[Taivasasioita-blogista 28.05.2008 - 22:30]

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. Avaa täysikokoisena.

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. Avaa täysikokoisena.

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

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. Avaa täysikokoisena.

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. Avaa täysikokoisena.

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…

[Taivasasioita-blogista 13.01.2008 - 00:51]

Taustaa

Tällä kertaa nostin näppiksen pöydälle tavoitteena tehdä pieni pöytälaatikkotutkimus. Viime joulukuisten Pohjois-Lapin myrskyjen ja muutamien vanhempien samankaltaisten tapausten motivoimana päätin selvittää Suomen maa-alueiden hurjimpien tuulien meteorologista taustaa. Suomessahan myrskyä (yli 21 m/s) ei ole mitattu keskituulena kuin merialueilla, tuntureilla sekä Pohjois-Lapin “tasamaalla”. Joulukuussa 2007 Kevon mittausasemalla luoteistuuli hönkäisi mittariin järkyttävät 28 m/s puuskien kivutessa lähes 40 m/s:iin. Lukemat olivat suurempia kuin millään merisääasemalla mitattiin koko vuonna.

Tässä muutamia kysymyksiä, joihin olen yrittänyt kaivaa vastaukset Utsjoki-Kevon aseman mittausten perusteella:

* Kuinka yleisiä erittäin voimakkaat tuulet (yli 17 m/s) ovat?
* Mikä on tuulen nopeuksien ja suuntien jakauma?
* Mikä on näiden tilanteiden kuukausittainen jakauma?
* Mikä on näiden tilanteiden suuren mittakaavan säätilanne tapahtumapäivänä ja 1-5 päivää sitä ennen?
* Miten mittaustulokset ovat selitettävissä esimerkiksi aseman orografian ja säätilanteiden avulla?
* Voidaanko tuloksista saada jotain hyötyä vastaavien tilanteiden ennustamiseen?

Tietolähteet

Työ nytkähti liikkeelle tekemällä havaintotietokantaan haku Kevon tuulimittauksista vuosilta 1962-2007. Mukaan otettiin vain havaintohetkellä mitattu keskituuli (ei siis kolmen tunnin jakson maksimikeskituuli), jos se oli vähintään 17 m/s. Sen jälkeen aineistosta laskettiin muutamia yksinkertaisia jakaumia. Seuraava vaihe oli poimia talteen voimakkaan tuulen päivämäärät ja laskea jenkkiläisen NCEPin uusanalyysitiedoista tilanteille keskimääräiset suuren mittakaavan sääolosuhteet.

“Kevo-myrskyjen” esiintyminen

Sitten itse tuloksiin. Koko aineistosta löytyi 104 mittausta, joissa havaintohetken keskituuli ylitti 17 m/s. Mittaukset eroteltiin omiksi tapauksikseen, joita kertyi 74 kappaletta. Niinpä todennäköisyys, että yksittäinen havainto ylittää 17 m/s rajan on Kevolla ainoastaan 0,0008%. Tämä tarkoittaa, että yhden vuoden aikana rajan ylittäviä mittauksia on tehty keskimäärin 2,3 kappaletta. Kyseessä on siis vuosittain toistuva tuulitapahtuma. Kannattaa huomioida, että eteläisessä Suomessa tuulennopeus 17 m/s (puuskat 25+ m/s) aiheuttaa todella pahoja vahinkoja, kuten nähtiin esimerkiksi Janika-myrskyssä 15.11.2001.

Tuulennopeudet ja kuukausijakauma

Jos tarkastellaan tuulennopeuksien frekvenssijakaumaa, nähdään ennalta odotettu äkisti laskeva tapausten määrä suuria nopeuksia kohti mentäessä. Tapausten kuukausijakaumakaan ei juuri yllätä, koska maksimi osuu talvikuukausille. Säähäiriöt ovat talvella voimakkaimpia ja niinpä on yleisesti tunnettu fakta, että näillä leveyksillä puhaltaa rajuimmin talvella. Merialueiden myrskypäivien kuukausijakaumaan verrattuna havaitaan kuitenkin, että “Kevo-myrskyjen” sesonki ajoittuu lähemmäksi kevättä. Kuten kuva osoittaa, tapauksia on ollut eniten helmikuussa. Tämä saattaa liittyä tilanteelle otollisiin suuren mittakaavan säätilanteisiin, joista on kerrottu enemmän alla.

Tuulensuunnat

Tilanteista tehty tuuliruusu sen sijaan antaa todella ronskin signaalin. Peräti 92% tapauksista sattuu tuulensuunnille 285-345 astetta (länsiluode-pohjoisluode) eikä suunnilla 15-225 astetta (pohjoiskoillinen-lounas) ole yhtään ainoaa tapausta. Yleisesti tunnettua on myös se, että “yleinen” tuuliruusu painottuu meidän leveysasteilla etelän ja lounaan välille. Nämä faktat yhdessä antavat siis vihiä, että ainakin Kevolla voimakkaiden tuulien taustalla saattavat olla paikallisolosuhteet.

Keskimääräinen suursäätila

Lisää mielenkiintoisia tuloksia saadaan, kun syötetään “Kevo-myrskyjen” päivämäärät numeerisessa uusanalyysitiedossa keskiarvoistettaviksi. Alla on esitetty animaatioita, jotka kuvaavat keskimääräisiä virtausoloja noin 5 km korkeudessa sekä maanpinnalla. Lisäksi molemmilta korkeuksilta on esitetty poikkeamat ilmastollisesta keskiarvosta. Animaatiot alkavat 5 vuorokautta ennen tilannetta valinneesta suursäätilasta ja loppuvat myrskypäivään.

Ensimmäisestä animaatiosta nähdään, että noin 5 kilometrin korkeudella (500 hPa) on vahva (ylä)korkeapaineenselänne, joka vahvistuu myrskypäivän lähestyessä kohti länttä ja luodetta. Samalla yläsola kaivautuu kohti etelää Suomen itäpuolelle. Meteorologin kielellä ilmaistuna, animaatiossa näyttäisi tapahtuvan epäjatkuva retrogressio, jossa vahva yläselänne pakittaa länteen. Yläselänne tulee kauniisti esiin myös poikkeama-animaatiossa, jossa on vahva positiivinen poikkeama Fennoskandiassa ja sen länsipuolella. Vastaavasti negatiiviset poikkeamat ovat kauempana Atlantilla sekä toisaalta Venäjän pohjoisosassa. Myös tästä nähdään, kuinka positiivisen poikkeaman painopiste hivuttautuu kohti länttä ja samalla negatiivinen poikkeama vaeltaa kohti Kuolan niemimaata.

Animaatio 500 hPa:n keskimääräisestä geopotentiaalikorkeudesta myrskypäivinä ja 1-5 vuorokautta tätä ennen. Korkeanselänne näkyy keltaisena pullistumana Brittein saarten tienoilla. Täysikokoinen animaatio.

Animaatio 500 hPa:n keskimääräisestä geopotentiaalikorkeuden anomaliasta myrskypäivinä ja 1-5 vuorokautta tätä ennen verrattuna ilmastolliseen keskiarvoon. Täysikokoinen animaatio.

Jos tehdään vastaava tarkastelu merenpintaan redukoidulle ilmanpaineelle, nähdään odotusten mukaisesti samoja tapahtumia. Keskimääräisolosuhteita kuvaavassa animaatiossa korkeapaine ulottuu aluksi kaukaa Aasiasta Keski-Eurooppaan, mutta tapahtumapäivän lähestyessä korkeapaine pullistaa selänteen kohti luodetta. Samalla matalapaine valahtaa Jäämereltä Suomen itäpuolitse etelään. Tämä asetelma on toki arvattavissa jo edellä esitetyn tuuliruusun perusteellakin. Poikkeama-animaatio osoittaa vahvan positiivisen ilmanpainepoikkeaman siirtyvän hiljalleen länteen ja luoteeseen samalla kuin negatiivinen poikkeama liikkuu Jäämereltä etelään. Huomionarvoista on, että positiivinen poikkeama on aluksi selvästi vahvempi kuin negatiivinen. Samaa koskee myös tilannetta 5 km korkeudella.

Animaatio keskimääräisestä “merenpintapaineesta” myrskypäivinä ja 1-5 vuorokautta tätä ennen. Korkeapaine näkyy punaisena ja matalapaine violettina. Täysikokoinen animaatio.

Animaatio “merenpintapaineen” poikkeamasta myrskypäivinä ja 1-5 vuorokautta tätä ennen verrattuna ilmastolliseen keskiarvoon. Keskimääräistä suuremmat arvot on esitetty vihreällä, keltaisella, punaisella ja keskimääräistä pienemmät sinisellä ja violetilla. Täysikokoinen animaatio.

Asema ja sen ympäristö

Ennen loppuyhteenvedon tekemistä on syytä kurkata, minkälaisessa tuulitunnelissa Kevon mittarit oikein makaavat. Ilmatieteen laitoksen virallisessa asemakuvauksessa todetaan muun muassa seuraavaa: “Asema sijaitsee pohjois-etelä -suuntaisen Utsjoen-Kevojoen kanjonissa, koillisrinteen tasanteella. Pohjoisen suunnalla (n. 360 astetta) joki jatkuu samansuuntaisena n. 15 km, etelän suunnalla (n. 160 astetta) vain n. 4 km. Muissa ilmansuunnissa on tuntureita tai vaaroja, joista korkeimmat 350-400 m mpy. Kevojärvi ympäröi kuitenkin 100-200 m päässä asemasta n. 1 km matkalta muissa ilmansuunnissa paitsi lounaassa (sektori 180-250 astetta).” Saman karttamuodossa voi todeta vaikkapa Kansalaisen Karttapaikan tiedoista.

Mitä opimme tästä?

Yllä olevan perusteella pystytään päättelemään tai spekuloimaan Kevon hurjista tuulista ainakin seuraavaa:

* Erittäin voimakkaat, ajoittain jopa myrskyisät tuulet ovat jokavuotisia Kevolla.
* Voimakkaiden tuulien suuntajakauma on erittäin kapea, 92% tapauksista on sektorissa 285-345 astetta. Tähän vaikuttanee suuresti myös lähialueen topografia (pohjois-eteläsuuntainen kanjoni ja luoteen ja pohjoisen suunnassa pitkä järvenselkä).
* Voimakkaisiin tuuliin johtaneita säätilanteita edeltää Suomen lounaispuolella oleva vahva sulkukorkeapaine, joka siirtyy myrskypäivän lähestyessä kohti länttä tai luodetta. Samalla Jäämerellä oleva matalapaine liukuu Suomen itäpuolitse kohti etelää.
* 3-5 vuorokautta ennen voimakkaita tuulia lounaista korkeapainetta ja sen siirrosta länteen voi pitää Jäämeren matalaa varhaisempana ennusmerkkinä kyseisen tilanteen syntymiselle. Tästä kertoo mm. se, että positiivinen painepoikkeama on negatiivista vahvempi ja fokusoituneempi.
* Negatiivisen painepoikkeaman laajuus voi merkitä, että myrskymatalan siementä täytyy etsiä laajalta alueelta Jäämereltä. Keskus voi lähteä kehittymään jopa Novaja Zemljan takana Venäjän pohjoisrannikolla.
* Kovien tuulten esiintymishuipun myöhäisyys (helmikuun maksimi) saattaa liittyä sulkukorkeapaineiden yleistymiseen vuodenvaihteen jälkeen. Tämä jää kuitenkin käsien heiluttelun tasolle, koska minulla ei ollut aikaa etsiä tähän sopivaa referenssiä.

Lopuksi täytyy korostaa, että tämän pöytälaatikkotutkimuksen tulokset eivät ole yleistettävissä muualle Pohjois-Lappiin saati Keski- tai Etelä-Lappiin. Yleisten linjojen vetäminen vaatisi useamman aseman mittausten tutkimista. Kokemus Pohjois-Lapin myrskyistä on kuitenkin näyttänyt, että samanaikaisesti Kevon kanssa myös muilla alueen asemilla mitataan eteläsuomalaisittain hurjia tuulia. Toistaiseksi jääkin ilmaan kysymys, kuinka vääristynyt mm. Kevon tuuliruusu todella on vai onko se totuus myös muualla Suomen “tundralla”.

Loppukommentti

Mikäli joku jaksoi lueskella tarinan loppuun asti, olisi mukava kuulla kommentteja tämän pikkututkielman tuloksista tai yleensä tämäntapaisten kirjoitusten julkaisemisesta. Allekirjoittaneen kannalta työ oli todellinen piristysruiske haudanvakavaan tieteentekoon ja aion ehdottomasti jatkaa samalla linjalla, jos vaan aikaa suinkin löytyy. Tätä tehdessä tuli jo ajatuksia uusista aiheista ja otan niitä mieluusti vastaan myös tämän blogin kautta.