Ilmasto. suurilmasto paikallisilmasto pienilmasto

Transkriptio

1 Ilmasto suurilmasto paikallisilmasto pienilmasto

2 Paikallisilmasto RAJAKERROS (boundary layer) on ilmakehän alin osa, jossa maan pinnan vaikutus voidaan havaita. muutamasta sadasta metristä kolmeen kilometriin asti Lähellä maanpintaa pinnan aiheuttama KITKAvoima ja pinnan lämmitys aiheuttavat turbulenttisia pyörteitä, jotka sekoittavat ilmaa.

3 SÄÄTILAN VAIKUTUS -Pien- ja paikallisilmasto poikkeavat yleisestä ilmastosta eniten tyynellä ja selkeällä säällä. -Tällöin alueen kosteus- ja lämpötilaerot johtuvat ensi sijassa maanpinnan säteily- ja lämpötalouden vaihteluista erilaisten maanpinnan peitteiden välillä.

4 Albedo Maapallon pinnan keskimääräinen albedo vaihtelee tutkimusten mukaan välillä (15-30 %)

5 Taulukko 1. Esimerkkejä albedosta Lumi 0,4-0,85 (vanhasta tuoreeseen, huomioitava lumen rakenne ja ikä) Vesi <0,1 (säteen tulokulma vaikuttaa) Jää 0,20-0,45 Kaupungit 0,10-0,30 (keskimäärin 0,15) Hiekka (hieno) 0,37 Tumma maa, kuiva 0,14 kostea 0,08 Trooppiset metsät 0,13 Aavikot 0,20-0,45 Ruoho 0,16-0,26 (lyhyestä pitkään ruohoon) Suo 0,10-0,14 (vetisyydestä ja kasvillisuudesta riippuen) Sekametsät 0,15-0,20 Havumetsät 0,05-0,15

6

7 Suomen oloissa joka tapauksessa etelä- ja länsirinteet ovat lämpimämpiä kuin pohjoisrinteet, mikä puolestaan voi vaikuttaa etenkin haihdunnan kautta kasvillisuuteen (ja maannokseen). Evapotranspiraatio on suurempi etelärinteillä säteilymäärän ollessa suuri, joten ne ovat pohjoisrinteitä kuivempia. Erot voidaan havaita etenkin kenttäkasvillisuudessa. Vain suuremmissa muodostumissa (Salpausselät yms.) saattaa em. tekijöillä olla vaikutusta myös puulajien jakautumiseen.

8 Pohjoisella rinteellä saattaa olla kuusta enemmän kuin etelänpuoleisilla, jossa taas lehtipuut ja mänty viihtyvät. Kuusi kestää lehtipuita paremmin kosteutta ja viileyttä, kun taas mänty kykenee elämään kuivissakin olosuhteissa. Rinteen suuntaus saattaa vaikuttaa myös metsänrajan korkeuteen vuoristoissa.

9

10 Kylmä ilma on raskaampaa kuin lämmin Selkeinä öinä tapahtuu voimakasta lähtösäteilyä eli jäähtymistä etenkin lakialueilla, kun taas rinteillä ja laaksossa jäähtyminen on vähäisempää. Tähän voi vaikuttaa mm. laaksoissa oleva suurempi vesihöyrymäärä. Tällöin rinteiltä alkaa valua kylmää ilmaa alaspäin. Ilmiöstä käytetään nimeä katabaattinen virtaus. Suljettuun laaksoon saattaa silloin syntyä nk. kylmän ilman järviä. Jos rinteellä on esteitä, kuten puustoa, voi niille syntyä nk. kylmän ilman taskuja puuston yläpuolelle. Selkeänä päivänä lakialueet ja rinteet saavat paljon säteilyä ja lämpenevät voimakkaasti, jolloin ilma alkaa kohota lakialueilla. Sen sijaan laakson keskustassa tapahtuu laskevaa liikettä. Ilmiötä kutsutaan anabaattiseksi virtaukseksi.

11

12 Erilaiset pinnat johtavat lämpöä ja näin ollen lämpenevät eri tavalla. Lämmön johtuminen on paljolti riippuvainen aineksen lämmönjohtokyvystä Lämmönjohtokyky cal cm-1 s-1 (1ºC)-1 Kallio Hiekka 0,004 Savi Vesi Tyyni ilma

13 753cm 3cm 125cm 15ºC 10ºC 5ºC I Kuukaudet XII 0ºC Lämpötilan vaihtelu Greenwichissä eri syvyyksillä

14 Ilman lt ºC Lumen pinta 10cm 30cm maanpinta lumen tiheys ,13-11,2-12,9-9,2-8,4-3,4 (49cm) 0,17-11,7-12,8-8,4-5,4-2,2 (74cm) 0,21

15 Esim. hiekkainen maa lämpiää nopeasti ja on kuiva, mutta huonon johtavuuden takia lämpeneminen koskee vain pintakerrosta (muutamia senttimetrejä). Yöllä jäähtyminen on nopeaa Kostea liejuinen maa lämpenee syvemmältä ja hitaasti. Samoin myös yöaikaan vastaavasti jäähtyminen on hitaampaa Turv la yöt ovat kosteita ja kylmiä turpeen huonosta lämmönjohtokyvystä johtuen ja ilmasto-olot muodostuvat ääreviksi ja hallaa esiintyy usein. Kariketta sisältävä maaperä ei myöskään johda lämpöä, joten ilmasto-olot ovat ääreviä. Hallaa voidaankin torjua muokkaamalla maa (jopa 50% vähennys halloihin). Kallioalustalle ovat ominaisia lämpimät yöt (hyvä lämmönjohtokyky), koska päivällä kerääntynyt lämpö vapautuu öisin.

16 Lämmönjohtavuuden lisäksi kullakin aineella on sille tyypillinen ominaislämpö(kapasiteetti), mikä tarkoittaa lähinnä sitä, kuinka paljon energiaa tarvitaan nostamaan massayksikön suuruisen ainemäärän lämpötilaa yhdellä asteella

17 Veden ominaislämpö (kapasiteetti) (1cal jotta gramman painoisen kappaleen lämpötila nousisi 1 ºC) on suurempi kuin useimpien aineiden, joten suuret vesimäärät vaikuttavat ympäröivään ilmastoon. Vaikka veden lämmönjohtokyky ei ole erikoisen suuri, suuren ominaislämpönsä vuoksi esim. järvi toimii ympäristön lämpötilojen tasaajana lämpenee päivisin hitaasti luovuttaa öisin päivällä keräämäänsä lämpöä tasoittaa äärevyyttä Sama vaikutus vesialueilla keväisin ja syksyisin

18 Lämpötila 2 metrin korkeudella keskimäärin kesäkuussa 1969

19 Merituuli puhaltaa, kun meren pinta on kylmä verrattuna maanpintaan. Lämpötilaeron pitää olla riittävän suuri (5-15 ºC) ja muun vallitsevan tuulen heikko (alle 5 m/s). Lämpötilaero syntyy Auringon lämmityksestä, joten sään pitää olla selkeä. Suomessa merituulia esiintyy huhti-heinäkuussa. Paine-erot saavat aikaan 3-9 m/s tuulen, joka on voimakkaimmillaan rantaviivan läheisyydessä. Keskimäärin esim. Suomenlahdella merituuli ulottuu km sisämaahan.. vaikutus pilvisyyteen!

20 Kun merituuli Auringon laskiessa hiipuu, alkaa monesti tuulla maalta päin. Ilmiötä kutsutaan maatuuleksi. Sen nopeus on vain noin 1-4 m/s ja sitä on yleensä vaikea havaita. Lisäksi syksyisin, jolloin meri on maata lämpimämpää, voidaan havaita maatuulta

21 KASVIPEITTEEN VAIKUTUS PIEN- JA PAIKALLISILMASTOON Kasvien optiset ominaisuudet vaihtelevat, mutta joitakin lainalaisuuksia niissä voidaan todeta. Esim. ultraviolettisäteistä lehdet voivat absorboida 90 %, heijastaa 5% ja läpäistä 5%. Näkyvän valon aallonpituuksista lehdet eivät yleensä absorboi kuin noin 75% ja heijastuminen sekä läpäisykyky on näillä aallonpituuksilla taas vastaavasti suurempi (15% ja 10%). Infrapunasäteillä lehtien absorptiokyky on taas riippuvainen säteilyn aallonpituudesta. Absorptio kasvaa aallonpituuden kasvaessa, kun taas heijastamiskyky ja läpäisykyky laskevat aallonpituuden kasvaessa.

22 Kasvipeite suurentaa jonkin verran maanpeitteen albedoa. Kasvillisuuden peittämä maa lämpiää päivällä heikommin, mutta menettää yöllä vähemmän lämpöä kuin paljas alusta kasvipeite tasoittaa maan pintakerrosten lämpöoloja. Kasvipeite lisää haihtumista keskimäärin kaksinkertaiseksi verrattuna paljaaseen maanpintaan. Haihtumiseen kulunut energia aiheuttaa sen, että maan pintakerroksen ja maanpinnan läheisen ilmakerroksen keskilämpötila laskee. Toisaalta kasvillisuus suojaa maanpintaa auringolta ja tuulelta, mikä pitää etenkin pintamaan kosteampana kuin vastaava paljas pinta.

23 Em. tekijöistä johtuen metsäisen alueen päivälämpötilat ovat alhaisempia kuin avoimen maaston, yölämpötilat ovat korkeampia kuin avoimessa maastossa ja metsissä tuulee yleensä vähemmän kuin aukiolla.

24 Metsähakkuut ja aukot Aukkopaikoilla on täysin oma ilmastonsa. Aukon koko ja puiden korkeus vaikuttavat lämpö- ja säteilyoloihin Liian pienessä aukossa ympäröivät puut varjostavat ja liian suuressa lähtösäteily kasvaa. Halkaisijan koon mukaan säteilymäärä on suurin silloin kun halkaisijan (d) ja metsänkorkeuden (h) suhte on Halkaisija d:h 0,46 0,85 1,47 3,36 ulossäteily% Max-lämpötilan 0,7 1,6 5,2 4,1 erotus (aukko-metsä)ºc

25 Joissain olosuhteissa, kuten esim. supassa tämä ei päde, sillä rinteillä tapahtuva ulossäteily kylmentää ilman, joka valuu supan pohjalle ja estää siellä puiden kasvua. Näin on käynyt esim. Lammilla Kilparistin supalla

26 Lumi ja jää ilmasto Määräävänä tekijänä näissä ilmastoissa on lähinnä albedo, johon vaikuttaa eniten lumen vesipitoisuus, ikä ym. tekijät. Lumen ja jään energia- ja säteilytaloutta on suhteellisen hankala mitata. Kuitenkin lumen pinta jäähtyy suhteellisen nopeasti ja inversioiden todennäköisyys kasvaa. Lumipeite vähentää roudan tunkeutumista maahan ja lämpötilan vaihteluita maanpinnassa, sulavedet lisäävät maaperän kosteutta Nämä tekijät voivat edesauttaa kasvillisuuden selviämistä talven yli. Keväällä lumen sulaessa voi syntyä kasvillisuusvaurioita, kun maanpinta lämpenee, mutta kasvien juuret ovat jäätyneessä vyöhykkeessä, eivätkä saa vettä. Tällöin kasvit haihduttavat saamatta mistään vettä tilalle. Ilmiö on tärkeä etenkin havukasveille muutamana ensimmäisenä vuotena istutuksen jälkeen, ennen kuin juuret ovat tunkeutuneet tarpeeksi syvälle.

27 SUOILMASTO Suoilmaston erikoispiirteet johtuvat ennen kaikkea turpeen suuresta kosteudesta ja huonosta lämmönjohtokyvystä. Kosteudesta johtuen suuri osa säteilylämmöstä kuluu haihtumiseen ja huono lämmönjohtokyky kohottaa taas päivälämpötiloja sekä alentaa yölämpötiloja tehden ilmaston äärevämmäksi. Maakerroksen lämpötilan vuorokausivaihtelut häviävät jo 25 cm syvyydellä (vrt kalliossa esim. 60 cm syvyydellä on vielä 2º C vuorokausivaihtelu). Suoalueet ovatkin erityisen alttiita hallalle. Soita on pyritty kuivattamaan kosteuden vähentämiseksi ja toivottu tällä tavoin hallaisuuden vähenevän, mutta monesti on huomattu, että kuivattaminen vähentää maan lämmönjohtokykyä edelleen, mikä äärevöittää ilmastoa lisää. Soiden metsittäminen niiden kuivatuksen jälkeen epäonnistuukin usein juuri hallaisuuden lisääntymisen vuoksi

28 Kaupunki-ilmasto Kaupunki-ilmastot ovat hyvin monimutkaisia mallintaa, sillä niihin vaikuttavat hyvin monet tekijät, kuten säteilytase, kaupungin oma lämmöntuotto, kaupunkirakenteen lämpövarastot (talot, kadut yms), tuuliolot, vesitalous, pinnan rosoisuus ja saasteet.

29 Vesitalous Kaupungin pintamateriaalit ovat suurelta osin vettä läpäisemättömiä, joten pintavalunnan osuus kasvaa. Toisaalta viemäriverkosto poistaa tehokkaasti ylimääräistä vettä, joten haihdunnan osuus pienenee. Tästä kaikesta seuraa se, ettei veden haihtumiseen kulu energiaa, joten ilma ja pinnat lämpenevät. Lisäksi kaupunki-ilman epäpuhtaudet toimivat tiivistymisytiminä, mikä vaikuttaa jonkin verran sumujen ja pilvisyyden yleistymiseen kaupungeissa

30 Säteily - ja lämpöolot Kaupunkien säteilytaseessa on otettava huomioon ilman sisältämien epäpuhtauksien määrä, joka aiheuttaa sen, että suurkaupunkien saama lyhytaaltoisen säteilyn määrä voi olla jopa 10 % alhaisempi kuin maaseudun. Kaupungista lähtevän pitkäaaltoisen ulossäteilyn (lämpösäteilyn ) määrä taas on kaupunkipintojen korkeasta lämpötiloista johtuen suurempi kuin maaseudulla. Kaupunki-ilman runsas hiukkaspitoisuus lisää ilmakehästä takaisin palaavan pitkäaaltoisen säteilyn määrää (vrt. inversiotilanne maaseudulla kirkkaina kylminä talviöinä, jolloin lähtösäteilyä ei estä mikään).

31 Kaupunkipinnat, kuten rakennukset ja kadut vaikuttavat kaupungin lämpöoloihin. Niiden heijastaman säteilyn määrä (albedo) vaihtelee % välillä, keskimääräisesti kokonaisalbedon ollessa noin 15 %, mikä on hieman pienempi kuin ympäröivän maaseudun vastaava arvo --> suurempi osa lyhytaaltoisesta säteilystä absorboituu pintoihin, joten lämpötilat nousevat talokuilut

32 Rakennetulla alueella onkin yleensä suurempi lämpökapasiteetti (varastointikyky) kuin kasvillisuuden peittämällä maaseudulla. Kaupunkien lämpeneminen päiväsaikaan tapahtuu tämän vuoksi hitaammin kuin maaseudun, mutta yöllä kaupunki vapauttaa ilmaan päivällä varastoimaansa lämpöenergiaa ja lämpötila ei öisin laske niin alhaiseksi. Tämä on yksi tärkeimmistä nk. lämpösaarekkeen syntyyn liittyvistä tekijöistä Myös nk. keinotekoisella lämmöntuotolla (liikenne, asutus ja teollisuus) on lämpösaareketta lisäävä vaikutuks.

33 Lämpösaareke Lämpösaareke on voimakkaimmillaan muutama tunti auringonlaskun jälkeen. Lämpösaarekkeen muoto on riippuvainen tuulen suunnasta ja nopeudesta (kuva). Talvisin lämpösaareke parantaa asumismukavuutta sekä toisaalta myös kasvien kykyä säilyä talven yli.

34 A)tyyni ja selkeä yö, B) selkeä yö, tuulee vasemmalta, C) tyyni ja pilvinen yö sekä D) tyyni ja selkeä päivä

35 Tuulennopeuteen vaikuttaa paljolti pinnan rosoisuus. Tuuliolot

36 KAPUNKIPLUUMI

37 3H Rakennusten väliin voi alkaa muodostua tuulisuutta, jos niiden väli on 1-2 kertaa niin suuri kuin rakennusten korkeus. Mikäli rakennukset ovat riittävän korkeita (15 m) ja pitkiä (100 m) ja etäisyys on pienempi kuin 3 kertaa rakennusten korkeus, voi syntyä nk. suppiloilmiö. Vaikka kaupungissa onkin keskimäärin tyynempää kuin avoimilla alueilla, voivat rakennusten muodostamat kuilut kuitenkin kanavoida tuulia. Talojen taakse voi syntyä mm. jättöpyörteitä.

38 Rakennusryhmästä voidaan muodostaa tuulelta suojaava, jos alueen tuulenpuoleiseen osaan laitetaan matalampia taloja, jotka nostavat virtaukset takaosan korkeampien talojen yli. Tehokkaimpia tuuliesteitä ovat sellaiset, joiden keskimääräinen läpäisevyys on %. Tällainen on esim. nuori tiheä kuusiaita, jossa tuuli pääsee osin läpi, eikä näin ollen nouse esteen päälle. Tuulisuus vaikuttaa lämmityskustannuksiin, jopa useita kymmeniä prosentteja

39

40