Tuoreimmat

Thursday, 10 August 2023 14:21

Lahja, joka sai meteorologit varpailleen

Written by

Takana on yksi viime vuosien meteorologisesti mielenkiintoisimmista kesäsääjaksoista, johon liittyi myös ylenpalttista ja osin tunnepitoista sääuutisointia. Sain mahdollisuuden päästä seuraamaan Lahjan-päivää edeltäviä ennusteita lähietäisyydeltä, pohtimaan rajuilmavaroituksia sekä tapaa, jolla haastavasta tilanteesta viestitään. Seuraavassa yritän valottaa, miksi rajuilmatilanteesta oli syytä nostaa keskimääräistä suurempi haloo.

Mitä ukkospilvien syntyminen vaatii?
Koska ukkospilvien syntyresepti on niin keskeisessä roolissa tässä kertomuksessa, kerrataan lyhyesti, mistä pienet ukkospilvet on tehty. Tästä aiheesta on ollut jokseenkin vakiintunut käsitys maailmansotien jälkeen tehtyjen kenttämittauskampanjoiden jälkeen (muun muassa Byers ja Braham 1948). Tässä yhteydessä on yleensä tapana viitata rajuilmatutkimuksen legendaan Chuck Doswelliin, joka kollegoineen esitteli ainesosapohjaisen ennustaminen konseptin (muun muassa Doswell et al. 1996). Ukkospilvien tapauksessa välttämättöminä synnyn edellytyksinä ovat:

  1. Suotuisa lämpötilan pystyjakauma (mahdollisimman suuri lämpötilaero eli lämpötilavähete esimerkiksi 1 ja 5 km välillä)
  2. Riittävästi alatroposfäärin kosteutta (mahdollisimman suuri absoluuttinen kosteus noin alimmassa 500 metrin kerroksessa)
  3. Kehityksen käynnistävä tekijä (esimerkiksi pinnan tasolla esiintyvä tuulten kohtaamis- eli konvergenssivyöhyke)

Mikäli puhutaan ukkospilvien vaarallisimmista muodoista, listaan voidaan livauttaa neljäs, joskaan ei täysin välttämätön tekijä:
4. Voimakas tuuliväänne maanpinnalta ylöspäin mennessä (väänne voi aiheutua sekä tuulensuunnan että nopeuden muutoksesta)

Tuuliväänteen merkitys ukkospilville on tunnettu yleisellä tasolla jo 1970- tai 1980-luvuilta, jolloin senaikaisella vähäisellä laskentateholla pystyttiin mallikokein löytämään voimakkaan tuuliväänteen yhteys supersolukonvektioon (muun muassa Weisman ja Klemp 1982 ja 1986). Palataan myöhemmin ainesosatarkasteluun, kun käyn läpi, missä asennossa ainesosat olivat Lahjan-päivänä 7.8.2023.

Menemättä niin sanotun ilmapakettimenetelmän yksityiskohtiin, voidaan todeta, että ainesosalistan kaksi ensimmäistä kohtaa paaluttavat ukkospilvien käytettävissä oleva energiamäärän (CAPE - convective available potential energy). Listan kolmannen kohdan mittaaminen ja toteaminen ei ole yhtä suoraviivaista ja tähän liittyviin haasteisiin palataan niin ikään myöhemmin.

Edelleen, ukkospilvien käytettävissä energiamäärä voidaan yhdistää näppärästi tuuliväänteen kanssa, ja tällä tavoin on muodostettu luonnossa tehtyihin havaintoihin ja numerisiin mallinnuksiin perustuvia diagrammeja. Nämä ovat luonteeltaan vain suuntaa antavia, mutta alla yksi Wikipediasta tehty poiminta:


Kuva 1: CAPE-tuuliväännediagrammi, johon merkitty suuntaa antavasti, minkä tyyppisiä ukkospilviä ja rajuilmoja missäkin olosuhteissa syntyy. Alueiden rajoja ei tule tulkita tarkasti ja yhdessä tilanteessa voi esiintyä useita erilaisia ukkospilvien muodostamia kokonaisuuksia. Lähde: https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=93475898
 

Ainesosia etsimässä
Katsotaan seuraavaksi, miltä 7.8.2023 laaditut ennusteet näyttivät tilannetta edeltävinä päivinä. Alla olevasta kuvasarjasta nähdään, kuinka Suomen lounaispuolella on matalapaineen alue ja samanaikaisesti korkeapaine on muodostunut Suomen itäpuolelle. Näiden välistä on pääse virtaamaan Suomeen hyvin lämmintä ja kosteaa ilmaa kaakosta.

Kuvapaneelin kahdesta ensimmäisestä sarakkeesta nähdään, kuinka 500 ja 700 hPa:n (noin 5 ja 3 km) korkeuksilla ennuste kehittyy tilanteen lähestyessä korkeampien lämpötilojen suuntaan (vasemmassa sarakkeessa vaaleat siniset sävyt ja keskisarakkeessa kellertävät sävyt). Lisäksi mustat viivat eli isohypsit harvenevat, mikä tarkoittaa suoraan tuulen heikkenemistä näillä korkeuksilla. Kolmannessa sarakkeessa puolestaan 925 hPa (noin 1 km) korkeudella runsaimman kosteuden lukemat poistuvat. Lisäksi huomionarvoista on etelästä lähestyvän kuivemman ja viileämmän ilman saapumisen hidastuminen sitä mukaan, kun h-hetki lähenee.Jos pidetään mielessä alussa esitetyt ukkospilvien ainesosat, ennusteissa havaittu kehitys näytti menevän kohti vähemmän räjähdysherkkää (mutta silti huomionarvioista) perusasetelmaa.

Myös ukkospilvien käytettävissä olevaan energiamäärään liittyvä ennuste heijastelee samanlaista yleiskuvaa kuin 925 hPa tason ennuste. Korkeimmat energiamäärät (kirkas vihreä) kattavat lyhyimmässä ennusteessa pienemmän alueen kuin aiemmin, ja lisäksi kylmään rintamaan liittyvä CAPE-alueen reuna ei näytä saapuvan etelästä yhtä nopeassa aikataulussa kuin vanhemmissa ennusteissa.



Kuva 2: ECMWF-mallin ennusteita kolmelta eri laadintahetkeltä. Laadinta-ajat: ylin rivi 6.8.2023 00 UTC, keskirivi 4.8.2023 00 UTC ja alarivi 2.8.2023 00 UTC. Sarakkeet: ensimmäinen vasemmalta 500 hPa isohypsit mustalla ja lämpötila värein (vaalea sininen lämpimämpi), toinen vasemmalta 700 hPa isohypsit mustalla ja lämpötila värein (kellertävät sävyt lämpimämpiä), kolmas vasemmalta 925 hPa absoluuttinen kosteus (tumma sininen kostein), neljäs vasemmalta merenpintapaine mustin viivoin ja CAPE värisävyin (vihreällä suurimmat arvot).

Siirrytään seuraavaksi parviennusteiden maailmaan ja katsotaan parviluotauksia, jotta saadaan käsitys, miten varmalla pohjalla ennuste ilmakehän pystyrakenteesta näyttäisi olevan. Tarkastellaan esimerkkipisteenä Kankaanpäätä Satakunnassa ja vertaillaan perjantaina ja sunnuntaina tehtyjä ennusteita. Huomataan, että tuulijakaumassa ja kosteusprofiilissa erot ovat melko maltillisia. Suurin muutos liittyy ilman kohonneeseen lämpötilaan keskitroposfäärissä - tarkemmin sanottuna 700 ja 600 hPa:n välimaastossa. Muutos vaikuttaa heikentävästi ainesosaan yksi, koska pystysuunnassa vallitseva lämpötilaero eli lämpötilavähete pienenee. Lisäksi 600 hPa tasolle uhkaa muodostua toinen nousuliikettä estävä stabiili kerros 900 hPa:ssa näkyvän kerroksen yläpuolelle.



Kuva 3: Kankaanpään ECMWF-parviluotausten vertailu tefigrammilla. Harmaalla värisävyllä 4.8.2023 klo 00 UTC ja värisävyin 6.8.2023 klo 00 UTC ajon parviluotaus. Oranssilla paksulla viivalla ilmapakettien mahdollinen nousureitti.

Parviennusteesta voidaan myös johtaa parametreja, jotka yhdistävät edellä mainitulla tavalla ennustetut energiamäärät sekä vertikaalituuliväänteen. Alla on esitetty ECMWF-mallin extreme forecast index (EFI) tuuliväänteen ja energian tulolle. EFI kuvaa, kuinka paljon ennustejakauma eroaa ilmastollisesta jakaumasta, jolloin täysin toisistaan erillään olevat jakaumat saavat EFI-arvon 1. Alla olevasta kuvapaneelista nähdään, että ennustejakauma on lähes kokonaan ilmastollisen jakauman yläpuolella. Ero kuitenkin tasoittuu lievästi sunnuntaina laaditussa ennusteessa, mikä johtuu oletettavasti CAPE-ennusteiden maltillistumisesta.



Kuva 4: ECMWF:n extreme forecast index CAPE:n ja tuuliväänteen tulolle. Punainen väri ja lukuarvo 1 tarkoittaa, että parviennusteen jakauma on täysin ilmastollisen jakauman yläpuolella. Vasemmalla 4.8.2023 00 UTC ja oikealla 6.8.2023 00 UTC ajo.

Allekirjoittanut koosti noin 10 vuotta sitten kotimaisten kesäluotausten klimatologian ukkospilvien ainesosille, ja tämä on julkaistu tässä samaisessa blogissa kokonaisuudessaan. Jos ainesosien 1 ja 2 havaitut mittaukset plotataan samalle diagrammille, saadaan oheinen “hauligraafi” (scatter plot). Perjantain ennusteen mukaiset ainesosat on nyt helppo lisätä diagrammille. Jos edeltävästä tarinasta on ollut vaikea päästä jutun juoneen kiinni, tässä vaiheessa alkaa hahmottua syyt, mikä tilanteen meteorologiassa oli niin kiehtovaa.



Kuva 5: Vuosien 1961-2010 Suomen kesäluotausten alatroposfäärin kosteus ja 850-500 hPa lämpötilavähete ja 4.8.2023 mukaisen ennusteen lukuarvot punaisella merkittynä.


Painia epävarmuuksien kanssa
Entäpä se kolmas ainesosa sitten? Edellä esitetystä parviluotauksesta näkyy pieni nökö 600 ja 700 hPa:n välimaastossa. Tämä on viite siitä, että kyseisellä korkeudella lämpötila ei laskekaan ylöspäin mentäessä samaa tahtia kuin alempana. Tälläinen kerros estää (ukkos)pilvien muodostumista tehokkaasti, koska pinnalta kohoava ilma tulee tässä kerroksessa ympäristöään kylmemmäksi, ja nouseva ilmavirtaus heikkenee. Tyypillisesti elokuun aikana nämä inversiokerrokset eivät enää auringon (keskikesästä alentuneen) korkeuskulman vuoksi tahdo mennä rikki, vaan tarvitaan lisäpotkua, jotta ilma pääse tulppaavasta kerroksesta läpi. Useimmiten esimerkiksi kylmän rintaman tuulikonvergenssi tai toisaalla kehittynyt voimakas ukkospilvialue kykenee murtautumaan estävästä kerroksesta läpi.

Yläinversion aiheuttaman epävarmuuden lisäksi loppuviikosta pohdittiin ankarasti, mitkä muut tekijät voisivat estää ukkospilvien esiintymisen Suomessa. Yleensä runsas auringonsäteilyä blokkaava pilvisyys aiheuttaa epävarmuutta, kuten myös edeltävän päivän voimakkaat ukkospilvijärjestelmät ja niiden raadot. Järjestelmätason syvä kostea konvektio kykenee toisinaan muokkaamaan suuremman mittakaavan tapahtumia, jolloin seuraavien päivien ukkospilvien esiintymispaikka ja -aika voivat muuttua huomattavasti. Tällä kertaa suursäätila oli sen kaltainen, että Suomen lounaispuolelle muodostui hyvin voimakas matalapaine, joka muokkasi edellä mainittuja ainesosia kohdalleen. Näin voimakkaan matalapaineen tapauksessa perusasetelman voi odottaa pysyvän ennusteessa useita päiviä lähes muuttumattomana. Oli siis oletettavaa, että Suomi kuuluu alkuviikolla poikkeuksellisen kuuman ja kostean ilmamassan alueeseen, jossa vallitsee voimakas kaakkoinen ilmavirtaus. Ilmamassan sisällä edellä mainittu yläinversio pitäisi huolen siitä, ettei auringonpaistetta estävää pilvisyyttä olisi.

Edeltävän päättelyketjun jälkeen murheeksi näytti jäävän yläinversion lisäksi aikataulukysymykset: miten kaukana etelässä kylmä rintama on ja alkaako kylmä rintama aaltoilla ukkospilvirykelmien vaikutuksesta? Myös se, joutuuko Suomi lämpimässä ilmamassassa lopulta liian syvälle kuivaan ilmaan, oli avointen kysymysten joukossa. Vahinkopotentiaali on näissä tilanteissa mahdollista minimoida vahvalla yläinversiolla sekä aamuisella tai aamupäiväisella saapumisaikataululla. Päivänkierrossa aamut ovat yleensä ajankohtia, jolloin esimerkiksi salama-aktiivisuus laskee, vaikka yön tunteina salamointi olisi vielä ollut kiivasta. Jos lisäksi idästä ja kaakosta saapuisi kuivempaa ilmaa, koko energeettinen alue saattaisi lipua Suomen yli ääntä päästämättä.

Kuten niin usein aktiivisina ukkospäivinä, myös nyt päivystysvuoroissa olevat meteorologit tuskailivat lukuisten epävarmuuksien kanssa. Kuten edeltä tuli ilmi, pöytä oli katettu ukkospilville kaikilla mahdollisilla ja vieläpä harvinaisilla herkuilla, mutta "ruokailijoiden" saapumisesta ei voitu olla täysin varmoja. Ennustetussa mittakaavassa ukkospilvien himoitsemat erikoisherkut kohtaavat Suomessa äärimmäisen harvoin, joten olisi ollut sulaa hulluutta vaieta tilanne kuoliaaksi epävarmuuksien vuoksi. Kuten vuosien varrella on nähty, epävarmuuksista viestiminen julkisuuteen on lähes varmaan tuhoon tuomittu tehtävä eikä se onnistunut tälläkään kertaa. Saatan kirjoittaa rajuilmaviestinnästä vielä erillisen blogimerkinnän jatkoksi tälle kirjoitukselle.

Lahja-paketti avautuu
Viikonlopun kuluessa edellä mainitut epävarmuustekijät alkoivat vähitellen realisoitua siten, että pahin isku ei kohdistuisikaan Suomeen. Kylmä rintama näytti jäävän kauemmas Suomen eteläpuolelle ja sen saapuminen näytti hidastuvan ja osuvan sopivasti tiistaiaamuun. Näin ollen myös voimakkaita ukkospilviä ei pääsisikään Suomen maa-alueille Lahjan-päivän aikana, ja ukkospilviä ohjaava virtaus kuljettaisi valtaosan ukkospilvistä Suomen lounaispuolitse kohti Ruotsia.

Sunnuntain ja maanantain kuluessa Suomessa havaittiin lopulta muutama tuhat maasalamaa, mikä on hyvin keskinkertainen salamamäärä meikäläisinä kesäpäivinä. Sen sijaan raju salamointi painottui eteläiselle Itämerelle, Baltiaan ja Ruotsiin. Kuten oheisista koostekuvista näkyy, Suomen ja lähialueiden salamamäärät olivat sunnuntaina yli 40 000 ja maanantaina yli 50 000 paikannettua maasalamaa. Lisäksi ukkoset aiheuttavat runsaasti salama- ja tuulivahinkoja Ruotsissa ja 5-8 senttimetrin kokoisia jättirakeita Virossa ja Latviassa. Ruotsissa ja Virossa useilla sääasemilla mitattiin 20-30 m/s puhaltaneita ukkospuuskia. Suomessa ukkospuuskat osuivat lähinnä lounaisille merialueille, jossa tuulennopeus pomppasi hetkellisesti myrskylukemiin. Toki tiistaita kohti tuuli voimistui edelleen, kun Ruotsissa ollut matalapaine alkoi toden teolla voimistaa laaja-alaista perusvirtausta Suomessa.



Kuva 6: Suomessa ja lähialueilla havaittu salamointi 6.-7.8.2023. Salamoiden esiintymisaika esitetty eri värein. Lähde: pohjoismainen salamanpaikannusverkko NORDLIS.

Suomen maa-alueilla vahingot painottuivat selvästi tiistaille, kun perusvirtaukseen liittyneet tuulenpuuskat aiheuttivat arviolta yli 1 000 tehtävää pelastustoimelle sekä katkoivat sähköt samanaikaisesti noin 50 000 taloudesta. Varsinaiset ukkospilviin liittyneet vahingot jäivät hyvin paikallisiksi ja määrältään vähäisiksi.


Paljon melua tyhjästä?
Kaikesta nähdystä voisi nopeasti tuomita Suomen meteorologeille punaisen tai vähintään keltaisen kortin liian aggressiivisesta rajuilmaviestinnästä. Miksi Lahja 2023 -nimisestä ennätyslitteästä pannukakusta piti nostattaa niin paljon ääntä? Ennen Lahjan-päivää tilannetta verrattiin elokuun 2010 rajuilmoihin. Oliko tämä hätäistä ja karkeasti liioiteltua puhetta vai oikeasuhtainen arvio?

Edellä esitettiin rajuilmojen ainesosiin liittynyt hauligraafi perjantain ennusteesta verrattuna ainesosailmastoon. Katsotaanpa lopuksi Jokioisten luotausten avulla, minkälaisessa ainesosamaastossa lopulta liikuimme. Vilkaistaan ensin aamu- ja iltapäiväluotausten eroja. Kuvasta nähdään, että kuudessa tunnissa alatroposfäärin kosteus lisääntyy rutkasti, mutta stabiili kerros 700 hPa:n molemmin puolin vahvistuu lämpimän advektion myötä. Lisäksi noin 850 hPa:n tasolla on toinen kehitystä estävä stabiili kerros. Iltayhdeksää kohti kosteusmäärä lähti uudelleen laskuun, minkä myötä 700 hPa:n tienoilla oleva ylempi stabiili kerros alkaa todennäköisesti toimia toisena tulppana kehitykselle. Kun etelästä ei iltapäivän ja alkuillan tunteina ollut tarjolla kehitystä avittavaa rintamavyöhykettä tai ukkospilvirykelmää, runsaiden energiamäärien kohtalona oli jäädä niin sanotusti piippuun.


Kuva 7: Jokioisten luotaukset SkewT-diagrammilla 7.8.2023 06 (vihreä) ja 12 UTC (oranssi). Nouseva mean layer -ilmapaketti paksulla oranssilla viivalla.

Käännetään katse seuraavaksi havaittujen Jokioisten luotausten ainesosiin. Alla näkyy näkyy edeltä tuttu graafi alatroposfäärin kosteudesta ja keskitroposfäärin stabiilisuudesta. Kuvaan on merkitty kaikki 7.8.2023 tehtyjen luotausten havaintopisteet. Kuvasta nähdään välittömästi, että kaikki luotaukset osuvat harvalukuiseen joukkoon diagrammin oikeassa yläkulmassa. Pelkästään kosteutta tarkkailemalla koko 50 vuoden aikasarjasta löytyy ainostaan neljä kosteampaa luotausta. Kun tarkastellaan, missä kesän 2010 Lahja- ja Sylvi-rajuilmat ovat diagrammilla, voidaan vahvistaa aiempi lausuma, että 13 vuoden takaisen elokuun rajuilmat todellakin olivat asetelmaan sopiva mittatikku. Jos verrataan toteumaa kuvaan 5, voidaan nähdä perjantaiseen ennusteeseen liittyneen täpän olleen hyvin lähellä havaittua 12 UTC luotausta.


Kuva 8: Kuten kuva 5, mutta lisättynä 7.8.2023 Jokioisten luotaushavainnot oranssein merkein. Luotausten järjestys on merkitty paksunevin viivoin alkaen sisältäen 00, 06, 09, 12, 15 ja 18 UTC luotaukset. Tilastoiduista tapauksista vuoden 2010 Lahja- ja Sylvi-rajuilmojen luotaukset merkitty erikseen.

Mielenkiinnosta loin vielä hypoteettisen luotauksen siten, että keskitroposfäärin lämpenemistä ei olisi tapahtunut, mutta rajakerroksen kosteus lisääntyisi havaitulla tavalla. Tässä tapauksessa ainoaksi esteeksi olisi jäänyt vaatimaton yläinversio 850 hPa kohdalla, ja MLCAPE-energiamäärä olisi pompannut noin 2 300 jouleen per kilogramma (0-6 km tuuliväänteen ollessa edelleen yli 20 m/s).

Katsotaan vielä lopuksi, mihin 7.8.2023 tilanne osuu USA:n ja Euroopan konvektioilmastoon liittyvillä diagrammeilla. Tätä nykyä referenssiksi mahdollisesti otettavia tutkimuksia on useita, mutta valitaan tällä kerralla mittatikuiksi Taszarek et al. (2020), Pistotnik et al. (2022) ja Battaglioli et al. (2023). Kaikissa tutkimuksissa pohjana on käytetty in situ -havaintoja vaaraa aiheuttavista ukkospilvistä, ja kyseisiä tapauksia vastaavat tiedot ilmakehän tilasta on poimittu ERA-uusanalyyseistä. Battaglioli et al. (2023) tutkivat isoja rakeita, mutta kahdessa muussa tutkimuksessa luupin alla oli myös muita lieveilmiöitä (syöksyvirtaukset ja tornadot).

Kuten kuvasta näkyy, 7.8.2023 tilanne solahtaa kaikissa kolmessa vertailussa vaaralliseen laitaan. Battaglioli et al. (2023) mukaan vastaavissa olosuhteissa on havaittu jopa yli 10 cm kokoisia rakeita. Tällä kertaa tiettävästi isoimmat rakeet satoivat Baltiassa ja olivat kooltaan 8 cm (lähde: ESWD.eu). Vertailussa Pistotnik et al. (2022) ja Taszarek et al. (2020) tekemiin selvityksiin Suomen tapaus on suorastaan jakauman järeässä äärireunassa. Jos palataan vielä takaisin kuvaan 1 ja sijoitetaan 7.8.2023 säätilanne tähän suuntaa antavaan diagrammiin, päädytään keskelle USA:ssa tyypillisiä keväisten supersolujen olosuhteita.


Kuva 9: Vaaraa aiheuttavien konvektiivisten ilmiöiden todennäköisyys CAPE-tuuliväännediagrammilla kolmesta eri tutkimuksesta, joissa meteorologisia olosuhteet on tilastoitu uusanalyysien avulla. Lisäksi oikeassa alakulmassa kuva 1, johon muiden kuvien tapaan lisätty Lahjan-päivän 2023 säätilanne keltaisella tähdellä.


Mitä tästä voi päätellä?

Edellä olevasta tiedosta voi poimia ylös seuraavat päähuomiot:

o Ukkospilvien ainesosat kohtasivat Suomen yllä 7.8.2023 harvinaisella tavalla (muun muassa kosteutta lähes ennätysmäärä).

o Ainesosat loivat ukkospilville erittäin energeettiset olot alueella, johon yhdistyi harvinaisella tavalla huomattavan voimakas tuuliväänne.

o Harvinaiset olot näkyivät korostuneella tavalla ECMWF:n parviennusteessa, joka yhdistää ukkospilvien käytettävissä olevan energiamäärän sekä tuuliväänteen. Parviennusteen jakauma oli lähes kokonaan ilmastollisen jakauman yläpuolella, mikä on sekin varsin harvinaista.

o Vastaavissa oloissa vaaraa aiheuttavia ukkospilviä esiintyy yleisesti muualla Euroopassa sekä USA:ssa, mikä on todennettu useissa tuoreissa tutkimuksissa.

o Tapahtumapäivän aikana esiintyi voimakasta lämmintä advektiota noin 3 km korkeudella, mikä toimi alempana olevan stabiilin ilmakerroksen lisäksi ukkospilvikehitystä estävänä tekijänä.

o Etelästä lähestyneen kylmän rintaman saapuminen hidastui, ja lisäksi Suomi joutui varsin syvälle helleilmamassan sisään. Tämän vuoksi ukkospilvikehitys jäi Suomen eteläpuolelle eikä meille saapunut missään vaiheessa ukkospilviä, jotka olisivat voineet lopulta toimia kehityksen käynnistäjinä. Syntyneet ukkospilvet ajautuivat Baltiasta Itämerelle ja siitä kohti Ruotsia suuntaavalle reitille.

o Kylmän rintaman saapuminen maan eteläosaan tapahtui aamulla, jolloin aurinko ei ollut “ladannut” helleilmamassan sektoriin lisää energiaa.

o Salamointi ja muut ukkospilvien lieveilmiöt koettelivat lähinnä Baltiaa ja Ruotsia sunnuntain ja maanantain aikana, joten tilanne realisoitui pääasiassa Suomen lähialueilla.

Kaiken tämän jälkeen voi kysyä, olivatko varoitukset ja vuolas rajuilmapuhe vailla perusteita? Allekirjoittaneen vahva käsitys on, että meteorologit olisivat toimineet suorastaan rikollisesti, ellei voimakkaiden rajuilmojen mahdollisuudesta olisi puhuttu mitään. Ammattikuntamme saa usein kritiikkiä ylivaroittamisesta, josta meteorologien tuleekin yleisellä tasolla kantaa huolta. Lahjan-päivän 2023 tilanne ei kuitenkaan kuulu tähän kategoriaan, ja tätä voi perustella pelkästään 7.8.2023 vallinneiden olosuhteiden äärimmäisyydellä. Potentiaali hyvin vakaviin ja laajoihin vahinkoihin oli selkeästi olemassa, minkä osoittavat tapahtumat naapurimaissa. Mikäli pahin skenaario olisi toteutunut varoitusten loistaessa poissaolollaan, meteorologeilla ei olisi ollut mitään piilopaikkaa tai mahdollisuutta argumentoida järkevällä tavalla ja oikeutetusti laimeaa varoituslinjaa. Kyseessä olisi ollut pahimman laatuinen epäonnistuminen ennustetyössä ja vieläpä varautumisen näkökulmasta kaikkein haastavimpien sääilmiöiden moukaroidassa suurta osaa maasta.

Suomessa varaudutaan monenlaisten riskien realisoitumiseen, ja sää on kiistämättä yksi näistä. Kaikissa riskeissä on sisäänrakennettuna epävarmuus, jonka kanssa meidän on pakko elää. Lopulta ainoa, mikä merkitsee on se, että yhteiskunnan turvallisuuskriittiset toimijat varautuvat riskeihin oikeasuhtaisesti ja pyrkivät pitämään kriittiset perustoiminnot yllä oli häiriölähde mikä tahansa. Harmi ohi menneestä tai toteutumattomasta rajuilmakokemuksesta tuntui kaikuvan Lahjan-päivän keskusteluissa media-avaruudessa. Ehkä moni kuitenkin ottaa vastaan tämän kokemuksen enemmin kuin menetetyn metsäpalstan, taistelun sähkökatkojen tai vaikkapa rajuilmavahinkojen korvausten hakemisen kanssa.

Viitteet

Byers, H. R., and Braham, R. R., Jr., “Thunderstorm Structure and Circulation.” J. Meteor., 5: 71–86 (1948).

Doswell, C. A. I. I. I., Brooks H. E. , and Maddox R. A. , 1996: Flash flood forecasting: An ingredients-based methodology. Wea. Forecasting, 11 , 560–581.

Taszarek, M., J. T. Allen, T. Púčik, K. A. Hoogewind, and H. E. Brooks, 2020: Severe Convective Storms across Europe and the United States. Part II: ERA5 Environments Associated with Lightning, Large Hail, Severe Wind, and Tornadoes. J. Climate, 33, 10263–10286, https://doi.org/10.1175/JCLI-D-20-0346.1.

Pistotnik G., P. Groenemeijer, K. Riemann-Campe, and T. Kühne, 2022: STEPCLIM: Severe Thunderstorm Evaluation and Predictability in Climate Models. Preprints, 26th Conference on Severe Local Storms, Nashville TN, American Meteorological Society.

Weisman, M. L., and J. B. Klemp, 1982: The dependence of numerically simulated convective storms on vertical wind shear and buoyancy. Mon. Wea. Rev., 110, 504–520.


Weisman, M. L., Klemp, J. B., 1984: The structure and classification of numerically simulated convective storms in directionally varying wind shear.Mon. Wea. Rev.,112, 2479–2498.

 

Sunday, 06 January 2019 19:09

Oliko Aapeli-myrskyn voimakkuus yllätys?

Written by

On jossain määrin hämmästyttävää, kuinka pitkään (tunturialueiden ulkopuolinen) keskituuliennätys piti pintansa. Alunperin jo 70-luvulla mitattu ennätys 31 m/s kesti 90-luvun tuuliset talvet, Gudrun- ja Tapani-myrskyjen hönkäilyt sekä mittaustarkkuuden ajallisen parantumisen viimeisten 10-20 vuoden ajan. Tuuliennätyksiä on kuitenkin rikottu naapurimaissa melko hiljattain, joten tilastollisessa mielessä Aapeli-myrskyn lukemat eivät tulleet yllätyksenä.

Oma arvaukseni oli, että ennätyksen tulisi lyömään jämäkässä länsivirtauksessa hyvin nopeasti lännestä itään etenevä myrskykeskus. Useimmat 2000-luvun äärevimmistä myrskyistä ovat olleet juuri tällaisia. Aapeli saapui meille kuitenkin huomattavasti rauhallisemmassa ohjaavassa virtauksessa eikä ollut liikkeissään erityisen vikkelä. Nyt onkin hyvä paikka pysähtyä arvioimaan, mikä Aapelissa oli yllättävää, oliko myrskyn voima ylipäätään ennakoitavissa ja mitkä tekijät vyöryttivät ylimääräistä taakkaa meteorologien hartioille.

Teen seuraavassa ennustettavuustarkastelun maailman parhaaksi globaaliksi ennustemalliksi tituleeratun ECMWF:n tuotteiden valossa.

Puuskaennusteet ECMWF:n pääajossa

Oheisessa kuvapaneelissa nähdään mallin deterministisen ajon puuskaennuste 1-4 vuorokautta ennen Aapelin saapumista. Ennusteissa on nähtävissä lähes hämmentävän hyvä konsistenssi: malli ennakoi läntisille merialueille yli 30 m/s puuskia jo neljä vuorokautta etukäteen. Maa-alueilla kovin myräkkä näkyy karttojen mukaan osuvan Pohjanmaan rannikolle sekä Ahvenanmaalle. Sen sijaan pientä vaihtelua on nähtävissä maan sisäosassa, jossa myrskypuuska-alueen itäraja heilahtelee jonkin verran itä-länsisuunnassa.

KUVA: ECMWF-mallin ennuste 2.1.2019 klo 02 Suomen aikaa 1,2,3 ja 4 vuorokautta ennen tilannetta. Oranssit sävyt 20-30 m/s, punertavat sävyt yli 30 m/s.

Kokemusperäisesti voi luonnehtia, että näin hyvä peräkkäisten ennusteiden välinen konsistenssi nähdään voimakkaissa myrskytilanteissa äärimmäisen harvoin. Useimmiten kyse on rajusta läntisestä ilmavirtauksessa, jossa myrskymatalapaineen liikerata, aikataulu ja voimakkuus heilahtelevat ennustelaskelmissa merkittävästi vielä 1-2 vuorokautta ennen myräkän saapumista.

Epävarmuudet ECMWF:n parviennusteessa

Vanhan viisauden mukaan yli 3 vuorokauden mittaisissa ennusteissa kannattaa hyödyntää parviennusteita (ensemble prediction system, EPS). ECMWF:n suurteholaskennassa muodostetaan 52 ennusteen parvi, jolla pyritään tuomaan esiin ennusteen epävarmuutta. Myös Aapelin tapauksessa voidaan laskea ennusteparvesta erilaisia todennäköisyyksiä.

Alla olevassa kuvapaneelissa nähdään kilometrin korkeudella esiintyvien myrskytuulien todennäköisyys siten, että tarkastelussa huomioidaan tuulet 300 km etäisyydellä kustakin pisteestä. Kyseinen esitystapa on hyödyllinen, koska se "antaa anteeksi" ennusteissa tyypillisesti olevat ajoitusvirheet, mutta säilyttää silti tiedon voimakkaasta virtauksesta. Kuvasarjasta nähdään, että ensimmäiset signaalit voimakkaasta virtauksesta alkavat näkyä 5-8 vuorokauden mittaisissa ennusteissa. Todennäköisyystaso jää kuitenkin 10-20% lukemiin. Sen sijaan 1-4 vuorokauden ennusteissa ylletään 30-60% tasolle. Kilometrin korkeudella esiintyvä voimakas virtaus ei suoraan ennusta tuulenpuuskien repivyyttä pinnan tasolla, mutta etenkin myrskykeskuksen luoteisessa (tai lounaisessa) neljänneksessä se antaa suuntaviivoja tilanteen vakavuudesta.

KUVA: ECMWF:n mallit parviennuste Aapeli-myrskyyn 1-8 vuorokautta ennen tilannetta. Värisävyin todennäköisyys, että 300 km säteellä pisteestä esiintyy kilometrin korkeudella tuuli, jonka nopeus ylittää 30 m/s. Oranssit sävyt noin 60% todennäköisyys.

Esitän vielä yhden tavan työntää kädet syvemmälle parviennusteeseen. Alla olevassa kuvassa näkyy värillisillä palloilla parviennusteista bongatut matalapaineiden keskusten sijainnit. Näin muodostuvien "hauliryppäiden" tiiviydestä voi päätellä karkeasti, mikä on matalapaineiden sijaintiepävarmuus. Kuvan esimerkki on neljän vuorokauden ennuste ja kokemusperäisesti voidaan todeta, että ryväs Suomen eteläosassa on melko hyvin koossa. Erityistä lisäarvoa pohdintaan saadaan pallojen väriesityksestä, joka kertoo keskuksen läheisyydessä esiintyvien ilmavirtausten voimakkuudesta kilometrin korkeudessa. Ryppään värimaailma kertoo, että suurin osa parvesta on 30-35 m/s tuulien kannalla (60-70 solmua). Jälleen siis yksi vahvahko signaali tilanteen vakavuudesta.

KUVA: ECMWF-mallin parviennuste neljä vuorokautta ennen Aapeli-myrskyä. Palloin esitetty matalapaineen keskusten sijainnit parviennusteessa. Pallojen väri kuvastaa suurinta tuulennopeutta yhden kilometrin korkeudella 600 km säteellä keskuksesta. Vihreät sävyt noin 30 m/s, oranssit sävyt noin 35 m/s.

 

ECMWF:n parviennusteen ilmastollinen äärevyys

ECMWF:n  52 ennusteen parvea voidaan verrata ajankohdan ilmastolliseen jakaumaan. Jakaumien erolle voidaan laskea oma indeksinsä, josta ECMWF käyttää nimitystä Extreme Forecast Index (EFI). Kun jakaumat ovat identtiset, indeksi saa arvon nolla ja kun jakaumat ovat täysin erillään toisistaan, indeksin arvo on yksi. (Tässä on toki paikallaan huomauttaa, että jakauman poikkeama ilmastollisista arvoista ei kerro absoluuttisella tai varsinkaan vaikutustasolla tilanteen vaarallisuudesta mitään.)

Oheisesta kuvapaneelista nähdään, että EFI-ennuste sai jo 5 vuorokautta etukäteen Suomeen noin 0,8 tienoilla olevia arvoja. Neljän päivän ja sitä lyhyemmissä ennusteissa kartat helahtavat täysin punaisiksi ja indeksi on näin ollen lähellä ykköstä. Kokemusperäisesti voi todeta, että etenkin 4-5 vuorokauden pituisten ennusteiden signaali on huomattavan vahva. Yleensä sävyt jäävät keltaisen ja haalean oranssin tasolle, vaikka toteuma olisi lopulta melko voimakaskin myrsky.

KUVA: ECMWF-mallin parviennuste ennustettujen tuulenpuuskien ilmastollisesta äärevyydestä 1-5 vuorokautta ennen myrskyä. Katso indeksin selitys tekstistä.

Jos tarkastellaan EFI:ä kumulatiivisen kertymäfunktion (CDF) avulla, saadaan tarkempaa todennäköisyystietoa. Oheisessa kuvasarjassa näkyy EFI-CDF kolmelle eri paikalle Aapeli-myrskyn vaara-alueelta. Pylväsdiagrammeista nähdään, että Ahvenanmerellä EFI-lukemat ovat olleet viiden päivän ennusteesta alkaen lähellä ykköstä ja CDF:n perusteella yli 30 m/s puuskien todennäköisyys on ollut lähellä 100% neljän päivän ennusteesta alkaen. Jakauman mukaan 10% todennäköisyydellä saavutetaan puuskanopeus 38 m/s. Vaasassa EFI-ennusteen äärevoityminen on tapahtunut neljän päivän ennusteen kohdalla ja sen jälkeen niin ikään lähestynyt ykköstä. 0-3 vuorokauden ennusteissa mediaanipuuska Vaasaan on ollut noin 28 m/s ja 10% todennäköisyystaso noin 32 m/s. Jurvassa, jonka lähialueilla vahingot jäivät selvästi Vaasaa vähäisemmiksi, mediaanipuuska on tasoa 23 m/s, mikä oli varsin lähellä toteumaa.

KUVA: ECMWF:n parviennuste tuulenpuuskille kolmeen eri paikkaan. Pylväsdiagrammissa esitetty eri ennustepituuksille EFI-indeksin arvo. Käyräesityksenä parviennusteen puuskien kumulatiivinen kertymäfunktio eri ennustepituuksille. Ajankohdan tilastollinen jakauma esitetty paksulla mustalla käyrällä.

Kaikesta edellä olevasta voidaan todeta, että ECMWF:n parviennuste ennakoi erityisen äärevän säähäiriön saapumista kohtalaisella tai suurella todennäköisyydellä viimeistään neljä vuorokautta ennen tilanteen käynnistymistä. Vaikka asiaa ei tässä esitetäkään kuvallisesti, voi lyhyesti todeta, että myös muut globaalit ja alueelliset mallit olivat lähes poikkeuksetta voimakkaan talvimyrskyn kannalla.

Aapelin erityispiirteet

Jos vertaa edellä olevia ennusteita, toteutuneisiin tuulennopeuksiin, voi tulla johtopäätökseen, että läntisillä merialueilla, Ahvenanmaalla ja Pohjanmaan rannikolla tuuliennuste oli ainakin lievästi alakanttiin. Jälleen kerran kokemusperäisesti voidaan todeta, että kylmänpurkutilanteissa ja etenkin avoimen meren yllä numeeriset ennusteet jäävät melko usein aliarvioiksi. Pohjoisvirtaus imaisi myrskykeskuksen luoteiseen neljännekseen kylmää ilmaa pohjoisesta, minkä seurauksena tilanteessa muodostui talvisiin oloihin varsin paksu hyvin sekoittunut kerros. Tämä ei tosin ole mitenkään erikoista voimakkaissa myrskykeskuksissa, sillä jo mekaaninen turbulenssi on kyllin voimakasta sekoittamaan pinnanläheistä ilmakerrosta kunnolla.

Aapeli-myrskyssä esiintyi lisäksi erityisen voimakas kylmän syöttövirtauksen alatroposfäärin suihkuvirtaus, jossa tuulennopeus oli noin kilometrin korkeudessa jopa 40 m/s tuntumassa. Suihkuvirtaus asettui useiksi tunneiksi läntisten merialueiden ylle, jolloin lopputuloksena oli jäättömällä merialueella paikoin yli kilometrin korkeuteen yltänyt sekoittunut rajakerros. Kaiken kukkuraksi pohjoinen tuulensuunta oli otollinen ilmavirtausten kanavoitumiselle muun muassa Ahvenanmerellä. Otolliset olosuhteet voitiin nähdä jo kolmisen vuorokautta etukäteen myös ECMWF:n parviennusteluotauksesta. Sen mukaan sekoittuneen kerroksen paksuus olisi Ahvenanmerellä hyvin todennäköisesti kilometrin luokkaa ja todennäköisin tuulennopeus kilometrin korkeudessa reilut 35 m/s.

KUVA: ECMWF:n parviluotaus Ahvenanmerellä neljä vuorokautta ennen myrskyä. Esitystavan tulkinta luettavissa ECMWF:n sivuilta.

Kaiken kaikkiaan voidaan todeta, että tilanteessa oli koossa ainekset erittäin rajujen tuulten (ja puuskien) esiintymiselle. Meteorologisesta näkökulmasta katsottuna se, miksi alatroposfäärin suihkuvirtauksessa tuli niinkin voimakas, edellyttäisi tarkempaa analyysiä.

Aapelin vaikutusten ennustaminen

Tuulennopeuksien suhteen ennustaminen oli siis erittäin tukevalla pohjalla, joskin meteorologilta vaadittiin rohkeutta yliennustaa läntisten merialueiden ja Pohjanmaan tuulia. Varoituskartalla näkyi oranssia ja punaista tuulta Pohjanmaalla ja Ahvenanmaalla ja lisäksi ennakoitiin Selkämeren ennätykset lyövää aallokkoa jo pari päivää ennen tilanteen alkamista. Kokemuksesta voin kertoa, että ennätysten ennustaminen on meteorologille aina haaste ja vaatii hyppysellisen ylimääräistä rohkeutta.

Huomattavasti hankalampi pähkinä tilanteessa oli arvioida harvinaisen tuulensuunnan ja roudan vaikutuksia lopputulokseen. Myrskyhistoriassa täytyy palata aina vuoteen 2001 ja Janika-myrskyyn saakka, jotta saadaan sopiva verrokki voimakkaasta pohjoismyrskystä. Näin jälkikäteen voi toki todeta, että Janika oli maa-alueilla monin paikoin Aapelia voimakkaampi. Routaa tiedettiin tällä kertaa muodostuneen laajalti, mutta Ahvenanmaan tilanne oli epävarma. Yleisesti ottaen 10-20 cm routakerros ehkäisee tuulivahinkojen syntymistä huomattavasti, mutta historia tarjoaa varsin vähän tietoa siitä, mitä tapahtuu pohjoisenpuoleisten puuskien hönkiessä routatilanteessa 30 m/s tuntumassa.

Jälkiviisaana voi esittää hypoteesin, että Aapeli jäi talvimyrskyjen raskassarjalaisten taakse hyvin todennäköisesti vain ja ainoastaan roudan ansiosta. Jos tilanne olisi tapahtunut roudattomaan aikaan, vahinkomäärissä sopiva verrokki olisi todennäköisesti löytynyt jostain Einon kokoluokasta. Pelastustoimen tehtävämäärässä olisi menty kirkkaasti neljänumeroisiin lukemiin, puuta olisi kaatunut ehkä noin miljoonan kuutiometrin verran ja sähköttömiä talouksia olisi rivakasta sähköjakeluverkon maakaapeloinnista huolimatta ollut ehkä kaksinkertainen määrä.

Monday, 11 January 2016 22:04

Merikarvian lumitykki

Written by

Vuosi 2016 alkoi näyttävällä, joskin valtakunnan tasolla melko vähämerkityksisellä Suomen ennätyksellä. Vuorokauden lumikertymäennätys murskautui Merikarvialla hulppealla marginaalilla. Ilmatieteen laitoksen tilastojen mukaan edeltävät kärkilukemat olivat puolen metrin tienoilla, kun Merikarvialla lunta rymähti taivaalta mojovat 73 cm. Kuten alla oleva tutkasadekertymäkuva osoittaa, runsaan lumisateen alue oli hyvin pienikokoinen, mikä on tämäntapaisissa tilanteissa yleistä. Tapaus on meteorologisesti hyvin mielenkiintoinen ja seuraavassa pureudutaan sen yksityiskohtiin.

Säätutkalla mitattu sademääräkertymä 8.1.2016.

 

Lumitykki ampuu merellistä kosteutta maalle

Merikarvian tapauksen taustalla oleva ilmiö on hyvin tunnettu ja kulkee nimellä lake effect snow. Kutsun tässä kirjoituksessa ilmiötä puoliviihteellisesti lumitykiksi. Kyse on yksinkertaisesti sanottuna tilanteesta, jossa kylmää ilmamassaa virtaa jäättömän vesialueen ylle. Vesialue toimii lämmön ja kosteuden lähteenä, minkä seurauksena kylmä ilmamassa alkaa muuntua. Lopputulos on vähitellen korkeutta kasvavia konvektiopilviä ja lopulta pieniä ja pippurisia lumikuuropilviä. Oheinen kuva selventää muuntumisprosessia.

Lumikuuropilvien muodostuminen kylmän ilmavirtauksen saapuessa jäättömälle vesialueelle. Lähde: UCAR/COMET

Meteorologisesti tarkasteltuna reunaehtoina toimivat samat kolme ainesosaa kuin kesäisille kuuropilville: alatroposfäärin kosteus, instabiilisuus sekä nosto. Ensimmäinen ainesosa on peräisin suurelta osin alustasta eli jäättömästä vesialueesta. Toinen ainesosa muovautuu ajan kanssa, kun kylmä ilmamassa lämpenee alustan vaikutuksesta. Näin lämpötilaero pintakerroksen ja 1-2 km korkeustason välillä kasvaa. Tyypillisesti tämän ilmakerroksen lämpötilavähete muuttuu lopulta kuiva-adiabaattiseksi. Kolmas ainesosa on lumitykkitilanteissa helposti saatavilla, koska monesti lämpötilavähete pyrkii vääntäytymään jopa yliadiabaattiseksi. Tästä seuraa spontaaneja nousevia ilmavirtauksia, jotka voivat toimia kuuropilvien ”alkioina”. Useasti läsnä voi olla syystä tai toisesta pintavirtausten tuulikonvergenssia (maatuuli tai rannikkokonvergenssi), joka helpottaa lumikuurojen syntyä. Tyypillisesti lumitykkien syntyyn ja voimakkuuteen mainitaan vaikuttavan myös pyyhkäisymatka sekä tuuliväänteen voimakkuus, joita käsitellään tarkemmin alla.

Tapaus Merikarvian erityismausteet

Edellä mainitut elementit kohtaavat jossain päin Itämerta useita kertoja joka talvi. Siinä mielessä 8.1.2016 tapahtumien ei pitäisi olla erityisen harvinaisia. Läheisempi tarkastelu osoittaa kuitenkin, että nyt koettu tilanne oli osin harvinaisilla mausteilla varustettu. Luettelossa mainitut mausteet ovat osittain vahvasti riippuvaisia toisistaan.

·         Jäätön ja ”lämmin” merialue. Takana oli harvinaisen lämmin syksy ja alkutalvi, jonka seurauksena arktisten ilmamassojen sesonkikauteen ”päästiin” lähes jäättömässä tilanteessa. Tilanne mahdollisti pitkät pyyhkäisymatkat sekä voimakkaan lämmön ja kosteuden vuon alustasta ilmaan. Lisäksi rannikon suojana ei ollut jääpeitettä juuri lainkaan. Tämä mahdollisti kuuropilvien pääsyn maa-alueelle ilman heikkenemistä jääpeitteisellä vesialueella.

·         Kylmä ilmamassa. Lumitykin tehoa säätelee muun muassa ilmamassan ja alustan lämpötilaero. Pohjois-Amerikan suurilla järvillä nyrkkisääntö on, että 850 hPa:n lämpötilan ja alustan lämpötilan ero pitäisi olla vähintään 13 astetta. Tässä tapauksessa eroa oli pyöreästi 20 astetta. Asetelma on Selkämerellä mahdollinen vain, jos arktinen ilmamassa ”vaivautuu” paikalle alkutalven aikana. Suotavaa myös on, että pohjalla on keskimääräistä lämpimämpi syystalvi.

·         Sopivan heikko subsidenssi-inversio (ja suuri lumitykin korkeus). Tyypillisesti kylmä ilmamassa on erittäin stabiilisti kerrostunut ja saattaa sisältää pakkaskorkeapaineen aiheuttaman subsidenssi-inversion sekä tietysti myös voimakkaan pintainversion. Mikäli inversiot ovat erityisen vahvat, ilmamassan muuntuminen lumikuuroille otolliseksi kestää huomattavan kauan. Merikarvian tapauksessa muunnos ei ollut erityisen työläs. Alla oleva kuva osoittaa, että Jokioisten yöluotausta muokkaamalla lumikuurojen vähimmäiskorkeudeksi voisi arvioida reilut 2 km. Alempana olevasta numeerisen mallin ennusteluotauksesta voi saada vieläkin korkeamman arvion lumitykin korkeudelle, noin 3 km. Tämä on Suomen lumitykkitapauksissa huipputason lukema, kun tyypillisesti korkeudet liikkuvat haarukassa 1.5-2.5 km.

Jokioisten yöluotaus 9.1.2016 klo 02 Suomen aikaa. Luotauksen pintalämpötila ja kastepiste on muokattu vastaamaan keskimääräisiä olosuhteita Selkämerellä. Pinnasta nostetun ilmapaketin reitti näkyy luotausdiagrammilla violetilla viivalla.

·         Riittävästi pyyhkäisymatkaa (ja sopiva tuulensuunta). Edellä mainittuihin nyrkkisääntöihin kuuluu, että kylmällä ilmamassalla tulisi olla vähintään 80-100 km pyyhkäisymatkaa jäättömän vesialueen yllä. Suomen merialueet ovat melko kapeita, jolloin kaikilla ilmavirtaussuunnilla lumitykkiä ei yksinkertaisesti pysty muodostumaan. Rajoittava tekijä on myös osittain se, että kaikilla ilmavirtaussuunnilla ei useimmiten ole tarjota riittävän kylmää ilmamassa. Esimerkiksi lounaistuulet tarjoavat mittavia pyyhkäisymatkoja, mutta eivät yleensä tuo mukanaan kylmää ilmamassaa. Merikarvian tapauksessa pyyhkäisymatkaa oli hulppeasti, koska itä-länsisuunnassa jäätöntä matkaa järjestyi noin 300 km. Sattumalta läntinen ohjaava ilmavirtaus ei myöskään tuonut mukanaan liian lämmintä ilmaa, koska kylmä ilmamassa oli vallannut koko Fennoskandian. Oheisessa kuvassa näkyy mahdolliset saapumissuunnat lumitykkitilanteissa Kokkolan, Porin, Hangon ja Helsingin seudulla sekä lumitykin muodostumista mahdollisesti rajoittavat tekijät.

Lumitykkien mahdollisia saapumissuunta Helsingin, Hangon, Porin ja Kokkolan alueella sekä kunkin alueen merkittävimmät lumikuurojen muodostumista rajoittavat tekijät.

·         Sopiva ohjaava virtaus (riittävästi aikaa). Toisinaan pullonkaulaksi lumitykin näkökulmasta muodostuu liian voimakas ohjaava virtaus. Tässä tilanteessa ilmamassa ei ehdi muuntua riittävästi ja seurauksena on lumitykin jääminen hennon hiutaloinnin asteelle. Tällä kertaa ohjaava virtaus oli luokkaa 10 m/s, jota voi pitää jokseenkin optimaalina lumitykin näkökulmasta. Ohjaavan virtauksen täytyy myös kuljettaa lumikuuroja rannikolle, mikä Merikarvian tilanteessa toteutui perjantaiaamupäivästä alkaen, kun ohjaava virtaus kääntyi pienikokoisen matalapaineen jälkipuolella läntiseksi. Tätä voi havainnollistaa alla olevalla animaatiolla, jossa näkyy 925 hPa:n ilmavirtaus turkooseilla nuolilla (pintavirtaus mustilla nuolilla). Yötä kohti ohjaava virtaus kääntyi kohti pohjoista, mikä oli yksi osatekijä lumiryöpyn päättymisessä.

Hirlam-mallin ennuste 8.1.2016 ilmanpaineesta (mustat käyrät), pintatuulen suunnasta (mustat nuolet) sekä 925 hPa:n tuulensuunnasta (turkoosit nuolet).

·         Sopiva tuuliväänne. Tämä liittyy läheisesti edelliseen kohtaan. Mikäli nopeusväänne kasvaa pilven pohjan ja huipun välillä liian suureksi, kuuropilven muodostuminen käy dynaamisesti mahdottomaksi. Liian heikon väänteen vallitessa puolestaan tilannetta dominoivat termiset pakotteet, esimerkiksi maatuulirintaman liikkeet, eikä järjestäytynyttä lumikuuronauhaa pääse syntymään. Myös suuntaväänteellä on vaikutusta. Lumikuuronauhojen kannalta edullisinta on, jos nauhojen mahdollisina siemeninä toimivat rullapyörteet ovat mahdollisimman elinvoimaisia. Tämä mahdollistuu, jos suuntaväännettä on vähän. Pohjois-Amerikassa käytettyjen nyrkkisääntöjen mukaan ideaalitilanteessa suuntaväänne on alle 30 astetta. Alla olevan malliluotauksen mukaan Merikarvian edustalla suuntaväänne väheni aamusta iltapäivään noin 90 asteesta alle 30 asteeseen. Vielä edeltävän yön aikana rannikon edustalla oli eteläisen ohjaavan virtauksen vallitessa etelä-pohjoissuuntainen lumikuuronauha. Nauhan orientaation muuttumisen yksi osasyy voi olla tuuliprofiilin muuttuminen länsipainotteiseksi.

ECMWF-mallin ennustettu luotaus Selkämerellä Merikarvian edustalla 8.1.2016 klo 05 ja 14 sekä 9.1.2016 klo 02.

·         Pakotteiden voimakkuus. Synoptisen mittakaavan nousuliikepakote voi voimistaa lumitykkiä. Merikarvian tilanteessa merkittävä vaikutus on saattanut olla kahdella eri tekijällä. Ensinnäkin, Selkämeren pohjoisosassa olleen pienikokoisen matalapaineen läheisyydessä oli havaittavissa alatroposfäärin tuulikonvergenssia. Erityisesti tuulikonvergenssia esiintyi matalapaineen takaosan luoteisvirtauksen kohdatessa merialueen eteläosan eteläisen perusvirtauksen (ks. yllä oleva animaatio). Toiseksi, lännestä saapuneet lumikuurot kohtasivat alustan rosoisuuden lisääntyessä tuulikonvergenssia, jolla on saattanut olla pientä vaikutusta lumisateen voimakkuuteen.

·         Säätilanteen staattisuus (lumipyryn kestoaika). Kun lumitykki lähtee toimimaan, paikallisia lumikertymiä voi rajoittaa meteorologisten reunaehtojen muuttuminen. Pelkästään ohjaavan virtauksen muuttuminen saattaa kääntää lumitykin suuntaan siten, että lumimäärä jakautuu laajalle alueelle pitkin rannikkoa. Merikarvian tapauksessa tilanne pysyi harvinaisen staattisena tuntikausia. Pienikokoinen matalapaine jäi todennäköisesti termisistä syistä lähes paikalleen. Näin ollen meteorologisesti ei ollut mitään syytä, miksi lumikuuronauha olisi vaihtanut paikkaa tai orientaatiotaan.

·         Lumen rakenne. Hyvin karkean nyrkkisäännön mukaan 1 mm vettä vastaa 1 cm lunta. Vaihteluväli on kuitenkin erittäin laaja siten, että raskasta nuoskalunta kertyy samasta vesimäärästä huomattavasti ohuempi kerros kuin kevyttä pakkaslunta. Merikarvialla mitattu sademäärä oli noin 30 mm ja kertynyt lumimäärä 73 cm. Nuoskalumitapauksessa lumipeitteen lisäys olisi voinut olla ”vain” 20 cm.

Edellä mainitut mausteet voidaan taulukoida vertaillen seuraavasti:

Osatekijä

Tilanne yleensä

Case Merikarvia

Jäätön vesialue

Vain alkutalvesta rantaa myöten jäätöntä

Tammikuun alussa rantaan asti jäätöntä

Pystysuuntainen lämpötilaero

noin 15 astetta

noin 20 astetta

Lumitykin korkeus

1.5–2 km

noin 3 km

Pyyhkäisymatka

100–200 km

200–300 km

Tuulen suunta

NW-ESE

W

Nopeusväänne

vaihtelee suuresti

optimaali eli n. 10 m/s

Suuntaväänne

0…60 astetta

optimaali eli alle 30 astetta

Pakotteet

yleensä rannikkokonvergenssi

useita tuulikonvergenssi lähteitä

Staattisuus (kesto)

muutamia tunteja

12-18 tuntia

Lumen rakenne

”vesi-lumikerroin” 0.7-2

”vesi-lumikerroin” noin 2.5

 

Vertailu osoittaa, että kyseessä oli melkoinen ja todennäköisesti myös hyvin harvinainen osatekijöiden yhteensattuma. Tämä selittää myös sitä, miksi länsirannikolla (tai muuallakaan Suomen rannikolla) lumitykit eivät ole tämän tehokkaampia tai yleisempiä.

Tähtäimessä Helsinki

Suomen mittakaavassa Merikarvian tapaus on toistaiseksi ainutkertainen. Itämeren alueella ja maailmanlaajuisesti 73 senttimetrillä ei voi paukutella henkseleitä. Jo niinkin lähellä kuin Gävlessä Ruotsissa hautauduttiin 90-luvun lopussa puolentoista metrin kinoksiin. Pohjois-Amerikan suurilla järvillä lunta on tupruttanut vielä reilusti tätäkin enemmän.

Mielenkiintoinen oheiskysymys on, voiko tykki ampua suuren valkoisen ammuksensa joskus myös Helsinkiin. Heti aluksi on todettava, että Selkämeren tykin tähtäin olisi nytkin voinut osoittaa ilman mitään esteitä suoraan Raumalle tai Poriin. Voi vain kuvitella vaikutusten kertaluokan muutoksen Merikarvian lumi-infernoon verrattuna.

Pidän täysin mahdollisena, että myös Helsingin seutu voisi kokea Suomenlahden lumitykistä joskus puolimetrisen ammuksen. Suomenlahti asettaa kuitenkin varsin jyrkkiä reunaehtoja moisen tapahtuman esiintymiselle. Suomenlahden pohjukan jäätyminen saattaa alkaa varsin varhain alkutalvella, mikä lyhentää suurinta mahdollista pyyhkäisymatkaa. Lisäksi ohjaavan virtauksen optimaali vaihteluväli on selvästi kapeampi kuin Selkämerellä. Karkeasti arvioituna tämä kanava on Helsingistä katsottuna vain noin 30 asteen suuruinen kohti itäkaakkoa. Jos siis Selkämerellä merkittävin rajoittava tekijä on suotuisista suunnista saapuvan ilman liika lämpimyys, Suomenlahdella lumitykin tyrehdyttää helpoimmin epäoptimaali ilmavirtaussuunta (tai jään lyhentämä pyyhkäisymatka).

Ei ole kuitenkaan mitään esteitä sille, etteikö kohtalainen itäkaakkoinen arktinen ilmavirtaus voisi pysyä noin vuorokauden staattisena keskimääräistä lämpimämmän ja jäättömän Suomenlahden toimiessa lämmön ja kosteuden lähteenä. Kyseinen tapaus jumittaisi liikenteen lähes täysin muutamaksi päiväksi pääkaupunkiseudulla ja aiheuttaisi todennäköisesti massiivisen keskustelun talvikunnossapidon tasosta.

Talvien leudontuessa merijäättömän aikajakson pituus kasvaa. Vaikka talvien keskilämpötilat kohoaisivat, tulevinakin talvina arktista ilmamassaa tulee väijymään itään levittäytyvän laajan manneralueen yllä ja aika-ajoin piipahtamaan Suomen merialueiden yllä. On siis varsin mahdollista, että lumitykit puskevat lunta tulevinakin vuosina pitkin Itämeren rantoja vähintään entiseen tahtiin.

Page 1 of 2