Salama sääilmiönä. Antti Mäkelä Ilmatieteen laitos Antti Mäkelä / Ilmatieteen laitos

Samankaltaiset tiedostot
Sään erityistilanteet. Timo Erkkilä meteorologi Ilmatieteen laitos Lento- ja sotilassää Helsinki

Pro gradu -tutkielma Meteorologia SUOMEN TALVIUKKOSET Joanna Rinne Dos. Tapio Tuomi (Ilmatieteen laitos), prof.

Ukkosen hetkellisen voimakkuuden luokittelu salamahavaintojen perusteella

AMMATTIKORKEAKOULUJEN TEKNIIKAN JA LIIKENTEEN VALINTAKOE ÄLÄ KÄÄNNÄ SIVUA ENNEN KUIN VALVOJA ANTAA LUVAN!

Kandidaatin tutkielma Meteorologia. Ukkosen voimakkuuden luokitteleminen paikannettujen maasalamahavaintojen perusteella. Petteri Karsisto 24.6.

Paloriskin ennustaminen metsäpaloindeksin avulla

Hermoimpulssi eli aktiopotentiaali

Eero Turto KESKIJÄNNITEVERKON YLIJÄNNITESUOJAUS

Tulevat havaintokampanjat ja fotometriatyöpajan suunnittelu. Havaintotorniverkon kokous Cygnus 2011, Jokioinen

DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET

a) Kun skootterilla kiihdytetään ylämäessä, kitka on merkityksettömän pieni.

Fysiikka 1. Coulombin laki ja sähkökenttä. Antti Haarto

Webinaarisarja Älykäs sähköverkko kiinteistöissä

Kesäkonvektio. Ilmailijoiden sääilta Joonas Eklund Yhteyspäällikkö / Meteorologi Ilmatieteen laitos

Vaarallisia sääilmiöitä Suomessa

FY6 - Soveltavat tehtävät

Taustamateriaali Fingridin innovaatiohaasteeseen Sähköasemilla olevien viallisten laitteiden havainnointi radiotaajuisella mittausmenetelmällä

Sähköstatiikka ja magnetismi Coulombin laki ja sähkökenttä

DEE Sähkötekniikan perusteet

Integrointi ja sovellukset

Sääilmiöt tapahtuvat ilmakehän alimmassa kerroksessa, troposfäärissä (0- noin 15 km).

Valosähköinen ilmiö. Kirkas valkoinen valo. Himmeä valkoinen valo. Kirkas uv-valo. Himmeä uv-valo

Sään ja ilmaston vaihteluiden vaikutus metsäpaloihin Suomessa ja Euroopassa Understanding the climate variation and change and assessing the risks

EMC MITTAUKSET. Ari Honkala SGS Fimko Oy

SATE1120 Staattinen kenttäteoria kevät / 5 Laskuharjoitus 2 / Coulombin laki ja sähkökentänvoimakkuus

SALAMAHAVAINNOT 2013 LIGHTNING OBSERVATIONS IN FINLAND, 2013

Johdatus talvisäihin ja talvisiin ajokeleihin

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 10: Stokesin lause

TN T 3 / / SÄH Ä KÖAS A IOI O TA T Vi taniemen koulu

SALAMAHAVAINNOT 2014 LIGHTNING OBSERVATIONS IN FINLAND, 2014

Avoin data miten Ilmatieteen laitoksen dataa hyödynnetään? Anu Petäjä

Tutkitaan Marsia! Mars Science Laboratory

Korrelaatiokerroin. Hanna Heikkinen. Matemaattisten tieteiden laitos. 23. toukokuuta 2012

Kertausvinkkejä lentokauden alkaessa

Elektroniikka. Tampereen musiikkiakatemia Elektroniikka Klas Granqvist

Leptonit. - elektroni - myoni - tauhiukkanen - kolme erilaista neutriinoa. - neutriinojen varaus on 0 ja muiden leptonien varaus on -1

TEHTÄVIEN RATKAISUT. b) 105-kiloisella puolustajalla on yhtä suuri liikemäärä, jos nopeus on kgm 712 p m 105 kg

Lehdokkitien virastotalo

Susanna Viljanen

Fysiikan perusteet ja pedagogiikka (kertaus)

Ilmakehän jäätävien olosuhteiden havainnointi maanpinnalta tehtävän kaukokartoituksen avulla

Langattoman verkon spektrianalyysi

Sinin muotoinen signaali

kipinäpurkauksena, josta salama on esimerkki.

Elektroniikan kaavoja 1 Elektroniikan Perusteet I1 I2 VAIHTOVIRROILLA. Z = R + j * X Z = R*R + X*X

Magneettikenttä ja sähkökenttä

1. Missä koulussa lapsesi on tai mihin kouluun esikoululaisesi on menossa? Vastaajien määrä: 22

SUURPALOJEN MAHDOLLISUUS SUOMESSA. Ari Venäläinen, Ilari Lehtonen, Antti Mäkelä

Sähköjärjestelmän toiminta talven huippukulutustilanteessa

Mikä määrää maapallon sääilmiöt ja ilmaston?

&()'#*#+)##'% +'##$,),#%'

1. Missä koulussa lapsesi on tai mihin kouluun esikoululaisesi on menossa? Vastaajien määrä: 22

Sähköjärjestelmän toiminta talven kulutushuipputilanteessa

SATE2180 Kenttäteorian perusteet / 5 Laskuharjoitus 2 / Coulombin ja Gaussin lait -> sähkökentän voimakkuus ja sähkövuon tiheys

NSWC SWC- kartan uudistus ja sisällön tulkintaa. Joonas Eklund Yhteyspäällikkö / Meteorologi Asiakaspalvelut Ilmailu ja Puolustusvoimat

ILMASTOMALLEIHIN PERUSTUVIA ARVIOITA TUULEN KESKIMÄÄRÄISEN NOPEUDEN MUUTTUMISESTA EI SELVÄÄ MUUTOSSIGNAALIA SUOMEN LÄHIALUEILLA

Jupiterin magnetosfääri. Pasi Pekonen 26. Tammikuuta 2009

FYSA220/1 (FYS222/1) HALLIN ILMIÖ

1. Missä koulussa lapsesi on tai mihin kouluun esikoululaisesi on menossa? Vastaajien määrä: 26

Vastaa kaikkiin kysymyksiin. Oheisista kaavoista ja lukuarvoista saattaa olla apua laskutehtäviin vastatessa.

RATKAISUT: 21. Induktio

Globaali virtapiiri. Reko Hynönen

MAA7 Kurssikoe Jussi Tyni Tee B-osion konseptiin pisteytysruudukko! Kaikkiin tehtäviin välivaiheet näkyviin! Laske huolellisesti!

Vakuutusalan kommenttipuheenvuoro. Risto Joppe Karhunen

DEE Tuulivoiman perusteet

a) Kuinka pitkän matkan punnus putoaa, ennen kuin sen liikkeen suunta kääntyy ylöspäin?

SMG-4500 Tuulivoima. Toisen luennon aihepiirit VOIMIEN YHTEISVAIKUTUKSISTA SYNTYVÄT TUULET

Magnetismi Mitä tiedämme magnetismista?

RATKAISUT: 18. Sähkökenttä

Fy06 Koe Kuopion Lyseon lukio (KK) 1/7

Yleistä sähkömagnetismista SÄHKÖMAGNETISMI KÄSITEKARTTANA: Varaus. Coulombin voima Gaussin laki. Dipoli. Sähkökenttä. Poissonin yhtälö.

IL / HYK sopimus kirjastopalveluista. Eriloiskirjastopäivä

KYSYMYS: Lai*akaa varaukset järjestykseen, posi9ivisesta nega9ivisempaan.

Lentosäähavaintojärjestelmä ILMARI ja operatiiviset käyttöönotot

PHYS-A3131 Sähkömagnetismi (ENG1) (5 op)

Salibandyn maailmanmestaruuskilpailut 1998 Wikipedia

3 TOISEN ASTEEN POLYNOMIFUNKTIO

Aurinko. Tähtitieteen peruskurssi

Lentosääoppia harrasteilmailijoille

Juuri 6 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

MAA2.3 Koontitehtävät 2/2, ratkaisut

Termiikin ennustaminen radioluotauksista. Heikki Pohjola ja Kristian Roine

YLEINEN AALTOLIIKEOPPI

SÄHKÖ KÄSITTEENÄ. Yleisnimitys suurelle joukolle ilmiöitä ja käsitteitä:

Arboristi / Hortonomi Teppo Suoranta puh

Suomi. Uusi energiatehokas korkeapainelumitykki

y 2 h 2), (a) Näytä, että virtauksessa olevan fluidialkion tilavuus ei muutu.

Eristeet. - q. Johdannoksi vähän sähköisestä dipolista. Eristeistä

Pilviratkaisut ovat entistä suositumpia. Mutta mikä on oikea ratkaisu sinun maailmassasi? Lähde matkalle läpi avaruuden, ajaan ja maalaisjärjen

* Trigonometriset funktiot suorakulmaisessa kolmiossa * Trigonometristen funktioiden kuvaajat

Magneettikenttä. Liikkuva sähkövaraus saa aikaan ympärilleen sähkökentän lisäksi myös magneettikentän

Sähköstatiikka ja magnetismi

TOIMISTOHUONEEN LÄMPÖOLOSUHTEET KONVEKTIO- JA SÄTEILYJÄÄHDYTYSJÄRJESTELMILLÄ

Evoluutiopuu. Aluksi. Avainsanat: biomatematiikka, päättely, kombinatoriikka, verkot. Luokkataso: luokka, lukio

E p1 = 1 e 2. e 2. E p2 = 1. Vuorovaikutusenergian kolme ensimmäistä termiä on siis

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Carlink langaton autojen välinen tietoverkko

Diplomi-insinööri- ja arkkitehtikoulutuksen yhteisvalinta 2017 Insinöörivalinnan matematiikan koe , Ratkaisut (Sarja A)

Voima F tekee työtä W vaikuttaessaan kappaleeseen, joka siirtyy paikasta r 1 paikkaan r 2. Työ on skalaarisuure, EI vektori!

Transkriptio:

Salama sääilmiönä Antti Mäkelä Ilmatieteen laitos 23.09.2009 Antti Mäkelä / Ilmatieteen laitos

Sisältö: 1. Yleistä ukkosista ja salamoista 2. Ukkospilven sähköistyminen 3. Salamat 4. Salamoiden paikantaminen 5. Salamat Suomessa 6. Salamoiden voimakkuudet 7. Yhteenveto

Yleistä Ukkosta tutkittu jo vuosisatoja, mutta silti yhä monia aukkokohtia Miksi? Ilmiön luonne asettaa tutkimukselle haasteita (olosuhteet ukkospilvessä ankarat ) Laboratoriomallinnus vaikeaa Havaintolaitteet kehittyneet huimasti viime vuosina, joten teorioita on voitu testata yhä paremmin Paljon uutta tietoa mm. pilven sisäisestä purkausrakenteesta

Sähköistyminen Erilaisten kappaleiden (esim. pilvihiukkasten) törmäys- ja hankausprosesseissa tapahtuu sähkövarausten erottumista --> kaikissa pilvissä jonkin asteista sähköistymistä Ukkospilvi kuitenkin ainoa, jossa sähköistyminen riittävän tehokasta salaman synnyttämiseksi Mitä salaman syntymiseen vaaditaan? Alijäähtynyttä vettä lämpötilan nollarajankorkeuden (nollaisotermin) yläpuolella Suuria jäähiukkasia (lumirakeita) ylhäällä pilvessä Pilven huipun yllettävä korkealle (lähelle tropopaussia) Yleensä kaikkien yo. kohtien oltava voimassa

Sähköistyminen Kaikkia näitä yhdistää yhteinen tekijä: voimakas konvektio Jos konvektion määrämä nousuvirtauksen nopeus riittävän suuri (~10 m/s), pilvi kasvaa korkeaksi, alijäähtynyttä vettä esiintyy korkealla pilvessä, ja pilvessä muodostuu suuria lumirakeita.

Sähköistyminen Nykykäsityksen mukaan varausten erottumista tapahtuu jääkiteen ja lumirakeen törmätessä toisiinsa alijäähtyneen veden täyttämässä pilvi-ilmassa Kuva: Rakov ja Uman (2005)

Sähköistyminen Lumirae saa negatiivisen, jääkide positiivisen varauksen Pienet jääkiteet kulkeutuvat nousuvirtauksen mukana pilven yläosaan, raskaammat lumirakeet jäävät kellumaan alemmaksi Lopputuloksena pilven yläosissa positiivinen varauskeskus, keskiosissa negatiivinen (pilven alaosissa voi olla lisäksi heikompi positiivinen keskus) Kuva: MacGorman ja Rust (1998)

Salamat: Yleistä Salamat voidaan jakaa kahteen luokkaan: Pilvisalamat --> ei maakontaktia Maasalamat --> maakontakti Pilvisalamat heikompia (voimakkuus muutamia kiloampeereja (ka), maasalamoilla n. 15 ka) Pilvisalamoita määrällisesti enemmän Kuva: mukailtu Rakov (2007)

Kuva: Krehbiel et al. (2000) Kuva: www.chr.noaa.gov Salamat: Pilvisalama Pilvisalama neutraloi varausta pilven eri varauskeskusten välillä Viime vuosina saatu paljon uutta tietoa salamanpaikantimilla Kaksikerrosrakenne: positiivisessa ja negatiivisessa varauskeskuksessa eteneviä purkauksia yhdistää pystysuuntainen kanava

Salamat: Maasalama Maasalama joko negatiivinen tai positiivinen (sen mukaan, kumman merkkisestä varauskeskuksesta saa alkunsa) Negatiivinen maasalama yleisempi, koska negatiivinen varauskeskus lähempänä maata Yleensä saa alkunsa pilvestä, mutta joskus myös maasta (esim. korkeat mastot, vuorten huiput...)

Salamat: Negatiivinen maasalama Saa alkunsa negatiivisesta varauskeskuksesta Esipurkauksen positiivinen haara kurottaa kohti negatiivista varausaluetta, negatiivinen kohti maata Negatiivinen haara voi pysähtyä alempaan positiiviseen varauskeskukseen --> purkaus jää pilvisalamaksi Jos maahan kertynyt vastakkaismerkkinen varaus houkuttaa purkausta riittävästi, kanava jatkaa kehittymistään kohti maata ns. askeltavana esisalamana (stepped leader)

Salamat: Negatiivinen maasalama Kun askeltava esisalama on edennyt lähelle maata, se indusoi maahan voimakkaan sähkökentän (kenttä voimakkain korkeissa ja terävissä kohteissa; esim. puun latva) --> maasta suuntautuu ylöspäin ns. vastaesisalama (connecting leader); näitä voi syntyä useitakin --> näiden kohdatessa on muodostunut sähköä johtava salamakanava pilven ja maan välille Salamakanavaa pitkin etenee ns. pääsalama (return stroke) maasta pilveen Pääsalamoita voi olla useita yhtä salamaa kohden (tällöin puhutaan osaiskuista)

Salamat: Positiivinen maasalama Positiivisen maasalaman esisalama on tehokas ja nopea, eikä se yleensä askella eikä haaroitu Positiivinen maasalama miltei aina yksi-iskuinen Sähkövirran huippuarvot jopa 300 ka Maailmanlaajuisesti maasalamoista n. 10% on positiivisia Jotkin tilanteet näyttävät kuitenkin edesauttavan positiivista salamointia: Ukkospilven häviämisvaihe Kylmän vuodenajan ukkoset Mataliksi jäävät ukkospilvet Jotkin hyvin voimakkaat ukkoset

Salamoiden leveyspiirijakaumat Ukkosia eniten tropiikin maa-alueilla Kuvassa keskimääräinen vuotuinen kokonaissalamatiheys (pilvi- ja maasalamoita/km²) Kuva: US National Space Science and Technology Center

Salamoiden paikantaminen Salama lähettää iskiessään useita eri signaaleja (esim. valo, ääni), ja periaatteessa minkä tahansa tällaisen signaalin avulla salama voidaan paikantaa Yleisimmin käytetyt menetelmät perustuvat sähkömagneettisen signaalin havaitsemiseen ja sen alkupisteen määrittämiseen Salamanpaikannin koostuu yleensä useista antureista, jotka lähettävät salamahavainnot keskusyksikölle

Ilmatieteen laitoksen salamanpaikannin IL:n salamanpaikannin koostuu seitsemästä anturista ja keskusyksiköstä Lisäksi yhteistyötä Norjan, Ruotsin ja Viron kanssa --> suuremman anturijoukon myötä entistä tarkempaa salamatietoa entistä laajemmalta alueelta

Salamat Suomessa <-- Salamatiheys 2009 Salamatiheys 1998-2009 --> 23.09.2009 Antti Mäkelä / Ilmatieteen laitos

Jatkuuko alamäki? Keskimääräinen vuotuinen salamatiheys Suomessa 1960-2009 23.09.2009 Antti Mäkelä / Ilmatieteen laitos

Huippuvirta (mediaani) 14 12 Salamoiden huippuvirrat Paikannin antaa myös arvion pääsalaman huippuvirralle (ka); tämä ei siis ole suoraan mitattu arvo Kuvassa mediaanivirrat Suomessa (yllä) ja Itävallassa (alla) Poukkoiluun (etenkin posit.) vaikuttaa erityisesti laitteiston kehittyminen: herkemmät anturit havaitsevat heikompia salamoita ka 10 8 6 4 2 0 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 Pun. = positiiviset salamat Sin. = negatiiviset salamat Vuosi http://www.aldis.at/

Salamoiden huippuvirrat Kuvassa neg. salamoiden keskimääräiset alueelliset huippuvirrat v. 2008 Varsinkin verkon reunoilla suurempia arvoja näennäistä, koska kauempaa verkosta havaitaan vain voimakkaammat salamat

Keskimääräinen huippuvirta Euroopassa 2001-2002 sin. = 0...10 ka vihr. = 10...20 kelt. = 20...30 or. = 30...40 pun. = 40... Siellä missä paljon antureita (K-Eurooppa), havaitaan enemmän heikompia salamoita Kuva: Schulz & Diendorfer 2002

Yhteenveto Salamoiden sähköinen luonne mahdollistaa niiden kaukopaikantamisen salamanpaikannin Salamanpaikantimet ovat nykyään tärkeä osa sääpalveluita reaaliajassa tieto ukkosalueista Havaintotehokkuus ~ > 90 % Paikannin arvioi myös mm. huippuvirtaa Paikannusverkon tekniset muutokset vaikuttavat huomattavasti myös itse mittauksiin, koska herkemmät anturit havaitsevat heikompia salamoita, jotka ovat aiemmin jääneet paikantamatta

Yhteystiedot antti.makela@fmi.fi ERIK PALMÉNIN AUKIO 1 00560 HELSINKI Puh. (09) 1929 4166 www.ilmatieteenlaitos.fi