Aapeli ja myrskypäivät

Julkaistu

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.

Bogskärin luoto (Kuva: Islander © Creative Commons)
Lue lisää → ”Aapeli ja myrskypäivät”

Miksi maalla ei esiinny myrskyä?

Julkaistu

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.

myrsky
Tapaninpäivän myrskyn tuhoja Kokemäellä 26.12.2011. Kovimmat puuskat Satakunnassa ylsivät 35 m/s.

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

 

Energiakriisi

Julkaistu

Auringon säteilyspektri yläilmakehässä ja merenpinnan tasolla. Näkyvä valo kattaa vain osan auringonvalon sisältämästä energiasta.
Auringon säteilyspektri yläilmakehässä ja merenpinnan tasolla. Näkyvä valo kattaa vain osan auringonvalon sisältämästä säteilyenergiasta.
Syksyn ruska tarjoilee nyt mitä parhainta silmänruokaa. Puiden, varpujen ja ruohikon lehdistä talvea karkuun pakenevaa lehtivihreää ei ole enää prosessoimassa punaisia ja sinisiä valon aallonpituuksia hapeksi ja sokereiksi. Heijastuneen vihreän valon sijaan saamme taas hetken nauttia luonnon keltaisesta ja oranssinpunaisesta väriloistosta!

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)

Tuulisääntö

Julkaistu

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

Matalapaine sijaitsee vasemmalla ja korkeapaine oikealla puolella. Kuitumaisten yläpilvien liikesuunnasta voi päätellä, minne matala- ja korkeapaine ovat liikkeellä

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

Tuuli kiertää matalapainetta vastapäivään. Mikäli tuuli puhaltaa kohti selkää, on matalampi paine aina vasemmalla puolella.

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.

Yläpilven kuitumainen rakenne johtuu jääkiteistä. Toisinaan yläpilvi voi kattaa koko taivaan harsollaan. Välillä se voi esittää reenjalasta, koukkua, kalanruotoa tai vaikkapa sulkaa.

Miten tuuli syntyy?

Julkaistu

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

Ilmakehä ei ole tasapaksu. Korkeapaineessa ilmakehässä on kumpu ja matalapaineessa kuoppa. Tästä johtuu meteorologiset sanonnat "matalapaine syvenee", silloin kun matalapaine voimistuu sekä "matalapaine täyttyy" silloin kun matalapaine heikkenee.

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.

 

ILMANPAINEKERTTA: Kartassa näkyvät viivat ovat isobaareja eli paineen saman arvon käyriä. Siellä, missä viivat ovat lähellä toisiaan: Paine-ero on suuri ja tuuli voimakasta. Siellä , missä viivat ovat kaukana toisistaan: Paine-ero on pieni ja tuuli heikkoa. Kun lisäksi muistaa, että tuuli kiertää matalapainetta vastapäivää ja korkeapainetta myötäpäivää, voi tällaisista vähän tylsänkin näköisistä meteorologisista viivoista saada paljonkin tietoa tuulesta. Mainittakoon, että kartan viivoilla Suomessa etelätuulen nopeus lähentelisi jo kovan tuulen rajaa eli 14 m/s, kun taas Islannin itäpuolella tiheiden viivojen alueella pohjoistuuli puhaltaisi jo myrskyn voimalla. Venäjällä korkeapaineen eteläpuolella itätuuli puhaltaisi tuskin edes 5 m/s nopeudella.

 

 

 

Sääkatsaus toiselle hiihtolomaviikolle

Julkaistu

Toistaiseksi spekulaation tasolla oleva esimerkki keskiviikon föhn-tilanteesta.

Viikonvaihteessa sateista pidetään vähän taukoa ja sää pääsee pakastumaan koko maassa. Aurinkoinen pakkasää hellii ulkoilijoita ainakin sunnuntaina maan länsiosassa ja Lapissa ja maanantaina lähes koko maassa.

Kuitenkin jo tiistaina näkyy lännestä saapuvan seuraava lumisadealue kuluneen viikon kaavaa noudatellen. Ilmeisesti toinenkin sadealue seuraa perästä, mutta ajoituksesta on vaikea sanoa mitään. Ehkä torstaina? Eniten lunta näistä sadealueista näyttäisi kertyvän maan pohjois- ja keskiosaan, kun taas eteläosa pääsee tällä kertaa vähemmällä.

Kannattaa vielä seurata sadealueiden ajoitusta tarkemmin ensi viikon säätiedoista, sillä niiden välissä sää kirkastuu nopeasti. Ennusteissa on mahdollisuus myös Föhn-ilmiöön, jossa lämmin ja kuiva tuuli puhaltaa Norjan vuoriston yli ja lämpötila saattaisi nousta Suomen puolella jopa +5 asteeseen. Sehän kuulostaa jo terassikeliltä.

Viikon puolenvälin jälkeen ennusteet menevätkin niin mössöksi, ettei mitään järkevää voi kertoa. Todennäköisesti melko tyypillinen talvisää jatkuu – tiedossa ei ole siis sen puoleen äkkilauhtumista kuin hirmupakkasiakaan (tämän sanan olen oppinut iltapäivälehdiltä).

Mutta ajatelkaapas, että viikon päästä alkaa maaliskuu! Huominen Matinpäivä on vanhan kansan tiedossa merkinnyt talven selän taittumista ja kevättalven alkua. Voin kuvitella, miltä kuukausia pimeissä, savuisissa pirteissä kykkineistä esivanhemmistamme on mahtanut tuntua: me teimme sen, me selvisimme tästäkin talvesta!