Pakkasten ennustamisen vaikeus

Pakkaspäiviä tulossa!

Ilmamassa yllämme on varsin kylmää, 850 hPa -painepinnalla eli n. puolentoista kilometrin korkeudessa pakkasta on 12-18 astetta. Moni meistä on tottunut ajattelemaan, että ylöspäin mennessä ilma aina jäähtyy, mutta pakkassäällä, etenkin selkeällä sellaisella, käy päinvastoin: kylmä ilma löytyykin aivan maanpinnasta.

Pakkassäällä tarkkojen pakkaslukemien ennustaminen tuottaa meteorologeille harmaita hiuksia. Tässä blogitekstissä valotan hieman sitä, miksi näin on.

Inversio – lämpötilat ylösalaisin

Kaikille meille ovat tuttuja etenkin syksyisin selkeällä säällä iltaisin ja aamuisin maanpinnan tuntumassa kelluvat kauniit sumupilvijärvet. Auringon alkaessa paistaa sumut hälvenevät. Tuo muodostunut kaunis sumupilvi kertoo siitä, että maa on jäähtynyt lämmön säteillessä ylöspäin nopeammin kuin sen yläpuolella oleva ilma. Ilman jäähtyminen tapahtuu vähitellen alhaalta päin ja jäähtyneessä ilmakerroksessa on enemmän ilmankosteutta kuin ilma pystyy pitämään näkymättömänä. Ilmankosteus tiivistyy sumupisaroiksi – tuloksena kauniita sumulauttoja.

Kuvaillussa tilanteessa ilma on kylmintä aivan lähellä maanpintaa ja lämpenee siitä ylöspäin mentäessä. Tätä tilannetta kutsutaan lämpötilainversioksi.

Lämpötilainversio syntyy maanpinnan tuntumaan myös selkeinä pakkasöinä. Kaikkein kylmin ilma ”valuu” maaston alaviin paikkoihin. Tällaisina öinä näkee usein tilanteita, joissa tunturin vieressä laaksossa pakkasta voi olla jopa 30 astetta enemmän kuin vieressä tunturin huipulla! Havaintoasemien välimatka saattaa olla vain muutaman kilometrin, jopa vähemmän.

Kuva: Markus Mäntykannas

 

Pilvisyys ja harmaat hiukset

Maastonmuodot eivät aiheuta meteorologeille suinkaan eniten harmia. Sen sijaan todellisen haasteen tuo pilvisyyden vaikutus.

Jotta pakkanen pääsisi kiristymään kunnolla ilmamassan määrittämään ”täyteen potentiaaliin”, vaadittaisiin täysin selkeä taivas. Pakkassäällä kylmä ilma ei pysty sitomaan itseensä näkymättömiin paljoa kosteutta, joten pienikin kosteusmäärä muodostaa äkkiä sumupilven. Siksi talviset korkeapainepäivät ovat hyvin usein pilvisiä.

Vaikka tuo pilvi muodostaa tasaisen näköisen pilvikaton, pilvikerros saattaa usein olla hyvinkin ohut. Ei vaadita paljoa, että pilvipeitteeseen syntyy pieniä rakoja, joista näkyy selkeä taivas.

Tässä on pakkasten ennustamisen ongelman ydin: pilvikerros heijastaa tehokkaasti maasta nousevaa lämpösäteilyä takaisin lämpimän vaatekerroksen tapaan. Lämmin (tai ainakin ei-niin-kylmä) ilma jää maan ja pilven väliin ja lämpötila ei pääse tippumaan kovin alas. Selkeän kohdan sattuessa käy toisin: lämpösäteily karkaa pois ja lämpötila putoaa nopeasti.

Sellaisen pilvipeitteen tapauksessa, jossa pilvessä on toisaalla aukkoja ja toisaalla se on täysin kiinteä, lämpötilaa on mahdotonta ennustaa täysin oikein ainakaan koko alueelle. Lämpötila reagoi nopeasti pilvisyyden vaihteluihin: ei kestä montaa minuuttia, kun sään seljetessä lämpötila tippuu äkkiä jopa 1o astetta alemmaksi. Samoin toisinpäin, lämpötila lähtee nousuun pian sen jälkeen, kun taivaalle leviää pilvi.

Asiaa helpottaisi hieman, jos pilvi olisi on-off-mallinen: sitä joko olisi tai ei olisi. Valitettavasti pilvissä on paksumpia ja ohuempia kohtia, melkein-reikiä ja muita yksityiskohtia, jotka päästävät vain osan lämpösäteilystä läpi, heijastavat osan ja samalla romahduttavat meteorologin viimeisetkin toiveet täydellisestä lämpötilaennusteesta. Satelliititkaan eivät toimi parhaimmillaan talvella ja etenkään Lapin leveysasteilla.

Kuva: Maarit Siitonen

Ratkaisu?

TV-meteorologeilla ratkaisu tähän lämpötilojen vaihteluun on yksinkertainen: lämpötilahaarukka! Suurin osa meistä on varmaan nähnyt ”yölämpötila -20…-40 astetta” -tyyppisen lämpötilamerkinnän. Sitä käytetään hyvästä syystä, alueen sisällä todennäköisesti löytyy sekä -20 asteen että -40 asteen lähellä olevia lämpötiloja että kaikkea siltä väliltä.

Piste-ennusteissa haarukoita ei valitettavasti ole olemassa, eikä niitä ole helppo asentaa automaattisiksi; meteorologi tarvitaan tunnistamaan hankala säätilanne, mutta parin miljoonan paikan tietokantaa ei käsin säädetä päivittäistasolla.

Siksi tulevia päiviä varten tämä tietoisku kaikille: Tietokonemallit eivät saa kiinni kaikista kylmimmistä lämpötiloista, joten kannattaa varautua, että pakkasta on enemmän (tai runsaamman pilvisyyden tapauksessa vähemmän) kuin tietokone-ennusteet sanovat!

Kuva: Matti Hietala

Mukavia pakkaspäiviä kaikille! Niitä kestää vain muutaman päivän ajan; ensi viikolla meille on ainakin väliaikaisesti leviämässä ennusteiden mukaan lauhaa ilmaa.

 

 

Tämä kirjoitus kuuluu kategoriaan Huomioita säästä. Pysyvä linkki.

18 vastausta kirjoitukseen

  1. Leone sanoo:

    Erittäin kuvaava kirjoitus! Jos olisin meteorologi, niin esittäisin tuon ilmamassan mukaisen mahdollisen alimman lämpötilan huomiolla pilvisyyden vaikutuksesta.

    Tässä kohtaa voisi kirjoittaa kasvihuoneilmiöstä inversiotilanteessa, eli siis kun lämpötila voimakkaasti nousee ylöspäin mentäessä. Jos tällöin ajatellaan maanpinnan lämpötehotasetta, niin yhtenä komponenttina siis on hiilidioksidin säteily ilmakehästä. Tuolla säteilyllä on jokin keskimääräinen korkeus, mistä se on lähtöisin. Nykypitoisuudella se lienee jossakin muutaman sadan metrin korkeudella.

    Nyt tuon säteilyn teho riippuu ilman lämpötilasta kyseisessä kerroksessa, tai oikeastaan ilmakehän lämpötilafunktiosta. Jos sitten kuvitellaan tilanne, missä hiilidioksidipitoisuus tuplataan, niin silloin sen generoima säteily tulee maanpintaan aiempaa alempaa. Inversiotilanteessa tämä tarkoittaakin sitä, että hiilidioksidin generoima säteily puolestaan heikkenee, koska säteily tulee kylmemmästä kerroksesta kuin aiemmin. Samalla maanpinnan lämpötehotaseeseen tulee lovi, ja maanpinta on aiempaa kylmempi.

    Näin ollen inversiossa hiilidioksidipitoisuuden kasvu aiheuttaa kireämpiä pakkasia maanpinnan lähellä. Ehkäpä juuri tästä syystä suomen pakkasennätys on niinkin tuore kuin vuodelta 1999. Tämä myös osoittaa kasvihuoneilmiön mallintamisen vaikeuden.

    • Jorma sanoo:

      Suomen pakkasennätyksen tuoreus johtunee yksinkertaisesti siitä, että esimerkiksi sata vuotta sitten oli vielä kylmempää, mutta silloin ei ollut mittausasemia yhtä kattavasti.

      • Leone sanoo:

        Niin siis pakkasennätykset painottuvat mittausaineiston loppupäähän. Vaikea sanoa paljonko hiilidioksidipitoisuuden nousu vaikuttaa pakkasen kireyteen. Kuitenkin sen merkitys asteissa lienee isompi kuin esimerkiksi kesällä, koska lukemassa -40 sama muutos tehossa näkyy isompana muutoksena lämpötilassa. Lisäksi kesällä vertikaalinen lämpötila ei muutu niin rajusti.

        Jos siis ajatellaan pakkasten esiintyvyyttä Suomessa, niin siihen tarvitaan vain korkeapaine Siperiaan sekä jettiin sopiva mutka, että kylmä ilmamassa valuu meidän päälle. Hiilidioksidipitoisuuden kasvu kiristää myös Siperian pakkaskeskittymää, joten eipä täällä pakkaset tule vähenemään. Varsinkaan kun Auringon alhainen aktiivisuus pitää jettiä etelässä.

        Jos globaaliin ilmastomalliin laitetaan inputiksi jokin keskimääräinen vertikaalinen lämpötilafunktio jossa lämpötila alati laskee ylöspäin mentäessä, niin eipä ole mikään ihme jos Suomessa ei lämpene kuten malli tulostaa.

        • Jorma sanoo:

          Suomen ilmasto on lämmennyt ja lämpenee ilmastomallien mukaan jatkossakin noin tuplasti nopeammin kuin globaali ilmasto.

          • peikko763 sanoo:

            Suomessahan ja globaalistikkin lämpenemisnopeus oli 1980-luvulla ja 1990-luvulla suurempi kuin 2000-luvulla. Lämpeneminenhän on maailmallakin hidastunut tällä vuosituhannella… se on merkki siitä, että lämmittävä mekanismi on hidastunut vuosien 1998-2002 paikkeilla… joka tarkoittaa sitä että jokin muukin mekanismi lämmittää merkittävästi ilmastoa kuin ihminen, koska päästöt ovat tuon jälkeen lisääntyneet..

            Mitkä lämmittävät mekanismit ovat hidastuneet 1998-2002 paikkeilla.. itse sanoisin että AMO sekä Auringon aktiivisuus. Auringon aktiivisuus on tippunut nyt 1900-luvun alun tasolle, mutta ei ole vielä 1800-luvun tasoinen..

            AMO-sykli oli nousussa vielä 90-luvulla, mutta nyt ollaan huipussa ja se ei enään nouse.. siksi lämpeneminenkin on hidastunut :

            https://static-sls.smf.aws.sanomacloud.net/tiede.fi/s3fs-public/styles/medium_main_image_no_upscale/public/discussion_comment_image/amo_vs_lampotila.png?itok=0oWRobkG

            https://static-sls.smf.aws.sanomacloud.net/tiede.fi/s3fs-public/styles/medium_main_image_no_upscale/public/discussion_comment_image/amo_1.png?itok=sM3_SjOg

            AMO(=Pohjois-Atlantin pintalämpötila) on ainakin tärkeä indikaattori maapallon lämpötilansäätelyssä kuten 2 edellistä kuvaa osoittaa.. se on korrelloinut satelliitteihin hyvin ja vanhoihin lämpötila-aikasarjoihin (NOAA GHCN v1)… on mielenkiintoista nähdä mihin lämpötilat menevät 2020-luvulla, kun sen aikana AMO alkaa pikkuhiljaa hitaasti siirtymään kylmentävään asentoon kohti 2030-lukua.. mitä silloin tapahtuu ilmastolle.. kun ihminen vaikuttaa lämmittävästi ja noin tärkeä luonnollinen sykli kylmentävästi… kun nyt tällä hetkellä AMO on lämmitävässä asennossa.

      • Leone sanoo:

        Tuolla onkin tutkittu inversion vaikutusta alassäteilyyn:

        http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/JD089iD07p11771/abstract

        On havaittu, että alassäteily pienenee inversiossa, joka kertoo siitä että säteilevä kerros jäähtyy. Hiilidioksidin osalta pitoisuuden kasvaminen tuo säteilevää kerrosta sen osalta alemmas, eli alassäteily pienenee edelleen ja pakkanen on entistä kireämpää.

      • peikko763 sanoo:

        En usko itse siihen että ilmasto olisi ollut 100v sitten kylmempää kuin esim. 1985 tai 1999. Sodankylässäkin vanhalla sääasemalla oli melkein -50C pakkanen 1999.

        1800-luvulla käsittääkseni on ollut Sodankylässä -52C pakkasta.

        1960-luku on ollut kylmin vuosikymmen Suomessa 1890-luvulta lähtien.

        • Jorma sanoo:

          Ei nämä ole mitään uskonasioita. Suomen ilmasto oli sata vuotta sitten lähes kaksi astetta kylmempi kuin nykyään, ja selkeästi kylmempi kuin 1985 tai 1999.

          Eikä 1960-luku ollut kylmin vuosikymmen Suomessa 1890-luvulta lähtien.

          http://www.ilmastokatsaus.fi/wp-content/uploads/2017/01/kuva1-suomen-vuosikeskilampotila-1847alkaen-iso-2016.png

  2. veikko lehtola sanoo:

    Hei !
    Voitko selitää , mikä ilmeisesti hyvin paikallinen ilmiö oli eilen Karjalohjalla , kun koko aamupäivän oli 15 astetta pakkasta , iltapäivällä vähän selkeni , mutta kuitenkin reippaasti yli Lohjan ennusteen . Porlan havaintoasemalla linnuntietä ei ole varmaan kuin 15 kilometriä .

  3. Ilkka Ahmavaara sanoo:

    Tähän pakkaspäivien pilvisyyteen, oli korkea tai matalapaine, ilmeisesti vaikuttaa myös ns. avaruussää enemmän kuin on aiemmin arveltu. Viittaan Svensmarkin et al. Nature Communicationsissa julkaistuun paperiin kosmisen säteilyn osuudesta pilvien syntyyn, jolla siis saattaisi olla aika suorakin vaikutus lyhyenkin ajan ennakointiin.

    https://www.nature.com/articles/s41467-017-02082-2

    • Jorma sanoo:

      Svensmarkin teoriat kosmisen säteilyn vaikutuksesta planeettamme pilvisyyteen ja ilmastoon on lytätty melkoisen maanrakoon lukuisten muiden tutkimusten toimesta. Jos et usko, niin voin pyynnöstä laittaa esille ison määrän niitä muita tutkimuksia. Googlettamalla löydät niitä varmaan itsekin.

      • Ilkka Ahmavaara sanoo:

        Olen kyllä kuullut laajastakin kritiikistä, mutta en ole tarkempaa kuvausta sen luonteesta kuullut (ainahan kritiikkiä löytyy). Riittää vaikka ydinkysymykset asiaan perehtyneeltä ja vain muutama havainnollistava kärkipaperi linkiksi ettei paljouteen huku.

        Mielelläni perehdyn asiaan vähän tarkemmin.

        • Jorma sanoo:

          Tuollahan niitä muutama:

          https://agwobserver.wordpress.com/2009/08/31/papers-on-the-non-significant-role-of-cosmic-rays-in-climate/

          Tuossa juttua aiheesta ihan suomeksi:

          http://co2-raportti.fi/index.php?page=ilmastouutisia&news_id=2970

  4. Leone sanoo:

    Näyttää tosiaan sille, että lauhtuminen jää lyhytaikaiseksi ja nopeasti tulee Siperiasta seuraava satsi kylmyyttä.

    • Jorma sanoo:

      Forecan 15 vuorokauden ennusteessa ei näytä tulevan mitään kylmyyttä ainakaan Etelä-Suomeen. Eikä myöskään pohjoiseen.

  5. anssi sanoo:

    Tästä voi vähän katsella virtauksia ja lämpötiloja:
    https://earth.nullschool.net/#current/wind/surface/level/overlay=temp/orthographic=-323.86,67.79,596/loc=25.872,64.923

    työkalut löytyvät sivun vasemmasta alalaidasta earth tekstiä klikkaamalla. Hiiren rullalla säätyy maapallon koko

    • anssi sanoo:

      Hiirtä klikkaamalla kartalla näkyy lämpötilat jne. Karttapalloa voi pyöritellä tarraamalla hiiren vas. painikkeella.

      Olkaapa hyvä.

  6. Joanna Rinne sanoo:

    Kiitoksia kaikille hyvistä kommenteista ja pahoittelut, että olen vastannut niihin näin hitaasti! Työpäivät vilahtavat äkkiä säätä seuratessa ja vastaaminen on lykkääntynyt kohtuuttomasti. Kiitos kärsivällisyydestänne, koitan kiristää vauhtia jatkossa!

Forecan blogissa on käytössä kommenttien esimoderointi eli blogin ylläpitäjän on hyväksyttävä kommentti ennen kuin se näkyy blogissa. Kommentteja käydään läpi toimistotyöajan puitteissa.

Blogin keskusteluun voi osallistua asiallisilla, aiheeseen liittyvillä ja toisia kunnioittavilla kommenteilla. Viestejä voidaan jättää julkaisematta ylläpidon harkinnan mukaan, esimerkiksi jos viesti on loukkaava, ei liity blogin aiheeseen, sisältää selkeää tahallista provosointia tai on muutoin asiaton.