Suomessa on ollut alkuvuoden aikana jo 13 myrskypäivää ja se on paljon. Viimeisen 1,5 kuukauden aikana meillä on myrskynnyt enemmän kuin useampana vuonna yhteensä. Myrskyt eivät vielä olleet tässä, sillä jo uusi tekee tuloaan viikonloppuna.
Tammikuun alun Aapeli-myrsky oli voimakkuudeltaan rajuin, mitä Suomessa on koskaan havaittu. Bogskärin pikkuisella luodolla 10 minuutin keskituuli kohosi enimmillään 32,5 metriin sekunnissa. Suurin tuulen puuskanopeus oli 41,6 m/s. Meteorologiassa tuulen puuska on muuten määritelty tuulen 3 sekunnin keskiarvoksi. Kunnioitettavia lukemia, olkoonkin, että kyseinen keskellä Itämerta sijaitseva luoto tarjoaa tuulelle varsin otolliset olosuhteet. Luulenpa, että moni ei edes tiennyt Suomen aluevesien ulottuvan niin kauas lounaaseen.
Syksy hiipii ja syysmyrskyt alkavat hiljalleen yleistyä. Mediassa kuulee monesti puhuttavan voimakkaan myrskyn olevan tulossa – monesti se jää myös tulematta, ainakin niin luullaan. Olen usein kuullut ihmisten kummastelevan mihin myrskytuulet oikein jäivät, kun omalla paikkakunnalla ei tuulta ole ollut juuri nimeksikään.
Kysymykseen on usein helppo ja yksinkertainen vastaus – merelle. Sisämaassa ei nimittäin esiinny (ainakaan tähän mennessä), niin kovia tuulia, että tuulta voisi nimittää myrskyksi. Tähän vaadittaisiin 10 minuutin keskituuli, joka yltää 20,8 m/s, joka on myrskyn raja. Näin kovia tuulen keskinopeuksia esiintyy ainoastaan merellä ja tuntureilla, jossa tuulta hidastavia esteitä ei ole. Tuulennopeus hidastuu merkittävästi maa-alueilla ja kovimmat tuulet osuvatkin yleensä rannikoille. Toisaalta näiden maalla olevien esteiden (maanpinnan muodot, kasvillisuus, rakennukset) vuoksi tuuleen syntyy turbulenttista pyörteilyä, joiden vuoksi tuulenpuuskat ovat taas kovempia kuin esimerkiksi merellä samalla keskituulella. Juuri nämä kovat lyhytkestoiset puuskat ovat niitä, jotka maalla aiheuttavat yleensä vahinkoa. Talvella tuuli hidastuu hieman vähemmän maa-alueilla kun puissa ei ole enää lehtiä, toisaalta myös tuhoja esiintyy vähemmän, etenkin jos maa on roudassa.
Puuskien voimakkuuden arvioimiseen on olemassa hyvin yksinkertainen kaava. Kovin maalla esiintyvä puuska = tuulen keskinopeus x 1,8. Aavalla merellä kovimmat puuskat saadaan kaavalla: tuulen keskinopeus x 1,2.
Eli vaikka maalla keskituulennopeus ei yltäisi kuin 15 m/s, voi maalla esiintyä kovempia tuulia (27 m/s) kuin merellä, jossa keskituulennopeus on vaikkapa 21 m/s ja puuskat n. 25 m/s. Maalla siis esiintyy myrskypuuskia, mutta tätä ei voi kutsua myrskyksi tai myrskytuuleksi.
Kovimmat Suomessa maa-alueilla mitatut keskituulennopeudet tuntureita lukuun ottamatta lähentelevät 20 m/s. Tällöin puuskat voivat siis yltää jo yli 35 m/s. Näin kovat puuskat voivat kaataa jo laajoja metsäalueita, kuten Tapaninpäivän myrskyssä vuonna 2011.
Ei kuitenkaan ole lainkaan mahdotonta, että maalla esiintyisi virallisesti myrsky-luokkaan yltäviä keskituulia, on lähinnä vain ajan kysymys koska näin tulee käymään.
Kuva: Aleksi Jokela
Syksy on kuolevien lehtien lisäksi myös sateen ja tuulen aikakautta, mutta toistaiseksi varsinaiset kunnon syysmyrskyt ovat vielä näkemättä. Siinä missä myrskybongari suorastaan huutaa tuuleen, vaatien peltikattojen irtoamisia ja puiden murskaamia autoja, metsänomistaja on puolestaan huolissaan syksyn sateiden pehmittämästä maasta, joka ei välttämättä ole enää kykenevä pitämään puiden juuria paikoillaan, tässä lannoitetun ja latvoiltaan tuuheentuneen talousmetsän kätköissä.
Syksy on aikaa, jolloin sähköyhtiöiden bensiinikäyttöiset moottorisahat surisevat voimalinjojen liepeillä. Energian siirtoa ja sen muuntumista työksi ei saa häiritä mikään. Takavuosien myrskyjen innoittamana on kaivettu ojaa ja laskettu kaapelia eräskin metri, mutta miten pitkälle yksittäisen ihmisen kohdalla huoltovarmuutta voi ja kannattaa ulkoistaa? Entä jos palvelutasoksi kelpaisi vaatimattomat 99 %? Auttaako asiassa joka kodin tuulivoimala ja aurinkopaneeli?
Tuulessa kieltämättä on valtavasti voimaa. Kullat ja sahramit ovat kulkeneet tuulen voimin purjelaivoissa (menolipulla) mantereelta toiselle, mutta haasteena on silti liikkuvan ilman energiasisältö. Voimaloita pitäisi olla lukumäärällisesti paljon. Todella paljon. Voimaloita pitäisi olla yläilmakehään saakka, vieläpä jotenkin kustannustehokkaasti rakennettuna ja ylläpidettynä. Tiedä sitten. Saattaisi aurinko pimentyä lopullisesti näiden taivaankatiskojen taa.
Aurinko syöksee avaruuteen aivan julmetusti energiaa. Aurinko toimii myös energialähteenä tuulelle. Auringon energiasta vain mitättömän pieni osa osuu maapallolle, edelleen pienempi osa pääsee maan pintaan, mutta Suomessakin kesällä pilvettömältä taivaalta keskipäivällä säteilyteho on noin 800 wattia jokaiselle neliömetrille. Sähkökentän voimakkuus lienee useita satoja voltteja metrin matkalla (optimiolosuhteissa päiväntasaajalla lukema lienee 870 v/m). Jos tuo kaikki energiamäärä muuttuisi rannalla maatessa kehossamme suoraan lämmöksi, niin siinä olisi liha sisuskaluja myöten varsin rapeaa – tai kokkitermein ”well done”. Onneksi näin ei käy, mutta miksi ei? Ongelma on vanha tuttu: sähkömagneettista säteilyenergiaa infrapunan, näkyvän valon ja ultravioletin korkeilla taajuuksilla ei ole aivan yksinkertaista muuntaa suoraan sähköenergiaksi – tai edes lämmöksi, kun lämmitettävä kohde itsekin alkaa säteillä energiaa pois hieman pidemmillä aallonpituuksilla. Ainakin tällä hetkellä lämmön talteenotto lämmönkeräimillä on sähkön tuottamista aurinkopaneeleilla parempaa hyötysuhteeltaan. Tilanteen odotetaan muuttuvan lähitulevaisuudessa. Onhan tässä vasta 40 vuotta haudottu ns. uuden sukupolven aurinkopaneeleja, jotka toimisivat pikkuriikkisten nanoantennien tapaan viritettynä auringonvalon taajuuksille.
Energian varastointi on edelleen ongelma. Yöt ovat pitkiä ja talvet kylmiä, usein myös pilvi peittää auringon. Tässä valossa asiaa tarkasteltuna ei hölmöläisten ideoima säkki auringonvalon talteenottoon olisi enää lainkaan huono ajatus.
Kehitys kehittyy, mutta sitä odotellessa voi kysyä, että millä tämän odotusajan torppansa lämmittäisi? Millä saisi hehkulamppuun energiansäästölamppuun valon? Öljyä ja kivihiiltä ei ole, eikä turvetta ei saa polttaa, koska hiilidioksidi ja maailmanloppu. Ei tämä helppoa ole.
Lähteet:
Coolcad electronics, Infrared rectennas
http://en.wikipedia.org/wiki/Nantenna
Valokuva:
Wikipedia, Radiation Spectrum, Wikimedia Commons (User:Nantennagroup)
Matalapaineiden liikettä voi varmasti helpoiten seurata television säätiedotuksista tai internetistä, mutta on se mahdollista ilman nykyaikaisia ”vempaimiakin”. Luonnossa liikkuessa voi pelkistä taivaan merkeistä usein lukea paljonkin matalapaineiden liikkeistä. Riittää, kun opettelee seuraavat kaksi sääntöä.
Sääntö 1
Kun seisot selkä tuuleen päin, matalapaine sijaitsee aina vasemmalla puolellasi. Sääntö jää ehkä paremmin mieleen, jos nouset nyt seisomaan ja kuvittelet tuulen puhaltavan selkääsi. Nosta vasen käsi vaakatasoon. Tällöin kätesi osoittaa kohti matalapainetta. Nostamalla oikean kätesi vaakatasoon kätesi osoittaa kohti korkeapainetta.
Sääntö 2
Mikäli sinun on samalla mahdollista nähdä taivaalla hentorakenteisia kuitumaisia yläpilviä, pystyt päättelemään, minne päin matalapaine ja korkeapaine ovat liikkeellä => Ne liikkuvat samaan suuntaan kuin nämä kuitumaiset yläpilven juovatkin.
– Matalapaine on tulossa, jos yläpilven ”koukut”, ”reenjalakset”, ”kalanruodot” ja ”rastaanrinnat” saapuvat vasemmalta puolelta sinua kohti.
– Korkeapaine on puolestaan tulossa ja matalapaine väistymässä, mikäli yläpilvet lähestyvät oikealta puolelta sinua kohti.
Tuuli kiertää matalapainetta vastapäivään
Aluksi voi tuntua oudolta, miten matalapaine voisi aina sijaita juuri vasemmalla puolella. Näin kuitenkin on, ellei kyse ole hyvin pienestä tai lyhytaikaisesta ilmiöstä. Maapallon pyöriminen aiheuttaa Coriolis-voiman, jonka ansiosta pohjoisella pallonpuoliskolla tuuli kiertää matalapainetta vastapäivään ja korkeapainetta myötäpäivään. Tästä johtuen asettumalla selkä tuuleen päin on matalampi paine vasemmalla puolella ja korkeampi paine oikealla puolella (eteläisellä pallon puoliskolla tilanne on päinvastoin ja korkeapaine siis sijaitsee vasemmalla puolella).
Yläpilven tunnistaminen
Yläpilvet sijaitsevat yli 5 km:n korkeudella ja ne koostuvat jääkiteistä. Yläpilven erottaakin helpoiten jääkiteiden aiheuttaman kuitumaisen rakenteensa ansiosta. Alempana sijaitsevat pilvet, kuten esimerkiksi kumpupilvet, koostuvat pienistä vesipisaroista ja ovat siten selvärajaisempia ja yläosastaan ”kukkakaalimaisia”. Yläpilvet ovat myös muita pilviä läpikuultavampia ja aurinko näkyy niiden läpi aivan terävärajaisena. Yläpilvet sijaitsevat samalla korkeudella kuin suihkuvirtaukset eli juuri ne tuulet, jotka kuljettavat ja ohjailevat matalapaineita. Niinpä yläpilvien liikesuunta on varsin luotettava arvio siitä, minne päin lähistöllä sijaitseva matala- tai korkeapaine on seuraavaksi liikkeellä.
Tuuli on ilman liikettä. Välillä ilma liikkuu vauhdilla ja toisinaan seisoo vain paikallaan. Mistä tämä sitten johtuu? Otetaan esimerkkinä auton rengas, johon painetaan terävällä esineellä pieni reikä. Näin ilma alkaa liikkua ja reiän kohdalle syntyy erittäin paikallinen tuuli. Tuuli puhaltaa renkaan sisältä ulospäin. Aluksi tuuli on voimakasta, mutta vähitellen tuuli kuitenkin alkaa heikentyä. Lopulta, kun rengas on ”tyhjä”, myös tuuli tyyntyy.
Tuuli johtuu paine-erosta
Rengaskokeessa tuuli johtuu paine-erosta renkaan sisä- ja ulkopuolella. Aluksi renkaan sisällä on selvästi suurempi paine kuin renkaan ulkopuolella, mutta renkaan ”tyhjennyttyä” paine-eroa ei enää ole lainkaan. Samalla tavalla myös ilmakehässä tuuli on sitä voimakkaampaa, mitä suurempaa on paine-ero eri alueiden välillä. Ilmakehässä paine-erot johtuvat ilmanpaineen vaihtelusta.
Paljonko ilma painaa?
Maapalloa ympäröi kaasukerros, jota kutsutaan ilmakehäksi. Ilmakehä on sekoitus noin kymmentä erilaista luonnollista kaasua. Pääasiassa seos sisältää typpeä (78%) ja happea (21%). Tämä ilman kaasuseos on kovin huomaamaton ja usein ajatellaankin, ettei ilmakehä myöskään paina mitään. Kaikilla kaasuilla on kuitenkin oma painonsa ja niin on ilmakehän kaasuseoksellakin. Tämä paino on jopa huomattavan suuri. Ilmakehä aiheuttaa 1 m² alueelle keskimäärin noin 10 000 kg painon.
Ilman paino aiheuttaa ilmanpaineen
Ilmakehän maanpinnalle kohdistama paino aiheuttaa paineen, jota kutsutaan ilmanpaineeksi. Kylmä ilma on raskaampaa kuin lämmin ilma ja näin syntyy paine-eroja. Pohjimmiltaan ilmanpaine-erot johtuvatkin maapallon epätasaisesta lämpenemisestä. Aurinko lämmittää päiväntasaajan seutua enemmän kuin napaseutuja. Mantereet lämpenevät päivällä huomattavasti enemmän kuin merialueet. Erilaiset pinnat lämpenevät myös eri tavalla. Yöllä ja talvella erot saattavat olla juuri päinvastaisia. Lisäksi maapallo pyörii ja tämän kaiken seurauksena maapallon ilmanpaineessa on suurta vaihtelua niin paikallisesti, kuin ajallisestikin. Mitä suurempi paine-ero on eri paikkojen välillä, sitä voimakkaampaa on myös tuuli.
Ilmanpaine ja tuulensuunta
Rengaskokeessa tuuli puhalsi renkaan sisältä ulospäin eli korkeapaineesta matalapaineeseen päin. Näin tuulelle kävisi ilmakehässäkin, jos maapallo ei olisi pyöreä eikä se pyörisi. Maapallo kuitenkin pyörii ja on pallon muotoinen. Tästä aiheutuvan ns. coriolis-voiman seurauksena tuuli kiertää matalapaineita vastapäivään ja korkeapaineita myötäpäivään pohjoisella pallonpuoliskolla. Eteläisellä pallonpuoliskolla tilanne on päinvastoin.
Tuuli on mantereella voimakkainta päiväsaikaan
Maanpinnan kitka heikentää tuulta ja tekee tuuleen pyörteitä. Sisämaassa kitka on suurempaa kuin merellä. Niinpä tuuli on maa-alueilla puuskaisempaa ja heikompaa kuin merialueilla. Myös maan tai vesistön lämpötila vaikuttaa tuulisuuteen. Parhaiten tuuli pääsee laskeutumaan pintaan tilanteissa, joissa ilma on kylmempää kuin maan tai vesistön lämpötila. Maa-alueet jäähtyvät yöaikaan ja niin tuuli usein yöaikaan ”irtoaa” maan pinnasta. Seuraavana päivänä auringon lämmittäessä maanpintaa puuskat taas hiljalleen laskeutuvat pintaan ja tuuli voimistuu uudelleen.
