Tuulen ja jäätämisen vaikutus lentämiseen sekä luotausten tulkinta

1. Tuulen ja jäätämisen vaikutus lentämiseen sekä luotausten tulkinta Suomen Urheiluilmailuopisto Lentokoulutusseminaari Helsinki-Vantaan lentopaikka 15.12.2007 Lentosäämeteorologi Antti Pelkonen Lento- ja sotilassääyksikkö Tampere-Pirkkalan lentoasema/Satakunnan lennosto

2. Kitkan vaikutus tuuleen • Merellä, missä kitka on pienempi, tuuli on selvemmin isobaarien suuntaista. • Isobaarien ja tuulen suunnan välinen kulma on tyypillisesti Suomen merialueilla 10–30 astetta ja maalla 40–50 astetta. • Esimerkki: Suomenlahdella ja Laatokalla tuuli on länsilounaasta noin 15 m/s, kun se yhtä suuren ja samansuuntaisen paine-eron alueella läheisellä mantereella on lounaasta vain noin 7 m/s.

3. Esimerkki I tuulen puuskaisuudesta • Oheisessa kuvassa on esitetty tuulihavainnot Tikkakosken lentopaikalla 18.7.2007. • Ajat ovat UTC-aikoja eli Suomen ajasta tulee vähentää kolme tuntia. • Päivällä havaitaan voimakkaimmat tuulen puuskat. • Mistä johtuu tuulen tyyntyminen illalla? • Tuulen tyyntyminen illalla johtuu auringon säteilyn pienenemisestä/lakkaamisesta. Auringonsäteily aiheuttaa tuuleen turbulenttisuutta, joka katoaa sään viiletessä.Usein meillä pohjoisessa sää viilenee illalla voimakkaammin kuin esim. Etelä-Euroopassa. Siksi tuulen tyyntyminen iltaisin on meillä voimakkaampaa

4. Esimerkki II tuulen puuskaisuudesta • Oheisessa kuvassa on esitetty tuuliha-vainnot Oulu Vihreä-saaresta 17.9.2007. • Ajat ovat UTC-aikoja eli Suomen ajasta tulee vähentää kolme tuntia. • Tuulen käyttäytymisessä ei havaita selvää päivä-yö-vaihtelua, koska voimakas tuuli liittyi matalapaineen yhteyteen. • Suurimmassa osassa kovatuulisia säätilanteita mittaukset ovat vahvistaneet käsitystä siitä, että puuskanopeudet merialueilla ovat noin 1,2 - 1,3-kertaisia ja maa-alueilla noin 1,6 - 1,8-kertaisia 10 minuutin keskituulen nopeuteen verrattuna.

5. Tuuliväänne • Tuuliväänne (engl. wind shear) on tuulen nopeuden tai suunnan muutos horisontaali- tai vertikaalitasossa . • Tuuliväänne ilmoitetaan yleensä tuulen nopeuden muutoksena korkeuden funktiona. • Esim. 20 kt/100 ft tarkoittaa, että tuulen nopeus kasvaa 20 solmua, kun noustaan 100 jalkaa maanpinnalta ylöspäin.

6. Tuuliväänne - käytännön esimerkkejä

7. Tuuliväänne kuuro- ja ukkospilven yhteydessä • Ukkospilvien yhteydessä esiintyvät ukkospuuskat ovat tunnetusti hetkellisiä. Ne kestävät muutamasta sekunnista muutamaan minuuttiin. • Kun ukkospilvi on kehittynyt suureksi ja korkeaksi, pilven sisältä alaspäin syöksyvä kylmä ilmavirtaus (syöksyvirtaus, down burst) kohdatessaan maan- tai vesipinnan kääntyy vaakasuuntaan ja voimistuu. • Se puhaltaa tavallisesti 20-30 m/s nopeudella, mutta tuhojäljistä päätellen sen nopeus voi olla jopa 50 m/s. • Puuskarintamaksikin tällaista voimakasta tuulta kutsutaan sen osuessa maahan tai veteen

8. Kirkkaan ilman turbulenssin esiintymisalueita

9. Lyhyesti jäätämisestä • Lentokoneiden ja helikoptereiden jäätäminen aiheuttaa silloin tällöin ongelmia huolimatta jäänestoaineista. • Jäätäminen riippuu lämpötilasta, nestemäisen veden määrästä ja pisaroiden koosta. • Kerrospilvissä jäätämistä esiintyy tyypillisesti 0....-15 ºC välillä, konvektiivisissa pilvissä aina -25 ºC asti. Tosin vaihtelut sääoloissa ovat valtavat, jossa jäätämistä on havaittu. • Jäätämisen voimakkuuteen vaikuttaa myös lentokoneen nopeus ja konetyyppi, jäänestoaineet ja lentäjän tyyli lentää jäätävissä olosuhteissa.

10. Jäätäminen kerrospilvessä • Harsopilvessä (As) ja laajassa sadepilvessä (Ns) suurin todennäköisyys jäätämiselle on lämpötilan ollessa 0 ºC... -15 ºC • Sade yleisesti pienentää jäätämisen riskiä sadepilven yläpuolella olevissa pilvissä. • Syntyvissä ja voimistuvissa rintamissa jäätäminen yleensä kohtalaista. • Rintamapilvisyyden sisällä olevissa konvektiivisissa soluissa voi olla kovaakin jäätämistä.

11. Jäätäminen konvektiivisissa pilvissä • Riski kohtalaiselle tai kovalle jäätämiselle on olemassa nollarajan yläpuolella niin kauan kun pilvessä havaitaan nousevia ilmavirtauksia. Pystyliikkeet lisäävät todennäköisyyttä, että suurin osa pilvivedestä on alijäähtynyt. • Konvektio etenkin lämpimän meren yllä tuottaa isoja pisaroita, jotka nollarajan kylmällä puolella tulevat alijäähtyneiksi ja saattavat aiheuttaa kovaa jäätämistä. • Myös yli 10 km korkeudessa ja -50ºC kylmemmällä puolella on havaittu kovaa jäätämistä. • Ukkospilvi on useimmiten muodostunut monista eri-ikäisistä soluista, joten ”jossakin kohdassa” aina jäätää. Ukkospilvissä esiintyy kaikentyyppistä jäätämistä. • Kun voimakas sade alkaa, jäätämisen todennäköisyys pienenee. • Kauniin ilman Cu-pilvissä jäätäminen ei ole yleensä merkittävää. Vesisisältö pieni ja pystyliikkeet eivät voimakkaita.

12. Jäätäminen St-/Sc-pilvessä • Jos pilven yläosan lämpötila on kylmempi kuin -10ºC ja pilven paksuus ~1 km niin jäätäminen on yleensä kohtalaista. • St- ja Sc-pilvissä esiintyy usein jäätämistä, voimakkaimmin pilven yläosassa (pisarakoko on suurin), sataa lumijyväsiä tai tihkua ja lämpötila on lähellä nollaa. • Jäätäminen voimakasta, kun talvella matalalla olevan inversion alla St-/Sc-pilvi ja tuuli käy sulalta mereltä.

13. Jäätävä sade • Jäätävä sade syntyy kun alijäähtynyt vesi (sitä voi esiintyä jopa - 40 asteeseen asti) tai vähän plussalla oleva vesi osuu pintaan, joka on pakkasella. • Syntyy usein, kun lumisade sulaa lämpimässä kerroksessa, ja maanpinta ja/tai alin ilmakerros on pakkasella.

14. Jääjyväset indikoivat jäätävää sadetta • Kylmä kerros voi olla myös jonkin verran paksumpi. Jos se on riittävän paksu sade jäätyy jääjyväsiksi. • Jääjyväset ovat läpinäkyviä tai hieman läpikuultavia pyöreitä tai epäsäännöllisiä jääkappaleita, joiden läpimitta on 1-4 mm. Ne ovat kovia ja iskeytyessään kovaan alustaan ne kimpoavat. • Jääjyväset indikoivat jäätämistä ja/tai jäätävää sadetta ylempänä.

15. Jäätävä sade talvella lämpimän rintaman edellä • Talvella tyypillisesti sopivissa oloissa lämpimän rintaman yhteydessä on otolliset olosuhteet jäätävälle sateelle. • Vesisade putoaa lämpimän kerroksen läpi, jonka alapuolella on kylmempää ilmaa. • Inversion yhteyteen muodostuvasta sumupilvestä (St) voi myös sataa jäätävää tihkua.

16. Jäätäminen pilven alla • Lentokoneet ja helikopterit, jotka lentävät näkyvyyslento-olosuhteissa (VFR) pilven alla kohtaavat jäätämistä tietyissä oloissa. • Jäätävä sade ei ole ainoa mekanismi, joka aiheuttaa jäätämistä pilven alla. • Jos pilven alla kosteaa ilmaa, näkyvyys heikentynyt, nousuliikettä ja lämpötila nollan alapuolella niin alijäähtyneitä pisaroita saattaa muodostua ja jäätämisen riski kasvaa. • Jos aluksen ulkopinnan lämpötila on nollan alapuolella niin tällöin saattaa muodostua huurretta, jos alus läpäisee kostean inversion. • Tällöin ei ole kovaa jäätämistä, mutta huurre tuulilasissa saattaa heikentää näkyvyyttä ulospäin ja muuttaa VFR-lennon IFR-lennoksi (mittarilento-olosuhteet).

17. Luotausasemaverkosto • Jokioinen, luotausajat 00 ja 12 UTC • Tikkakoski (Luonetjärvi), luotausajat 06 ja 18 UTC • Sodankylä, luotausajat 00 ja 12 UTC • Puolustusvoimat tekee luotauksia satunnaisesti

18. Luotaustiedon graafinen esitys • Tyypillisin luotaustiedon visualisointitapa on esittää lämpötila, kastepiste ja tuulet graafisesti sopivassa koordinaatistossa (termodynaamisella diagrammilla). • Suomessa ja ehkä koko Euroopassa käytetyin diagrammi on niin sanottu emagrammi. • Yhdysvalloissa puolestaan käytetään lähes pelkästään niin sanottua skew T, log p –diagrammia.

19. Skew T, log p –diagrammia • Isobaarit ovat likimain vaakasuorassa • Lämpötila (T) kasvaa oikealle alas • Potentiaalilämpötila (θ) kasvaa oikealle ylös • National Centers for Environmental Prediction (NCEP) • Global Forecast System (GFS) • http://www.westwind.ch/w_soua.php

20. Radioluotauksen ja mallin laskeman luotauksen vertailua • Sään ennustusmallien laskemilla luotauksilla on taipumusta olla ylhäältä liian paksussa kerroksessa kosteita, jos päällä on rintama tai ylipäätään matalapainetilanne. • Malli ei löydä yleensä välissä mahdollisesti olevia kuivempia kerroksia. • Pintainversio ei tunnetusti kireillä pakkasilla ole riittävän voimakas.

21. Radioluotauksen ja mallin laskeman luotauksen vertailua • Kumpukerrospilvilautan (Sc) tapauksessa malli voi saada kiinni 100% kostean kerroksen esim. 3000-6000 ft välillä, mutta malliluo-tauksen yläinversio ei näy yhtä selvänä kuin todellisuudessa.

22. Radioluotauksen ja mallin laskeman luotauksen vertailua • Alapilvien ennustamisessa isoimmat vaikeudet liittynevät edelleen liian kosteaan alimpaan puoleen kilometriin tai kilometriin. • Joskus malli ei saa kiinni alimpien 500…1000 ft kuivempaa kerrosta ja täten mallia tulkiten St-pilven alarajan ennustaisi liian alas. • Eli oikeasti alaraja on (tai nousee päivällä) esimerkisi 1000…1500 ft:aan, mutta luotaus pysyy (lähes) pintaan asti hyvin kosteana.

23. Radioluotauksen ja mallin laskeman luotauksen vertailua • Kun auringon säteilyä tulee kunnolla läpi, alakerran ilmiöt kuvautuvat pääosin hyvin, • Esimerkiksi ennusteluotauksen nostotiivistystaso (LCL) on hyvä ja Cu-/Cb-konvektion kehitystä voi hyvin haarukoida, vaikka TCu-/Cb-pilven toppien luotettava ennustaminen onkin melko vaikeaa. • Ehkä ns. capping-inversio -tilanteet voimakkaan konvektion edellä ovat mallille hankalimmat.

24. Radioluotauksen ja mallin laskeman luotauksen vertailua • Joskus low level jet (jossain 850 hPa vaiheilla) puuttuu tai on esimerkiksi noin 10 kt todellisuutta heikompi sellaisessa tilanteessa jossa mallin painekuvio on kohdallaan ja muitten korkeuksien tuulet ovat aivan hyviä. • Yleensähän ennusteluotauksen ylätuulet ovat melko hyviä, aina suihkuvirtauksiin asti.