa arvon nolla ja kun jakaumat ovat täysin erillään toisistaan, indeksin arvo on yksi. (Tässä on toki paikallaan huomauttaa, että jakauman poikkeama ilmastollisista arvoista ei kerro absoluuttisella tai varsinkaan vaikutustasolla tilanteen vaarallisuudesta mitään.)

Oheisesta kuvapaneelista nähdään, että EFI-ennuste sai jo 5 vuorokautta etukäteen Suomeen noin 0,8 tienoilla olevia arvoja. Neljän päivän ja sitä lyhyemmissä ennusteissa kartat helahtavat täysin punaisiksi ja indeksi on näin ollen lähellä ykköstä. Kokemusperäisesti voi todeta, että etenkin 4-5 vuorokauden pituisten ennusteiden signaali on huomattavan vahva. Yleensä sävyt jäävät keltaisen ja haalean oranssin tasolle, vaikka toteuma olisi lopulta melko voimakaskin myrsky.

KUVA: ECMWF-mallin parviennuste ennustettujen tuulenpuuskien ilmastollisesta äärevyydestä 1-5 vuorokautta ennen myrskyä. Katso indeksin selitys tekstistä.

Jos tarkastellaan EFI:ä kumulatiivisen kertymäfunktion (CDF) avulla, saadaan tarkempaa todennäköisyystietoa. Oheisessa kuvasarjassa näkyy EFI-CDF kolmelle eri paikalle Aapeli-myrskyn vaara-alueelta. Pylväsdiagrammeista nähdään, että Ahvenanmerellä EFI-lukemat ovat olleet viiden päivän ennusteesta alkaen lähellä ykköstä ja CDF:n perusteella yli 30 m/s puuskien todennäköisyys on ollut lähellä 100% neljän päivän ennusteesta alkaen. Jakauman mukaan 10% todennäköisyydellä saavutetaan puuskanopeus 38 m/s. Vaasassa EFI-ennusteen äärevoityminen on tapahtunut neljän päivän ennusteen kohdalla ja sen jälkeen niin ikään lähestynyt ykköstä. 0-3 vuorokauden ennusteissa mediaanipuuska Vaasaan on ollut noin 28 m/s ja 10% todennäköisyystaso noin 32 m/s. Jurvassa, jonka lähialueilla vahingot jäivät selvästi Vaasaa vähäisemmiksi, mediaanipuuska on tasoa 23 m/s, mikä oli varsin lähellä toteumaa.

KUVA: ECMWF:n parviennuste tuulenpuuskille kolmeen eri paikkaan. Pylväsdiagrammissa esitetty eri ennustepituuksille EFI-indeksin arvo. Käyräesityksenä parviennusteen puuskien kumulatiivinen kertymäfunktio eri ennustepituuksille. Ajankohdan tilastollinen jakauma esitetty paksulla mustalla käyrällä.

Kaikesta edellä olevasta voidaan todeta, että ECMWF:n parviennuste ennakoi erityisen äärevän säähäiriön saapumista kohtalaisella tai suurella todennäköisyydellä viimeistään neljä vuorokautta ennen tilanteen käynnistymistä. Vaikka asiaa ei tässä esitetäkään kuvallisesti, voi lyhyesti todeta, että myös muut globaalit ja alueelliset mallit olivat lähes poikkeuksetta voimakkaan talvimyrskyn kannalla.

Aapelin erityispiirteet

Jos vertaa edellä olevia ennusteita, toteutuneisiin tuulennopeuksiin, voi tulla johtopäätökseen, että läntisillä merialueilla, Ahvenanmaalla ja Pohjanmaan rannikolla tuuliennuste oli ainakin lievästi alakanttiin. Jälleen kerran kokemusperäisesti voidaan todeta, että kylmänpurkutilanteissa ja etenkin avoimen meren yllä numeeriset ennusteet jäävät melko usein aliarvioiksi. Pohjoisvirtaus imaisi myrskykeskuksen luoteiseen neljännekseen kylmää ilmaa pohjoisesta, minkä seurauksena tilanteessa muodostui talvisiin oloihin varsin paksu hyvin sekoittunut kerros. Tämä ei tosin ole mitenkään erikoista voimakkaissa myrskykeskuksissa, sillä jo mekaaninen turbulenssi on kyllin voimakasta sekoittamaan pinnanläheistä ilmakerrosta kunnolla.

Aapeli-myrskyssä esiintyi lisäksi erityisen voimakas kylmän syöttövirtauksen alatroposfäärin suihkuvirtaus, jossa tuulennopeus oli noin kilometrin korkeudessa jopa 40 m/s tuntumassa. Suihkuvirtaus asettui useiksi tunneiksi läntisten merialueiden ylle, jolloin lopputuloksena oli jäättömällä merialueella paikoin yli kilometrin korkeuteen yltänyt sekoittunut rajakerros. Kaiken kukkuraksi pohjoinen tuulensuunta oli otollinen ilmavirtausten kanavoitumiselle muun muassa Ahvenanmerellä. Otolliset olosuhteet voitiin nähdä jo kolmisen vuorokautta etukäteen myös ECMWF:n parviennusteluotauksesta. Sen mukaan sekoittuneen kerroksen paksuus olisi Ahvenanmerellä hyvin todennäköisesti kilometrin luokkaa ja todennäköisin tuulennopeus kilometrin korkeudessa reilut 35 m/s.

KUVA: ECMWF:n parviluotaus Ahvenanmerellä neljä vuorokautta ennen myrskyä. Esitystavan tulkinta luettavissa ECMWF:n sivuilta.

Kaiken kaikkiaan voidaan todeta, että tilanteessa oli koossa ainekset erittäin rajujen tuulten (ja puuskien) esiintymiselle. Meteorologisesta näkökulmasta katsottuna se, miksi alatroposfäärin suihkuvirtauksessa tuli niinkin voimakas, edellyttäisi tarkempaa analyysiä.

Aapelin vaikutusten ennustaminen

Tuulennopeuksien suhteen ennustaminen oli siis erittäin tukevalla pohjalla, joskin meteorologilta vaadittiin rohkeutta yliennustaa läntisten merialueiden ja Pohjanmaan tuulia. Varoituskartalla näkyi oranssia ja punaista tuulta Pohjanmaalla ja Ahvenanmaalla ja lisäksi ennakoitiin Selkämeren ennätykset lyövää aallokkoa jo pari päivää ennen tilanteen alkamista. Kokemuksesta voin kertoa, että ennätysten ennustaminen on meteorologille aina haaste ja vaatii hyppysellisen ylimääräistä rohkeutta.

Huomattavasti hankalampi pähkinä tilanteessa oli arvioida harvinaisen tuulensuunnan ja roudan vaikutuksia lopputulokseen. Myrskyhistoriassa täytyy palata aina vuoteen 2001 ja Janika-myrskyyn saakka, jotta saadaan sopiva verrokki voimakkaasta pohjoismyrskystä. Näin jälkikäteen voi toki todeta, että Janika oli maa-alueilla monin paikoin Aapelia voimakkaampi. Routaa tiedettiin tällä kertaa muodostuneen laajalti, mutta Ahvenanmaan tilanne oli epävarma. Yleisesti ottaen 10-20 cm routakerros ehkäisee tuulivahinkojen syntymistä huomattavasti, mutta historia tarjoaa varsin vähän tietoa siitä, mitä tapahtuu pohjoisenpuoleisten puuskien hönkiessä routatilanteessa 30 m/s tuntumassa.

Jälkiviisaana voi esittää hypoteesin, että Aapeli jäi talvimyrskyjen raskassarjalaisten taakse hyvin todennäköisesti vain ja ainoastaan roudan ansiosta. Jos tilanne olisi tapahtunut roudattomaan aikaan, vahinkomäärissä sopiva verrokki olisi todennäköisesti löytynyt jostain Einon kokoluokasta. Pelastustoimen tehtävämäärässä olisi menty kirkkaasti neljänumeroisiin lukemiin, puuta olisi kaatunut ehkä noin miljoonan kuutiometrin verran ja sähköttömiä talouksia olisi rivakasta sähköjakeluverkon maakaapeloinnista huolimatta ollut ehkä kaksinkertainen määrä.

Read 11795 times Last modified on Sunday, 06 January 2019 19:26