lokakuu 1989 korvaa RT 055.60 1 (8) ILMASTO, KOSTEUS, SADE JA LUMI ilmasto, kosteus, sade ja lumi, routa, ukkonen klimat, fuktighet, nederbörd och snö, tjäle, åska climate, humidity, rain and snow, soil frost, thunderstorm Tässä RT-ohjekortissa esitetään perustietoja ilman kosteudesta, sademääristä ja lumensyvyydestä sekä ukkosen esiintymisestä. Tämä RT-ohjekortti on laadittu yhteistyössä Ilmatieteen laitoksen kanssa. Kartat ja diagrammit on toimitettu Maanmittaushallituksen ja Suomen Maantieteellisen Seuran julkaisemasta Suomen Kartaston vihkosta 11 Ilmasto. SISÄLTÖ 1 YLEISTÄ 2 KÄSITTEITÄ SADEMÄÄRÄT.1 Sademäärän keskiarvot.2 Sademäärän jakautuminen 4 LUMIOLOT JA ROUTA 5 UKKONEN KIRJALLISUUTTA 1 YLEISTÄ Suomen ilmastolle on ominaista kosteus- ja sadeolojen epäsäännöllinen vaihtelu. Keskimäärin niillä samoin kuin lumioloilla on tiettyjä alueellisia ja vuodenaikaan liittyviä ominaispiirteitä. Pitkäaikaisiin havaintoihin perustuvia paikkakuntakohtaisia tilastoja voidaan tästä syystä käyttää rakentamisessa hyväksi tulevien olosuhteiden arvioimisessa edellyttäen, että ilmaston muutokset ovat hitaita ja vähäisiä. Tämä ei kuitenkaan ole varmaa, sillä ns. hiilidioksidilämpenemisen on seurausvaikutuksineen arvioitu huomattavasti muuttavan pohjoisten seutujen ilmastoa ensi vuosisadan puoleen väliin mennessä. Tämä olisi pyrittävä ottamaan huomioon nykyilmaston varteenotettavana vaihtoehtona pitkän tähtäimen yhdyskunta-, rakennus- ja rakennesuunnittelussa. Kosteus ja sade ovat rakennustöihin, rakentamiseen ja rakennuksiin vaikuttavia ilmastollisia tekijöitä. Vesi eri olomuodoissaan, vesihöyrynä, vetenä tai jäänä aiheuttaa suurimman osan rakennuksissa ilmenevistä vaurioista. Näitä ovat esimerkiksi rakennustarvikkeiden turmeltuminen, vesikattojen ja seinärakenteiden vuodot sekä rakenteiden homehtuminen ja lahoaminen. Kosteus, sade ja lumi aiheuttavat rakennuksen ulkovaipalle rasituksia, jotka asettavat vaatimuksia rakenteiden valinnalle, mitoitukselle ja tiivistysratkaisuille. Rakennustöissä kylmyys, kosteus ja sade saattavat vaikuttaa töiden ajoitukseen ja niiden suorittamiseen. Kosteushaittojen torjumiseksi on huolehdittava myös rakennustarvikkeiden ja puolivalmiiden rakenteiden suojaamisesta.
2 2 KÄSITTEITÄ Ilman kosteus on ilman sisältämä näkymätön vesihöyry (vesi kaasuna). Kosteuden määrä ilmaistaan eri tavoin, esimerkiksi absoluuttisena tai suhteellisena kosteutena. Mitä lämpimämpi ilma on, sitä enemmän se voi sisältää vesihöyryä tilavuusyksikköä kohti. Kyllästyskosteudeksi sanotaan sitä vesihöyryn määrää, jonka ilma korkeintaan voi ao. lämpötilassa sisältää. Jos lämpötila laskee kyllästetyssä tilassa, osa vesihöyrystä tiivistyy näkyvään muotoon kasteeksi, sumuksi, kuuraksi jne. Absoluuttinen kosteus on ilman todellinen vesihöyrymäärä tilavuusyksikköä kohden (g/m). Absoluuttinen kosteus on talvella hyvin vähäinen, keskimäärin se on 2... g/m talvella ja vajaat 10 g/m kesällä. Suhteellinen kosteus ilmaisee absoluuttisen (todellisen) kosteuden ja kyllästyskosteuden välisen suhteen ja se ilmaistaan siten useimmiten prosentteina. Suhteellinen kosteus ilmoittaa siis, kuinka monta prosenttia ilman vesihöyrymäärä on suurimmasta mahdollisesta vallitsevassa lämpötilassa. Suhteellinen kosteus muuttuu nopeasti lämpötilan muuttuessa. Lämpötilan kohotessa se pienenee ja päinvastoin. Tästä syystä suhteellinen kosteus on varsinkin kesällä suurimmillaan auringon nousun aikaan (lämpötilan minimi) ja alimmillaan iltapäivällä (lämpötilan maksimi). Samoin riippuu huoneilman kosteus lämmityskauden aikana ratkaisevasti siitä, kuinka paljon ulkoilma lämpenee sisälle siirrettäessä, ts. huoneilman ja ulkoilman lämpötilaerosta. Mitä kovempi pakkanen ulkona, sitä kuivempi on huoneilma. Keskimääräinen suhteellinen kosteus on suuri talvella maksimiarvojen esiintyessä marras-joulukuussa ja pieni kesällä minimiarvojen esiintyessä touko kesäkuussa. Vesihöyrynpaine tarkoittaa sitä osaa ilmanpaineesta, jonka vesihöyry siihen aiheuttaa. Vesihöyrynpaine ilmoitetaan Sl-järjestelmässä Pascal-yksikköinä (Pa). Se voidaan ilmoittaa myös elohopeamillimetreinä (Hgmm). Näin ilmoitettu vesihöyrynpaine on lukuarvoltaan käytännöllisesti katsoen sama kuin absoluuttinen kosteus vastaavuuden ollessa tarkoin sama 16,4 C lämpötilassa. Kuva 1 Vesihöyrynpaine (mbar) vuorokauden ja vuoden eri aikoina Helsinki-Vantaan ja Jyväskylän lentoasemilla 1970.. 75. 1 m bar = 100 Pa Kuvissa 1 ja 2 on esitetty vesihöyrynpaineen ja suhteellisen kosteuden arvoja Helsinki-Vantaan ja Jyväskylän lentoasemilla. Kuva 2. Suhteellinen kosteus (%) vuorokauden ja vuoden eri aikoina Helsinki-Vantaan ja Jyväskylän lentoasemilla 1970...75.
SADEMÄÄRÄT Sade muodostuu maanpinnalle putoavista vesihöyryn tiivistymistuloksista. Yleisimpiä sadetyyppejä ovat vesi-, tihku-, lumi- ja räntäsade. Sade voi olla jatkuvaa tai kuurottaista. Sademäärällä tarkoitetaan sateesta aiheutuvaa vesikerroksen paksuutta, joka tavallisesti ilmoitetaan millimetreinä. Kiinteässä muodossa tullut sade sulatetaan ennen mittausta vedeksi. Sademittariin muodostuneet tiivistymis- tai härmistystuotteet lasketaan myös sademääräksi. Yhden millimetrin sademäärä merkitsee yhden millimetrin paksuista vesikerrosta 2 maanpinnalla eli yhtä litraa vettä 1 m kohti. Talvella 1 cm vahvuinen vastasatanut lumikerros vastaa suunnilleen 1 mm sademäärää. Sademittaus suoritetaan kello 8, ns. synoptisilla asemilla lisäksi kello 20. Kansainvälinen sadevuorokausi määritellään asianomaisen päivän kello 8:sta seuraavan päivän kello 8:aan. Aikaväliä nimitetään joko sadepäiväksi tai poutapäiväksi sen mukaan, onko sadetta esiintynyt vai ei. Kesäaikaa noudatettaessa sateen mittausaika on kello 9 (21) ja vastaavasti sadevuorokausi kello 9 9..1 Sademäärän keskiarvot Suomessa sataa kaikkina vuodenaikoina ja sadepäiviä on melko paljon. PohjoisSuomen sademäärä on pienempi kuin Etelä-Suomen. Eri vuosina esiintyy kuitenkin eri alueiden ja paikkakuntien välillä suuria vaihteluja. Sateisimmat kuukaudet ovat yleensä heinä-, elo-, syys- ja lokakuu. Lumipeitteen vesiarvo on sen vesikerroksen paksuus millimetreinä, joka syntyisi, jos lumi sulatettaisiin. Ukkonen on sääilmiö, jonka yhteydessä pilvessä esiintyvät sähkövaraukset purkautuvat salamana. Kuva. Vuotuinen sademäärä, 191... 60 (mittausvirheet korjattu). Kuvassa on esitetty vuotuinen sademäärä ja kuvassa 4 sadepäivien lukumäärä vuodessa. Kuva 4. Sadepäivien (sademäärä 0,1 mm) lukumäärä vuodessa, 191...60.
4.2 Sademäärän jakautuminen Kuvassa 5 on esitetty sademäärän kuukausikeskiarvot sekä niiden 50 %:n ja 90 %:n todennäköisyysrajat eräillä paikkakunnilla. Kuvasta selviää esimerkiksi, että Helsingissä heinäkuussa sademäärä pysyy 50 %:n todennäköisyydellä 7 mm ja 75 mm välil- lä ja 90 %:n todennäköisyydellä 10 mm ja 115 mm välillä. Kuvassa 6 on esitetty vastaavasti sademäärän vuosikeskiarvot sekä niiden 50 %:n, 90 %:n ja 99 %:n todennäköisyysrajat eräillä paikkakunnilla. Sademäärä on hyvin vaihteleva suure. Yhtäältä saattaa esiintyä pitkähköjäkin täysin sateettomia jaksoja ja toisaalta on mitattu yli 100 mm vuorokautisia sademääriä. Sademäärien ääriarvoista voidaan päätellä ne rajat, joiden välillä sateen määrä suurella todennäköisyydellä pysyy. Taulukossa 1 on esitetty kuudelta paikkakunnalta sadepäivien pienimmät ja suurimmat lukumäärät eli sadepäivien ala- ja ylärajat kuukausittain heikoille, kohtalaisille ja koville sateille. Rankkasadepäivien lukumääristä on esitetty ainoastaan ylärajat, koska kaikkien kuukausien rankkasadepäivien pienin lukumäärä pitkällä ajanjaksolla on nolla. Jako sadepäiviin on tehty seuraavasti: heikko sade 0,1... 1,0 mm/vrk kohtalainen sade 1,1... 5,0 mm/vrk kova sade 5,1...10,0 mm/vrk rankkasade yli 10,0 mm/vrk Kuva 5. Sademäärän kuukausikeskiarvot sekä 50 ja 90 %:n todennäköisyysrajat eräillä paikkakunnilla 1911...60. Kuva 6. Sademäärän vuosikeskiarvot sekä 50, 90 ja 99 %:n todennäköisyysrajat eräillä paikkakunnilla 1911...60.
5 Taulukko 1. Heikkojen, kohtalaisten, kovien ja rankkasadepäivien lukumäärien ala- ja ylärajat eräillä paikkakunnilla 1941 1965 Taulukko 2. Suurimmat todetut rankkasademäärät (mm) eräillä paikkakunnilla 1960... 1972 Taukossa 2 on esitetty suurimmat havaitut rankkasademäärät eräillä paikkakunnilla. Suomessa sademäärän ylärajana voidaan käytännössä pitää noin 100 mm/vrk. Suurin yhden vuorokauden aikana mitattu sademäärä on 198,4 mm (Lahnus, Espoo 1944). Sademääräraja, jonka tunnin rankkasade yhdellä paikalla ylittää kerran kolmessa vuosikymmenessä, on 25 0 mm. Rakennusten ulkovaipan rakenteiden suunnittelussa on katoille, terasseille, parvekkeille ja vastaaville pinnoille osuvan pystysuoran sateen lisäksi kiinnitettävä huomiota ns. viistosateisiin eli siihen osaan sateesta, joka osuu tuulen vaikutuksesta rakennuksen seinään. Viistosateen määrä on suoraan verrannollinen tuulen nopeuteen ja riippuvainen rakennuksen sijainnista, koosta ja muodosta. Viistosade rasittaa etenkin seinien yläosia ja nurkkia.
6 4 LUMIOLOT JA ROUTA Kuvassa 7 on esitetty lumena tullut sademäärä vuodessa alueittain Suomessa. Se kasvaa keskimäärin ottaen lännestä itään. Lumensyvyydellä tarkoitetaan maata peittävän lumikerroksen paksuutta. Lumensyvyys ilmoitetaan tavallisesti senttimetreinä. Taulukossa on esitetty lumensyvyys sekä pysyvän lumipeitteen tulon ja lumen katoamisen ajankohta. Lumensyvyys on suurin Itä- ja Pohjois-Suomessa ja pienin maan länsiosissa. Lumensyvyys yleensä suurenee maaston korkeuden kasvaessa. Lumen tiheys vaihtelee huomattavasti ja on suurin Etelä- ja Lounais-Suomessa. Vastasataneen lumen tiheys on keskimäärin 100 kg/m, vanhan hankilumen 400...500 kg/m. Maaliskuun puolivälissä lumentiheys on Etelä-Suomessa keskimäärin 250 kg/m ja Pohjois-Suomessa 220 kg/m. Taulukko. Lumensyvyys sekä pysyvän lumipeitteen tulon ja lumen katoamisen ajankohta eräillä paikkakunnilla Kuva 7. Lumena satanut vesimäärä vuodessa 191...60 (mittausvirheet korjattu). Kuva 8. Lumipeitteen vesiarvon keskimääräinen vuotuinen maksimi 1961...75.
7 5 UKKONEN Lumipeitteen vesiarvo sen vesikerroksen paksuus (mm), joka syntyisi sulatetusta lumesta on monessa suhteessa keskeinen lumipeitteen ominaisuus. Sen lukuarvo ilmoittaa siis lumikuorman kilogrammoina neliömetriä (kg/m2) kohti. Lumipeitteen vesiarvon keskimääräisen vuosimaksimin alueellinen jakauma on esitetty kuvassa 8. Ukkospäiviksi määritellään ne päivät, jolloin salama ja sen aiheuttama jyrinä havaitaan enintään 15 sekunnin aikaerolla toisistaan. Ukkosta esiintyy yleensä vain kasvukauden aikana. Ukkospäivien ja salamaniskujen lukumäärä vaihtelee huomattavasti vuosittain ja kuukausittain. Ukkosen kehittyminen edellyttää tavallisesti kosteaa ja lämmintä säätä tai voimakasta säärintamaa. Ukkosen esiintyminen on harvinaista aikaisina aamutunteina. Kello 12 jälkeen ukkosen esiintymistiheys lisääntyy huomattavasti ja on suurimmillaan kello 14...16 välisenä aikana. Vesiarvo on suurimmillaan hieman myöhemmin kuin lumensyvyys, koska kevään ensimmäisellä kunnon suojalla, jolloin lumensyvyys hieman jo alenee, lumi pidättää sulaveden. Samalla mahdollisesti satanut lumi ja vesi lisäävät vielä vesiarvoa. Samoin kuin lumensyvyys vaihtelee vesiarvokin eniten Etelä-Suomen runsassateisilla seuduilla. Siten esimerkiksi Uudellamaalla runsaslumisimpina talvina saattaa esiintyä yllättävän suuria lumikuormia lähes 2 250 kg/m. Ukkospäivien lukumäärä vuodessa maan sisäosissa on 8...14, rannikolla ja PohjoisSuomessa 4...8. Suomessa talvi-ilmasto on maan pohjoiseen sijaintiin nähden melko lauha ja sateinen ja siksi routa on verraten matala ja lyhytaikainen. Tämä johtuu lähinnä lumen suojaavasta vaikutuksesta; pysyväkin lumipeite tulee usein sulaan maahan. Lumi on hyvä eriste; mitä paksumpi lumi, sen ohuempi routa. Hiekka- ja soramaassa maa routaantuu aikaisemmin ja routa tulee syvemmäksi kuin muissa mineraalimaalajeissa. Kuvassa 9 on esitetty keskimääräinen lumen paksuus ja roudan syvyys eräillä paikkakunnilla. Metsissä routa syntyy suunnilleen samaan aikaan kuin aukeilla, mutta sen syvyys vaihtelee enemmän. Kuva 9. Keskimääräinen lumen paksuus ja raudan syvyys aukeilla mailla eräillä havaintoasemilla 1968/69... 1978/79.
8 KIRJALLISUUTTA Ilmastoa koskevia julkaisuja: Maanmittaushallitus ja Suomen Maantieteellinen Seura; Suomen Kartasto, vihko 11. Ilmasto. 5. laitos. Helsinki 1988. Heino, Raino Hellsten, Eino: Tilastoja Suomen ilmastosta 1961 1980. Liite Suomen meteorologiseen vuosikirjaan, nide 80, osa 1a 1980. Ilmatieteen laitos. Helsinki 198. Helminen, Jaakko: Suomen ilmastobibliografia erityisesti sovellutuksia varten päivitysosa 1968 1985. Ilmatieteen laitos. Meteorologisia julkaisuja n:o 10. Helsinki 1988. Määräyksiä ja ohjeita: C2 Veden- ja kosteudeneristys. Määräykset. Suomen rakentamismääräyskokoelma. Sisäasiainministeriö 1975. (RT RakMK- 20216) C4 Lämmöneristys. Ohjeet. Suomen rakentamismääräyskokoelma. Sisäasiainministeriö 1978. (RT RakMK-2018) RIL 107 Rakennusten veden- ja kosteudeneristysohjeet. Suomen Rakennusinsinöörien Liitto ry. Helsinki 1989. RlL 155 Lämmön- ja kosteudeneristys. Suomen Rakennusinsinöörien Liitto ry. Helsinki 1984. RT 05-1054 Talonrakennuksen kosteusongelmat. Rakennustietosäätiö 1988. Muita julkaisuja: Björkholtz, Dick: Lämpö ja kosteus. Rakennusfysiikka. Rakentajain Kustannus Oy. Vammala 1987. Geiger, R: The climate near the Ground. Harvard University Press. Cambridge, Mass. 1971. Hemmilä, Kai Häkkinen, Tarja Krankka, Juha Metiäinen, Pertti Nieminen, Jyri-Pekka Saarimaa, Juho: Kosteuden vaikutus rakenteisiin. Rakentajain kalenteri 1984. Rakentajain Kustannus Oy. Jyväskylä 198. Mattson, JO. Introduktion till mikro- och lokalklimatologia. Liber Läromedel. Malmö 1979. Nevander Elmarsson: Fukthandbok. Svensk Byggtjänst. Helsingborg 1981. RIL:n kurssijulkaisut K 76-1987 ja K 10-1988. Suomen Rakennusinsinöörien Liitto ry. Helsinki 1987...1988.