Hydrologia L4 Sadanta

Transkriptio

1 Hydrologia L4 Sadanta

2 Sateen synty: ilmapaketin viileneminen Kuiva-adiabaattinen jäähtyminen 1 0 C/ 100 m Tiivistymiskorkeuden jälkeen enää n C/ 100 m, koska tiivistyminen tai härmistyminen vapauttaa lämpöä keskimääräinen viileneminen usein C/ 100 m Tasapainotilanne ympäröivän ilmamassa kanssa vaikuttaa oleellisesti jatkoon 09/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 2

3 Ilman tasapainotilan muuttuminen Epävakaaseen suuntaan: ylhäällä kylmenee ja/tai alhaalla lämpenee Vakaaseen suuntaan: ylhäällä lämpenee ja/tai alhaalla viilenee Alhaalla meren tai maanpinnan lämpötilamuutokset ja ilmamassan virtaus eri lämpöisten alueiden yli Ylhäällä vapaan ilmakehän virtaukset kuljettavat uutta eri lämpöistä ilmamassaa alueelle. Myös adiabaattinen lämpeneminen ylhäällä. 09/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 3

4 Konvektiivinen sade Ilman kerrostuneisuus epävakaa tai neutraali Maanpinnan lähellä lämmennyt ilma alkaa nousta (varsin pienellä alueella ) ylös Kumpupilvi syntyy kun ilma kohoaa tiivistymiskerrokseen Ellei tasapainotilanteeltaan vakaata kerrosta ole esteenä=> nousu jatkuu Pystyvirtausten ansiosta aluksi sadepisarat eivät putoa=> lumikiteitä, jopa rakeita Lopulta putoavat maahan äkillisenä kuurona, lämpötilasta riippuen sulamattomina tai vedeksi sulaneina Pilven yläosassa syntynyt kylmät kiteet tai rakeet jäähdyttävät pilven alaosaa =>jäähtyy ja ilman kohoaminen tyrehtyy => ilma putoaa alas=> kuuropuuska Nopea kehitys, elinikä yleensä 1-2 tuntia 09/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 4

5 Orografinen sade Suurimittakaavaiset ilmavirtaukset kohdatessaan vuorijonon=>ilmamassan nousu ja jäähtyminen=>laaja kerrospilvi, joka pysyy paikallaan Tuulensuojaisella puolella adiabaattinen lämpeneminen =>kuiva ja lämmin ilma Epävakaassa tasapainotilassa hyvinkin pienet maaston korkeuserot 09/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 5 voivat aiheuttaa konvektion ja kuuropilviä

6 Rintamasateet Lämmin: Lämmin ilma liikkuessaan kohtaa kylmän, kevyempänä nousee sen päälle, rajapinnan kaltevuus pieni (1/100 1/400) => hidas nousu, tasainen laimea sade Kylmä: Kylmä ilma liikkuessaan kohtaa lämpimän ilmamassan, tunkeutuu sen alle=> äkillinen lämpimän ilman nousu ja jäähtyminen, kaltevuus 1/25 1/100, rankempi, alueellisesti suppeampi ja lyhytaikaisempi sade 09/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 6

7 Okluusiorintaman sade Syntyy syklonin kehityksen loppuvaiheessa matalapaineen keskuksen tapahtuvan kiertoliikkeen ja erisuuruisen kiertonopeuden aiheuttamasta rintamien yhtymisestä Lämpötilasuhteista riippuen kylmän tai lämpimän rintaman sade 09/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 7

8 09/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 8

9 Sateen muodot 1. Vesisade, pisaran halkaisija d>0.5 mm, pisaran laskeutumisnopeus w s > 2ms -1, sateen intensiteetti I= 1 5 mmh Tihkusade, 0.1<d<0.5 mm, w s <2ms -1, I< 1 mmh Lumisade, eri kokoisia kiteitä, läpinäkyviä, I= mmh -1, =0.1 gcm Rakeet, pyöreä tai kartiomainen muoto, d>5 mm, =0.8 gcm Kaste, kylmälle pinnalle tiivistynyttä vettä, I< mmd Kuura, kylmälle pinnalle härmistynyttä jäätä 7. Huurre, alijäähtyneen veden muodostamaa jäätä 09/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 9

10 Sademittareita Perinteiset manuaaliset sademittarit Suomessa käytössä malli D 09/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 10

11 09/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 11

12 Kaisaniemen sääasema 09/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 12

13 Automaattinen sateen mittaaminen 09/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula Vaisala Oy:n sateen tunnistinanturi Perustuu pinnan kapasitanssin muutokseen Keinuastia: mm. Daves, A- lab Oy, Ilkka Lilja Oy Pisaralaskin: mm Aanderaa Ltd:n sademittari

14 Sadannan pistearvojen korjaus missä = virhe ja P:n alaindeksit viittaavat seuraaviin virhelähteisiin e = haihtumisvirhe, w=tartuntavirhe, s=roiskuntavirhe, a=tuulivirhe, p=mittarin sijoittamisesta johtuva virhe, d=mittarin omat virheet, t=satunnaisvirheet 09/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 14

15 Tuulivirhe Suurin virhelähde Riippuu sateen olomuodosta, sadepartikkelien kokojakaumasta, tuulennopeudesta ja mittarin ominaisuuksista Korjauskerroin Lumisateelle suurempi kuin vesisateelle Vesisateella kasvaa voimakkaasti pikkupisaraisen osuuden kasvaessa 09/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 15

16 Korjaukset Päiväarvojen korjaaminen hankalaa Kuukausiarvoille laskettu keskimääräisiä korjauskertoimia 09/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 16

17 Aluearvojen laskutapoja Mitä aluetta pistearvo edustaa? Thiessenin monikulmiomenetelmä: painotus asemien ympärille muodostettujen monikulmioiden pinta-alojen mukaan Isohyeettimenetelmä: painotus sadannan tasa-arvokäyrien väliin jäävien pintaalojen mukaan Suomessa operatiivinen menetelmä, GIS:n käyttö Hypsometrinen menetelmä paras menetelmä vuoristossa, P=f(altituudi), sadannan painotus korkeuskäyrien väliin jäävillä pinta-aloilla 09/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 17

18 09/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 18

19 Aluearvoja Aritmeettinen keskiarvo, tarvitaan paljon asemia, maasto/valuma-alue homogeeninen Hilapistemenetelmä, alue jaetaan samankokoisiin hilaruutuihin. Jokaiselle ruudulle arvioidaan sadanta pistemittausten avulla. Painokertoimina tällöin etäisyydet asemilta ja mahdollisesti orografia. Lopuksi lasketaan aritmeettinen keskiarvo kaikista ruuduista 09/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 19

20 Säätutkat Suomessa 09/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 20

21 Pistesadannan rankkuus Sadannan havaintoaineistoon sovitetaan sopiva kertymäfunktio Hyvin lyhyellä aikavälillä (1 min 12 h) Gumbelin jakauma Vrk sadanta: Gumbel, log-pearssoniii Pitemmät jaksot: Weibul, normaali Kuivat alueet: gamma, log-normaali Kuva 3-13: Gumbel-jakaumaan perustuvat vrk:n ja sitä lyhyemmät maksimisadannat 09/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 21

22 Maksimisadannat vrk- ja sitä lyhyemmille jaksoille (Kuusisto 1980) Perustuu Gumbelin jakaumaan Muutaman min kestoinen sateen intensiteetti suuri Intensiteettilaskee logaritmisesti kestoajan pidentyessä Sodankylässä intensiteetti noin 20-50% Helsingin arvoista 09/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 22

23 Aluesadannan rankkuus Tärkeämpi tieto kuin pistesadannan arvo, mutta määrittäminen myös vaikeampaa Pienenee alueen kasvaessa vrt. konvektiivinen sade Tiheä asemaverkosto RAK-käyrästö: sadannan rankkuus-ala-kesto, vaatii isohyeettikarttoja eri sadannan kestoajoilla Esim. Englannista Kuva 3-16 Suomessa Naakan tulokset Pohjanmaalta Kuva /01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 23

24 09/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 24

25 Maapallon sadevyöhykkeet Maapallon keskisadanta 1020 mma -1, maksimit Himalajalla ja tropiikin vuoristoisten saarten tuulen puoleiset rinteet Sadanta =f(leveysaste, altituudi, etäisyys kosteuslähteisiin, valitseva tuulen suunta, sijainti vuorijonoon nähden, lämpötilaerot maan ja meren välillä) 7 sadevyöhykettä Taulukko /01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 25

26 09/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 26

27 Sade-ennätykset erilaisilla sateen kestoajoilla Pisteet maailmanlaajuisesta Linsey n ym. aineisto (1972) Kolmiot Suomesta (Kuusisto) 09/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 27

28 Suomen sadeolot Sade tulee atlanttisten syklonien mukana Melko tasaiset sadeolot alueellisesti, vaihteluvälit eri kk välillä melko suuret, Kuva 3-19 Sadannan keskiarvo koko Suomen alueella oli jaksolla mma -1.. Seuraavalla 30 v. jaksolla se oli 30 mma -1 suurempi Lumena Lounais-Suomessa ale 30 %, muualla Etelä- ja Keski-Suomessa 30 40% ja Pohjoisessa 40 50% Yleensä vrk-vaihtelu on pieni, kesällä maksimisadanta klo 15:n maissa 09/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 28

29 09/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 29

30 09/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 30

31 VESISTÖMALLIT VUOROKAUSISADANTA TILANNE Vesistömallit käyttävät IL:n sadeasemaverkkoa Pistearvoista laskettu kullekin osavaluma-alueelle sadanta >40mm 20-40mm 10-20mm 5-10mm 2-5mm 0.1-2mm <0.1mm Laskentatulokset puuttuvat 09/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 31