Leikkimielisesti säätä voidaan verrata lottoarvontaan, jossa maapallon ilmakehässä lottopalloja vastaavat maapallon eri osien väliset erilaiset lämpötilat. Aurinko lämmittää maapalloa epätasaisesti ja kaikkein eniten lämpenee päiväntasaajan seutu ja vähiten talvinen napaseutu. Tämän lisäksi erilaiset pinnat lämpenevät ja jäähtyvät hyvinkin eri tavalla ja vuorokauden rytmin mukaan lämpötilaerot voivat vielä vaihdella nopeasti eri paikkojen välillä ja muuttua jopa päinvastaisiksi. Paikalliset lämpötilaerot voivat maaston muotojen ja erilaisten pintojen (esim maa-meri) suhteen olla helposti jopa yli 10 astetta.
Lottopallokoneessa palloja pyöritellään suuremman pallon sisällä ja aina välillä yksi pallo arvotaan kaikkien pallojen seasta sattumanvaraisesti. Myös maapallo pyörii ja sen lottopallot eli erilaiset lämpötilat maapallon lottokoneen mukana. Sään lottoarvonnassa meistä jokainen saa oman ” jättipottinsa” koetun sään muodossa.
Loputon arvonta
Lottokoneessa pallot loppuvat kesken jo varsin lyhyessä ajassa. Sääarvonnassa aurinko kuitenkin pitää huolen, että lämpötilaerot maapallon eri osien välillä tulevat aina vaihtelemaan ja pysymään suurina. Näin sääarvonta jatkuu loputtomasti ja meille kaikille riittää jännitettävää.
Sää syntyy siis auringon energiasta, joka jakautuu maapallolle epätasaisesti. Kylmä ilma on lämmintä raskaampaa ja näin ilma alkaa liikkua. Maapallon lämpöeroista syntyvät ilmakehän tuulet ja virtausjärjestelmät, jota maapallon pyöriminen muokkaa vielä lopulliseen muotoonsa. Tuulen mukana ilma ja sen sisältämät kaasut liikkuvat paikasta toiseen. Vesihöyry on ilman kaasuista ainoa, joka meidän lämpöoloissamme voi saavuttaa kaikki kolme olomuotoaan. Oikeastaan kaikki näkemämme sää onkin vain veden olomuodon muutosta. Tästä melkein tehosekottimen lailla toimivasta lottokoneesta sitten arvontaan se hetkellinen säämme.
Sääennusteen pullonkaulat
Sääennusteissa pyritään määrittämään jo etukäteen, miten arvonnassa tulee käymään. Sääennusteet voisivat ideaalitilanteessa olla jopa täydellisiä. Tällöin meidän kuitenkin pitäisi tietää sään alkutila täydellisesti molekyylitasolla asti. Lisäksi meidän pitäisi tietää myös kaikki maailman fysikaaliset lainalaisuudet viimeisintä yksityiskohtaa myöden. Todellisuudessa emme tietenkään voi tähän päästä koskaan. Suurin haaste on alkutilan määrittäminen. Säähavaintoja tehdään kyllä joka maassa säännöllisesti. Käytännössä mantereilla säähavaintoja saadaan hyvä jos parin kymmenen kilometrin tarkkuudella ja tällöinkin on kyse yleensä vain aivan maanpinnan läheisistä havainnoista. Säätä tapahtuu kuitenkin vielä 15 kilometrinkin korkeudella. Meriltä havaintoja tulee vielä paljon sisämaata vähemmän. Nykyaikana satelliiteista saadaan paljon tietoa eri korkeuksilta, mutta molekyylitasolta tullaan aina jäämään hyvin kauas. Myöskään kaikkia fysiikan pienimpiä yksityiskohtia ei välttämättä ikinä tulla tietämään täydellisesti. Pelkästään kaikkien tällä hetkellä tiedossa olevien lainalaisuuksien yksityiskohtien saaminen yhtälöihin tulee viemään vuosikymmeniä.
Haasteita aiheuttaa nykyään yksinkertaisesti myös se, ettei tietokoneiden erotuskyky yllä kaikkien yksittäisten säääilmiöiden tasolle. Tarkimmat globaalit säämalit laskevat säätä tällä hetkellä noin 12 kilometrin tarkkuudella, eikä tätä pienempiä sääilmiöitä voida ennustaa paikallisesti. Näin esimerkiksi kuurosateita ei voitaisi tällä hetkellä ennustaa täydellisesti oikeaan paikkaan, vaikka lähtötilanne tunnettaisiin molekyylitasolla.
Sääennusteissa sattuma voidaan jakaa kahteen ryhmään
Sääennusteissa ilmakehän suuret rakenteet pystytään ennustamaan usein viiden vuorokauden päähän ällistyttävän hyvin. Voimakkaiden matalapaineiden ja säärintamien liike ja kehitys pystytään siis ennustamaan pääpiirtettäin vuorokausiksi eteenpäin. Koska alkutilaa ei kuitenkaan tunneta täydellisesti, eikä laskelmien fysiikkakaan ole täysin aukotonta, on sattumalla näppinsä pelissä myös näiden isompien ”sääotuksien” määrittämisessä.
Tämä on nähtävissä sääennusteissa niin, että ennustettujen sateiden ajoitus heittää muutamilla tunneilla tai matalapaineiden reitit voivat jo vuorokauden-kahden päästä poiketa 100 km lasketulta reitiltä.
Vielä isommin sattuma voi puuttua peliin vuorokauden rytmin mukaan elävissä sääilmiöissä. Tällaisten ilmiöiden ennustamiseen oikeastaan vaadittaisiin jo sitä molekyylitason tarkkuutta sekä alkutilan määrityksessä että fysiikan lainalaisuuksissa. Esimerkiksi kuurosateet ja kesäiset kumpupilvet liittyvät prosessiin, jossa auringon lämmittämän maanpinnan lämpöä siirtyy ylemmäs ilmakehään. Tällaiset pilvet syntyvät yhtä sattumanvaraisesti kuin nousevat kuplat kattilassa kiehuvaan veteen. Kumpupilvet kehittyvät kuitenkin sopivissa lämpöoloissa järjestäytyneiksi ukkospilvirakennelmiksi saakka, jolloin ne usein alkavat elää täysin omaa elämäänsä ja voivat toisinaan synnyttää ympärilleen jopa kokonaisen matalapaineen. Näinkin voimakkaiden ilmiöiden kehitys voi olla vain pienestä perhosen siiven iskusta kiinni.
Tammikuussa järjestetyillä Tieteen päivillä oli tänä vuonna aiheena sattuma. Säälle oli varattu oma kahden tunnin osuus nimeltä: ”Säätä sattumalta”. Asiasta kiinnostuneiden on vielä mahdollista löytää luentokokonaisuus täältä
Oletko itse voittanut säälotossa ;) Oma päävoittoni osui eräälle virolaiselle rannalle, jossa surffatessani näin lahden toisella sivulla uljaasti vaappuvan trombin. Mikä on ollut sinun jättipottisi?
Kiitos hyvästä artikkelista!
Tosiaan, emme edes voi aavistaa sitä sattumanvaraista ’pienen perhosen siiven iskua’, joka käynnistää tai estää sääilmiön muodostumisen.
Haluan kiittää erityisesti säkeestä ’Loputon arvonta’. Hyvin se valaistaa, että mistä päätekijöistä sää ja ilmasto ovatkaan kiinni ylipäätään: auringonsäteilystä ja ilmakehän vesihöyrystä. Eli eikä troposfäärin hiilidioksiidipitoisuudesta. Ei sattumaltakaan…
Metsänhoitajaterveisin!
Zoltán
J.k.: Mukavaa luppotalvea Petrille ja kaikille Lukijoille.
Eipä kyllä tule mieleen säästä mitään jättipottia kohdalleni mieleen, vaikka asia on kauan itseä kiinnostanut ja säätä olen seuraillut. Ehkä pikkuvoittona muistan kaukaa lapsuudesta/nuoruudesta, kun naapurin konesuojaan mentiin sateelta suojaan ja lähelle iski salama sähköpylvääseen. Oli se aika pamaus.
Vielä puuttuu kolmas tekijä täydellisen ennusteen saamiseksi. Ei riitä että tuntisimme alkutilan molekyylin tarkkuudella sekä niiden kaikki fysikaaliset lainalaisuudet. Vielä pitäisi löytää se tietokone, joka pystyisi ratkaisemaan jokaisen molekyylin seuraavaa tilaa ja vielä mahdollisimman pienin aika-askelin.
Jep ;) Ei taida olla paljon yli 10 vuotta kun 30 km:n globaaliin malliin tarvittiin mailman tehokkaimmat tietokoneet. Nyt paikallisia malleja voi jo laskeskella kotikoneilla…
Oma ”päävoittoni” taitaa olla lapsuudesta. Asun Lounais-Suomessa rannikolla ja muistan miten paljon odotin lunta aina syksyn päätyttyä. Turkuun satoi vuorokauden aikana muistaakseni noin 44 cm lunta. Taisi olla v. 88 tai 89, varmaan jostakin tilastoista löytyy. Aamulla yllätys oli melkoinen kun maahan oli satanut melkoinen lumivaippa. Kyseinen aamu on jäänyt hyvin mieleen vaikka en tuolloin kovin vanha ollutkaan.
Itsekin asustelin lapsuuteni lounaassa ja talomme sijaitsi vähän lehtomaisen lepikon vieressä. Siellä yhtenä talvena naapurin serkkuni kanssa koimme myös erään sään jättipotin. Metsän läpi virtaa pieni puro, joka luonnon sattumasta sattui patoutumaan juuri ennen pakkasten tuloa. Melkein koko metsä alueelta pohja jäätyi lasimaisen sileän luistelukentän alle. Oli siinä meillä kylän kakaroilla mielenkiintoiset mäkiset luistelukentät ja kun välillä nappasi puusta kiinni sai melkoiset pyörimisvauhdit. Tuntui kun olisi ollut Muumilaaksossa =) Riemua kesti viikon päivät, eikä tilanne enää sen jälkeen ole toistunut. Yritimme kyllä parina talvena saada patoa aikaiseksi, muttei siitä ikinä oikein mitään tullut…
Parhaiten mieleeni on jäänyt seuraavanlainen päävoitto: Purjelentoharrastukseni oli muutamia vuosia sitten aktiivisimmillaan Räyskälän lentokentällä ja yhtenä päivänä pääsin varaamaani koneseen käsiksi vasta iltapäivällä. Jo aamupäivästä kävi ilmi että sää oli kehittymässä kosteaksi, ja koko kenttä oli ympäröity tummilla pilvillä, eikä aurinko oikein enää paistanut. Muut työntelivät koneita jo halliin, kun pilvien välistä tuli vielä auringonpaiste, joka aiheutti voimakkaan tumman kontrastin takana oleviin pilviin. Hinausjonossa ei ollut ketään joten yritin vielä nopeasti taivaalle. Kentän ympäristössä oli edelleen riittävän voimakkaita nostoja, vaikka pilvipohjat eivät olleetkaan kovin korkealla. Ilmasta katsottuna kuurojen välissä oli hyvin tilaa, vaikka maasta katsottuna vettä näytti satelevan rankasti siellä sun täällä. Sain aikaiseksi usean tunnin lennon kuuroja väistellen ja kuvia komeista sateenkaarista!
Hehee,
Niin muuten tuossa omassa jättipotissanikin Virossa näytti aluksi todella kehnolta. Koko matkan rantaan asti tuuli riepotteli kunnolla puita, isot kuuset riehuivat ja oksia katkeili, mutta kun saavuimme rantaan tuuli tyyntyi tyystin. Odottelimme tuulta rannassa parin tunnin ajan ja tuskailimme, kun lautta takaisin Suomeen lähtisi jo 5 tunnin päästä. Tyynet hetket tuntuivat piinallisen pitkiltä. Lopulta mereltä ajelehti pienehkö kuuropilvi ja toi tuulen mukanaan. Rikasimme purjeet ja juoksimme nopeasti mereen, kun vähän arvelimme kyseessä olevan vaan nopean kuuropuuskan. Tuuli kuitenkin jäi ja saimme 3 tunnin hyvät surffit komeissa aalloissa ja trombin tanssimassa samalla lahdella turvallisen etäisyyden päässä. Tosin kyllä sitä vähän pelättiinkin, ettei vaan lähde kulkemaan meitä kohden ;)
Eräs ”lottovoitto” on jäänyt mieleen. Olin kalassa noin 15 vuotta sitten keskikesällä ja kesken kaiken nousi kova ukkosmyrsky. Onneksi pääsin pikaisesti rantaan suojaan. Myrsky ei onneksi ollut kovin pitkä. Palattuani järveltä auton luo, huomasin noin 30 metrin päässä autosta isohkon kuusen johon salama oli lyönyt ja pistänyt sen poikki noin 5m korkeudelta. Sekä pystyyn jäänyt osa sekä kaatunut osa oli melko säleinä. Harmi kun silloin kamera ei kulkenut mukana (tai sitä ei ollut) niin jäi kuva ottamatta. En ole sen jälkeen nähnyt vastaavaa, vaikka liikun paljon luonnossa. No jos lauantaina osuu toisenlainen päävoitto….
Onnea vaan lauantaille!. Itse olen jo luovuttanut nuo lauantaiarvonnat kauan sitten. Tuntui, että siinä pelissä mulla ei ollut mitään saumaa saada edes varanumeroita :)
Säälottonumerot osui kohdalleen rivissä 08.08.2010
Se oli kyllä komea! Tuo illan tutkaesimerkki on juuri kyseinen tapaus…
Mielenkiintoinen kirjoitus.
Käytät kirjoituksessa sanoja arvonta ja sattuma. Kokemuksenoi mukaan sellaista asiaa kuin sattuma ei ole olemassa.
Kuten itsekin kirjoitat täydellinen ennuste vaatisi kaiken tiedon hallintaa. Eli kyseessähän ei siis tällä hetkellä ole sattuma, vaan tiedon puute.
Itse asiassa kvanttimekaniikan mukaan atomitasolla kaikki on satunnaista eli pystytään laskemaan ainoastaan todennäköisyyksiä, ei varmoja deterministisiä tuloksia. Heisenbergin epätarkkuusperiaatteen mukaan taas kaiken tiedon hallinta ei ole mahdollista, koska yksittäisestä atomin kokoluokan hiukkasestakaan ei voida tarkasti mitata sekä sijaintia että liikemäärää. Näin ollen nykyfysiikan mukaan luotettavat ja tarkat pitkän ajan sääennusteet eivät ole edes teoriassa mahdollisia.
Tosi hyvä artikkeli kokonaisuudessaan, kiitos tästä. Näitä aina kaipaa, että on ymmärrettävästi selostettu asiat ja nyt vihdoin opin miten tuuli syntyy :)
Taas kerran mielenkiintoista luettavaa.
Käytän tilaisuuden hyväkseni kysyäksen hiukan sivusta. Mikä on rintamavyöhyke? Sana toistuu ja toistuu ainakin puhutuissa sääennusteissa sekä töllössä että radiossa.
On helppo ymmärtää käsite säärintama ja vyöhykekin menee jotenkin kaaliin, mutta rintamavyöhyke????
Rintamavyöhykkeellä tarkoitetaan rintamaan liittyviä erilaisia sääilmiöitä. Kartoissa rintama piirretään maanpinnalle yhtenä viivana ja se kuvaa rintaman paikkaa maan pinnalla eli ns. pintarintamaa. Todellisuudessa rintama ulottuu myös ylemmäs ilmakehään ja eri korkeuksilla rintama sijaitsee eri paikoissa. Lämmin rintama kallistuu ylöspäin mentäessä eteenpäin ja niin esim lämpimän rintaman pilviharsot saapuvat paikalle jo paljon ennen sateita. Ohuiden harsojen jälkeen saapuvat paksummat keskipilvet ja varsinainen sadepilvi vasta lähellä pintarintamaa. Kylmärintama puolestaan on kallistunut taaksepäin. Rintaman eri korkeuksilla tapahtuu vähän erilaisia säätapahtumia ja todellisuudessa erilaista säätä liittyy laajemmalle aluelle kuin juuri pintarinatman kohtaalle. Ehkäpä sitten rintamavyöhykkeelä on usein tarkoitettu rintaman lähistölle liityviä erillaisia säitä: Sade, pilvisyys, tuuli, lämpötilaerot jne.. Toisinaan rintama voi myös aaltoilla, eikä sille löydy aivan yksikäsitteistä paikkaa sääkartalla ja näin meteorologi saattaa helpommin puhua rintamavyöhykkeestä kuin itse rintamasta. Tv-meteorologilla ei myöskään ole mitään aputekstejä, vaan hän toisin kuin muut tv-esiintyjät, puhuu kaiken omasta päästään. Vapaassa kerronnassa sanavalinnat eivät vältämättä aina ole täydellisiä. Ainakin itsellän tv:ssä työskennellessäni pääsi suusta sanoja, joille olisi usein löytynyt parempiakin vaihtoehtoja :) Joskus ei vaan yksinkertaisesti tule oikeaa sanaa mieleen ja joutuu hätäpäissään keksimään uusia sanoja esim ”pilvipeite revahtaa” yms ;)