Rankkasateet ja taajamatulvat (RATU) Jarmo Koistinen Ilmatieteen laitos/ Kaukokartoitus Kiitokset: Timo Kuitunen, Seppo Pulkkinen, Harri Hohti, Janne Kotro, Mikko Inkinen, Kirsti Jylhä, Juha Aaltonen Hulevesipäivät 16.10.. 2007
FMI weather radar network 8 C band Dopplers Volumetric V, dbz (dbt, W) archived since 2000 Data availability 99.3 % incl. maintenance and telecommunications in 2004 2006 SELEX Sistema Integrati (Gematronik) HW Vaisala/Sigmet SW (RVP 6 8, IRIS) 15 persons / 10 person years in Technical Services, Research & Weather Service
Millaista mittausta yksi säätutkahavainto edustaa? Tutkan mittaama suure (Z) muunnetaan sateen intensiteetiksi R(Z), yksikkönä mm/h Yksittäinen tutkamittaus on likimain sama kuin hetkellinen alueellinen sadanta n. 1 km 2 :n alueella tai pistesadanta n. 1 2 minuutin pituisella jaksolla Yksittäinen tutkamittaus ei ole yhtä tarkka kuin sademittarihavainto, mutta alue aikasummat ovat edustavia, varsinkin sademittarisovitettuina Summaamalla saadaan sadanta halutun pituiselle jaksolle (esim. 15 min 24 h)
Rankkasateet lyhytaikaisia ja pienialaisia vaikea havaita sademittarein
Esimerkki: Laaja alainen sade ja tulvimista 28.7. 2004 Tutkamittaus 12 h:n sademäärästä SYKE käyttää tutkasadetietoja operatiivisissa vesistömalleissa (Bertel Vehviläinen).
Sadeilmasto säätutkamittauksin Valtava havaintoaineisto lyhyessä ajassa melkein koko Suomesta Yksi tutkamittaus sisältää 500 etäisyyttä (0 250 km) x 360 sivukulmaa 5 minuutin välein => sadekarttoja tosiajassa (esim. testbed.fmi.fi) Kuukaudessa saadaan 500 x 360 x 12 x 24 x 30 x 8 x 0.99 = 12,4 mrd havaintoa, joista sadetta 3 8 % Tietoa hyvin harvinaisista ja voimakkaista sateista Tietoa sateen todennäköisyysjakaumasta => mitoitussateet Tutkahavainnot sopivat vahinkotapausten todentamiseen yhdessä sademittarien kanssa
Tutka ei kokonaan korvaa sademittareita, koska mittaus ei ole maanpinnalta (rankkasateessa virhe on pienimmillään) eikä samasta mittaussuureesta 1(2)
10 log(sademittari/tutka) 24 h:n sateet, Kuopio, kesä 2005
Rahoittajat MMM & YM RATU projekti (2005 2007) Konsortio: SYKE + IL + TKK + asiantuntijoita Tavoitteena on rankkasadeilmaston selvittäminen pienillä alueilla ja lyhyinä aikajaksoina: Lasketaan alue intensiteettitodennäköisyydet (1.5 min, 15 min, 1h, 3h, 6h, 12 h ja 24 h sekä 1 km 2, 9 km 2, 100 km 2, 1024 km 2 ) kesiltä 2000 2005 (n. 20 miljardia sadehavaintoa, ~10 TB), tehdään laatukorjaukset ja jakauma sovitetaan sademittarihavaintoihin (IL) Kesien 2000 2005 ilmastollinen edustavuus (IL) Arvioidaan rankkasade ilmaston muutosta (IL) Ajetaan testejä taajamien hydrologisilla malleilla (TKK, SYKE) Laaditaan uudet aluesadantojen toistuvuuskäyrästöt (IL + SYKE)
Tutkasademittausten laadunparannuksia Muiden kuin sadekaikujen poisto (maa, laivat, meri) Raepisteiden tunnistaminen ja poisto Tutkamittauksen vienti ylhäältä maahan (pystyprofiilikorjaus) Vaimennuskorjaukset Olomuodon ja pisarakokojakauman optimointi Sademittarisovitus ei ole tutkan kalibrointi
Frequency of Z > 50 dbz, May Sep 2005 Fuzzy logics filter applied Sea areas excluded
Gauge radar adjustment 0.5 +2 db/radar Not adjusted Adjusted Total accumulation May Sep 2005
Tutkamittausten intensiteettijakauma (10 min, 2005) Rakeita
Tutka sademittarivertailu (10 min, 2005) Rakeet poistettu Maksimi n. 500 mm/h
ICDF of areal accumulations, 1 km 2 Sample: May Sep 2005, p(hail)<0.01 Repeat time of >50 mm/24h/1 km 2 ~ 65 years? Remaining QC problem mm
ICDF of areal accumulations, 100 km 2 Sample: Sample: May Sep 2005, 2005 p(hail)<0.75 Repeat time of >50 mm/24h/100 km 2 ~ 100 years? mm mm
Kuuden tunnin sadesumman esiintyminen Jokioisissa jasodankylässä Sademäärä (mm/6 h) 200 150 100 50 0 10 20 50 100 500 1000 Toistuvuusaika (vuosia) Sulamisveden aiheuttama tulva Kittilässä keväällä 2005 Lähde: Ari Venäläinen ym. (IL) (käsikirjoitus) Lähde: Esa Kaitala
Vuotuiset sademäärät kasvavat Suomessa SADEMÄÄRÄN MUUOTS (%) Sademäärän vuosikeskiarvo, koko Suomi Vertailujaksona v.1971 2000 Muutos (%) 2070 2099 Skenaario Sadannan lisäys A1FI 24 (13 35) A2 19 (10 28) A1B 17 (8 25) A1T 15 (8 23) B2 15 (8 22) B1 12 (5 19) Mallit EPÄVARMUUKSIEN SUURUUS: Luonnollinen vaihtelu Päästöskenaariot Lähitulevaisuus + (+) Vuosisadan loppu + ++ ++ (Gt C/vuosi) Päästöskenaario 30 20 10 0 2000 2050 2100
Sademäärän muutokset (%) keskimäärin eri kuukausina Suomessa v. 2070 99 mennessä A2 päästöskenaarion toteutuessa Päästöskenaario SADEMÄÄRÄN MUUOTS (%) (Gt C/vuosi) 30 20 10 0 2000 2050 2100 A2 Sademäärät lisääntyvät talvella enemmän kuin kesällä. Sademäärän uudet skenaariot jonkin verran aiempia "märempiä etenkin kesällä. Epävarmuusväli noin ±15% Vertailujaksona v.1971 2000
Suurimmat vuorokautiset sademäärät kasvavat kesällä enemmän kuin keskimääräinen sadesumma
Runsassateisten päivien vuotuinen määrä kasvaa Päästöskenaario (Gt C/vuosi) 30 20 10 0 2000 2050 2100 A2 Eriväriset käyrät: ilmastomallin eri laskentapisteitä Nykyilmastossa noin 20 päivänä vuodessa ylittyvät sademäärät tulevat yleistymään kaikilla tarkastelluilla paikoilla Suomessa Rossby keskuksen alueellinen ilmastomallikoe RCA3 E A2
Vallikallion lähtötiedot Viheralue Päällystetty Katot RTK GPS tarkennukset Kaivojen kannet Hajapisteet Taiteviivat Korkeuskäyrät kalliopaljastumia moreenia puuttuva tieto Kaivot Putket Topografisia tietoja täydennettiin RTK GPS laitteen avulla. Tuloksena 213 lisäpistettä. Mittaus kerrostalojen katveessavaikeaa (vrt. Laaksolahti 320, Saunalahti > 700).
MOUSE SHE malli MIKE SHE Pintavalunta Haihdunta Imeyntä Lammikoituminen MOUSE Kattovedet MIKE SHEn viemäreiden kohdalle tuleva pintavalunta Putkivirtaus Viemärin tulviessa MOUSE syöttää vettä MIKE SHEn pintavaluntamalliin
Hydrologiset mallilaskennat Laskettavat tapahtumat Kesän 2005 MM kisojen aikainen sade Nykyiset RIL124 mitoitussateet IL:n määrittämät uudet mitoitussateet Ilmastonmuutoksen vaikutus Tulosten arviointi Suurimmat vedenkorkeudet kaivoissa Maan tason ja kriittisen tason (+0.5m) ylitysten lkm ja kesto Virtaama putkissa Verkoston kapasiteetti
ILMASTONMUUTOKSEN VAIKUTUKSET VESIMÄÄRIIN (TKK) VALLIKALLIO 2 (kerrostaloalue) Sadannan kasvu Valunta Kokonaisvesimäärän muutos +15 % +6 % +12 % +25 % +16 % +20 % LAAKSOLAHTI 1 (pientaloalue) Sadannan kasvu Valunta Kokonaisvesimäärän muutos +15 % +16 % +5 % +25 % +27 % +15 %
Johtopäätöksiä Rankkasadeilmaston laskeminen tutkamittauksista vaativaa datan määrän ja laadun osalta. Poikkeuksellisen voimakkaan sateen määrä (mm) riippuu aikajakson pituudesta ja alueen pinta alasta. => Joudutaan helposti nomogrammiviidakkoon. Pelastus: kaikki ajanjaksot ja aluekoot voidaan pakata ilmaisuun poikkeuksellinen sade = sade, jonka toistuvuus on harvemmin kuin kerran X vuodessa (X on esimerkiksi 30). Lainsäädännöllisesti, operatiivisesti ja ilmaston muuttuessa käytännöllinen ratkaisu (Tulvavahinkojen korvaustyöryhmä). RATU projekti tuottaa uusia aluesadantatilastoja suunnitteluun ja havaitun sateen toistuvuuden arviointiin.