Puhuttaessa pilvistä tulee monelle ensimmäisenä mieleen valkoinen pilvenhattara sinisellä kesätaivaalla. Meteorologiassa tätä pilveä kutsutaan kumpupilveksi (Cumulus). Kumpupilvi liittyy kesäaikaan, eikä niitä talvella esiinnykään. Talvella on oikeastaan vaan kahdenlaisia pilviä, sadepilviä ja muuten vaan harmaita laajoja pilvimuodostelmia. Välillä on sentään täysin selkeääkin ja kärjistäen onkin helposti joko täysin pilvistä tai selkeää. Kesäpuoliskolla vuotta pilvisyyttä hallitsevat enemmänkin vuorokauden rytmin mukaan elävät kumpupilvet ja niiden sukulaiset. Tällaisilla pilvillä on myös oma tärkeä tehtävä muiden sääilmiöiden joukossa.
Eri vuodenaikojen pilvillä on omat tehtävänsä
Talvisten pilvien tehtävänä on suojata maanpintaa kylmenemiseltä. Aurinko ei talvella juurikaan lämmitä ja niin ilman pilviä maanpinta ja ilma pyrkisivät koko ajan jäähtymään. Pilvet toimivatkin talvella peiton tavoin suojaten lämmön karkaamista eli säteilyjäähtymistä. Toki matalapaineen paksummat sadepilvet tuovat talvella toisinaan myös annoksen lämpimämpää ilmaa. Kesäisillä kumpupilvillä on sen sijaan aivan omanlaisensa tehtävä, joka liittyykin lämmön siirtämiseen maanpinnasta ilmaan. Tätä tapahtumaa kutsutaan konvektioksi.
Auringon on vaikea lämmittää ilmaa
Ilma itsessään on hyvä eriste eli se ei juurikaan johda lämpöä. Auringon säteet saapuvat meille enimmäkseen valon muodossa ja niin itse ilma ei auringon säteilystä oleellisesti lämpene. Auringon säteiden osuessa maan pinnalle ja muihin esineisiin muuttaa se muotoaan lämmöksi ja niin auringon paisteessa maanpinta alkaa lämmetä. Aurinkoisessa säässä tumma maanpinta voi meillä Suomessakin kesällä lämmetä reiluun 50 asteeseen, vaikka itse ilma ei auringon paisteesta lämpenisikään. Koska ilma on hyvä eriste, lämpö ei voi siirtyä maanpinnasta johtumalla ilmaan, vaan siihen tarvitaan muita mekanismeja. Tehokkain tapa siirtää lämpöä maanpinnasta ilmaan on edellä mainittu konvektio. Tämä ilmiö lienee meille tutumpi veden keittämisen yhteydestä.
Konvektio siirtää maanpinnan lämpöä ilmaan
Konvektiota on moni ehkä tietämättäänkin tarkastellut omia keitoksiaan hämmennellessään. Kiehuminen on visuaalisena tapahtumana verrattavissa kumpupilvien syntymiseen. Asettaessamme vesikattilan kuumalle hellan levylle alkaa levyn kuumuutta siirtyä kattilan veteen. Vesi johtaa lämpöä ilmaa paremmin, mutta myös veden kiehumiseen konvektio on selvästi johtumista tehokkaampi lämmönsiirtomekanismi. Kiehuvassa vedessä nousevat ilmakuplat vastaavat kesäisten kumpupilvien syntymekanismia. Auringon kohotessa selkeälle sinitaivaalle alkaa maanpinta nopeasti lämmetä. Varsinkin selkeässä säässä maanpinta ”kuumenee” selvästi ilmaa lämpimämmäksi ja synnyttää konvektion samaan tapaan kuin lämmin hellan levy kiehuvan kattilan alla.
Konvektio sekoittaa ilmaa pystysuunnassa
Maanpinnan lämmetessä syntyy ympäristöään lämpimämpiä ”ilmakuplia”, jotka ympäristöään kevyempinä alkavat kohota ylöspäin. Näitä ylöspäin kohoavia ilmavirtauksia kutsutaan termiikeiksi. Niitä voi toki syntyä ilman kumpupilvien esiintymistäkin, mutta useimmiten termiikkien seurauksena ensimmäiset pienet pilvenhattarat syntyvät jo aamupäivän aikana. Kaiken kaikkiaan on kyse paljon muustakin kuin vain ilmakuplien kohoamisesta. Siinä, missä matalapaineet pitävät huolen maapallon lämpöerojen sekoituksesta pohjois-etelä ja länsi-itä suunnassa, huolehtivat konvektio ja kumpupilvet sekoituksesta ilmakehän pystysuunnassa. Päivällä maanpinnan lämpöä ja kosteutta kuljetetaan ylös ilmakehään ja vaihtokauppana tuodaan maanpinnalle tuulenpuuskia.
Kumpupilvet paljastavat konvektion vuorokausirytmin
Mitä suurempi on lämpötilaero maanpinnan ja ilman välillä, sitä voimakkaampaa konvektio on. Se, kuinka komeiksi kumpupilvet päivällä pullistuvat, riippuu kahdesta asiasta: ilman kosteudesta ja ylemmän ilmakehän lämpöoloista. Suuri kosteus lähellä maan pintaa ja kylmä ilma ylempänä ilmakehässä voimistavat kumpikin kumpupilvien kasvua. Yhdessä nämä tekijät johtavat kesällä helposti iltapäiväsadekuuroihin ja äärimmilleen vietynä aina ukkospilviksi asti. Koska kumpupilvien synnylle on olennaista suuri lämpötilaero maanpinnan ja ilman välillä, esiintyy näitä pilvenhattaroita meillä lähinnä kesäpuolella vuotta. Kumpupilviä syntyy siis vain päiväsaikaan, kun aurinko lämmittää maata eivätkä muut pilvet peitä sinitaivasta. Kumpupilviä ei myöskään päivällä synny merien yllä, koska aurinko ei päivän aikana juurikaan saa lämmitettyä vedenpintaa. Niinpä meret ovat kesällä varmimmin aurinkoista aluetta ja tämä onkin monille vesilläliikkujille tuttu ilmiö.
Alemmassa kuvassa näkyy kumpupilvestä kypsynyt kuuropilvi. Tämä pilvi on jo satanut ja ehkä ukkostanutkin. (Kuvat: P.Takala)
Kumpupilvien kehitystä voi jokainen ennustaa
Tyypillinen vuorokausivaihtelu konvektion ja kumpupilvien suhteen tapahtuu seuraavasti. Aamu on aurinkoinen ja maan pinta alkaa lämmetä nopeasti. Syntyy termiikkejä ja konvektiota ja näiden seurauksena ilmakin alkaa lämmetä. Mitä enemmän maanpinta lämpenee sitä korkeammalle termiikit kohoavat. Kesällä tyypillisesti kello 10 ja 11 välillä syntyvät ensimmäiset pienet kumpupilven poikaset. Ne kasvavat täyteen mittaansa iltapäivän tai alkuillan aikana ja kuihtuvat nopeasti pois auringon laskiessa ja maan pinnan jäähtyessä. Keväällä ilma on kuivempaa ja kumpupilvet syntyvät selvästi myöhemmin ja jäävät toisinaan syntymättä kokonaan. Mitä pidemmälle kesään mennään, sitä varmemmin päivällä syntyy kumpupilviä. Kesällä onkin melko harvinaista, että iltapäivällä ei syntyisi lainkaan kumpupilviä. Näin käy lähinnä vain tilanteissa, jossa ilmavirtaus tuo mukanaan koko ajan entistä lämpimämpää ilmaa.
Keväällä ja kesällä myös tuulella on selvä vuorokausirytmi
Samalla, kun termiikit kuljettavat auringon lämpöä ja ilman kosteutta kumpupilvinä taivaalle, syntyy ilmaan pyörteitä, jotka tuovat ylemmän ilmakehän tuulia tuulenpuuskina maanpinnalle. Maanpinnalla kokemamme tuulenpuuskat ovat tämän takia usein vähän eri suuntaisia kuin normaali vallitseva tuuli. Vaikka keväällä kumpupilviä ei ihan yhtä helposti synny kuin kesällä, ovat termiikit kuitenkin aurinkoisina päivinä voimakkaita ja tuulenpuuskat pääsevät päivällä hyvin pintaan. Kevät onkin sisämaassa usein kaikkein tuulisinta aikaa. Aurinkoisena kevätpäivänä 1-2 kilometrin korkeudessa puhaltavat tuulet pääsevät päivällä puuskina maanpinnalle. Illalla auringon laskiessa ja maanpinnan jäähtyessä termiikkien mukana myös pyörteet heikkenevät ja niin tuulikin menee yleensä yöksi nukkumaan.
Sisämaassa kannattaa eteenkin keväällä tuuliennusteet katsoa aina puuskaennusteista. Keskituuli on helposti alle puolet puuskatuulien nopeudesta. Ulkona ollessamme ja touhutessamme koemme tuuleksi juuri ne voimakkaimmat puuskahetket eikä virallinen tuulen mittayksikkö eli 10 min keskiarvo kuvaa kovinkaan hyvin tuulioloja.
