Säätilanteiden vaihtelut muodostavat suurimmat potentiaaliset riskit lentäjille. Kelvotonta säätä on aina pidettävä lentämisen esteenä.

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 1 SÄÄOPPI JOHDANTO Säätilanteiden vaihtelut muodostavat suurimmat potentiaaliset riskit lentäjille. Kelvotonta säätä on aina pidettävä lentämisen esteenä. Tavoitteet: - oppia tuntemaan sääilmiöiden taustavoimat - oppia tekemään omia havaintoja ja johtopäätöksiä - oppia tulkitsemaan säätietoja 22012 8000 BR SCT 4500 10/M01 Q1009 NOSIG// Aiheen painopisteinä ovat: - painesysteemit - säärintamat - säätietojen tulkinta ja sääriskien arviointi. SÄÄILMIÖIDEN ENNÄTYKSIÄ Voimakkain tuulenpuuska tornadossa: Korkein ja alhaisin lämpötila: 5 0 8, 8 k m / t + 58,0 ºC - 89,6 ºC Korkein ja alhaisin ilmanpaine: 1085,6 hpa 870,0 hpa METEOROLOGISET PROSESSIT - yleistä Meteorologia Kr. meteoros = ilmassa oleva; logos = oppi. Sään vaihtelut perustuvat ilmakehän kemiaan ja eri fysikaalisiin prosesseihin. Prosessit ovat hyvinkin monitahoisia sisältäen lukuisia sisäisiä riippuvuuksia.? Näissä prosesseissa auringon lämpösäteily on ylivoimaisesti tärkein tekijä.

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 2 TÄRKEIMMÄT METEOROLOGISET PROSESSIT 1 Energeettiset prosessit missä energia muuttuu muodosta toiseen: esim. lämpöenergia muuttuu tuulen liike-energiaksi 2 Adiabaattiset prosessit (Kr. adiabatos = yli-/läpipääsemätön ): - 5ºC 1000 M ilman lämpötilan muutos johtuen sen volyymin muutoksesta ±0 ºC 500 M +5ºC 1ºC / 100 m = kuiva-adiabaattinen MSL lämpötilagradientti (Lapse Rate) 3 Fysikaaliset prosessit, esim. veden olomuodon muutokset: - veden jäätyminen kiinteäksi jääksi, haihtuminen kaasumaiseksi - höyryn tiivistyminen vesipisaroiksi, härmistyminen jääksi - jään sulaminen vedeksi, sublimointi kaasumaiseen muotoon Lisäksi ilmakehän sähköstaattiset purkaukset (ukkonen) 4 Kemialliset prosessit, aineiden yhdistelmät ja hajoamistuotteet: PH 6 veden happamuus, ilman saastuminen, otsonin hajoaminen jne

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 3 ILMAKEHÄ Maapalloa ympäröi ilmakehä, joka koostuu eri ilmakerroksista: - Alin kerros on troposfääri ja sen yläpuolella on stratosfääri - Troposfäärin ja stratosfäärin välinen rajoittava kerros on tropopausi Km mb (hpa) MAGNETOSFÄÄRI (> 1000 KM) 400 EKSOSFÄÄRI (> 600 KM) TERMOSFÄÄRI (N. 90 600KM) 90 MESOPAUSI N. 80 90 KM.. IONOSFÄÄRI (TERMOSFÄÄRIN ALAOSASSA) 80 0.01 70 MESOSFÄÄRI (N. 50 90 KM) 60 0.10 STRATOPAUSI N. 50 KM 50 1 40 30 10 STRATOSFÄÄRI (N. 10 50 20 10 TROPOPAUSI KESKIM. 8 12 KM 100 0 1000 TROPOSFÄÄRI (0 N. 12 KM) -80-60 -40-20 0 +20º C +15º C Kaaviokuva ilmakehästä 500 TROPOSFÄÄRI Troposfäärissä tapahtuvat ne sääilmiöt, jotka koskevat meitä harrastelentäjiä. Ilmakehä koostuu seuraavista kaasuista: 78 % typpeä 21 % happea sekä..1 % argonia, vesihöyryä, hiilidioksiidia jne. 78% 21% 1 %

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 4 TROPOPAUSI Troposfäärin ja stratosfäärin välistä rajoittavaa kerrosta kutsutaan tropopausiksi. Tropopausin korkeudella ilman lämpötila lakkaa laskemasta ja pysyy vakiona. Troposfäärin korkeus vaihtelee: - korkeimmillaan se on päiväntasaajalla n. 14-17 km - matalimmillaan maapallon navoilla n. 3-4 km - Suomessa se vaihtelee n. 8 12 km:n välillä Kun siirrytään kohti suurempia korkeuksia troposfäärissä: - lämpötila laskee - ilmanpaine laskee - ilman tiheys laskee Ilman tärkeimmät ominaisuudet - lämpötila (esim. º C ) } - kosteus (esim. suhteellinen kosteus %) - ilmanpaine (voima / pinta-ala, hpa, mmhg) - tiheys (massa / volyymi, g/m 3 ) ILMAN TIHEYS (g/m 3 ) - yleistä Ilman tiheys heikkenee siirryttäessä kohti suurempia korkeuksia. Tarkkaa ilmakehän ylä-rajaa ei voida kuitenkaan määrittää. Ilmamolekyylejä löytyy jopa 400 km:n korkeudesta, mutta ne ovat harvassa. Koska ilma ohenee, vähenee myös hapen osamäärä. Ilman tiheydellä on suuri merkitys koneen suoritusarvoihin ja lakikorkeuteen: - kun ilmanpaine nousee, kasvaa myös tiheys. - kun toisaalta kosteus lisääntyy, vähenee tiheys. - kun ilman lämpötila nousee, vähenee tiheys.

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 5 ICAO:n STANDARDI-ILMAKEHÄ (International Standard Atmosphere, ISA) Painovoiman kiihtyvyyden arvo on vakio = 980,62 cm/s 2 Lämpötila on MSL tasolla + 15 C ja ilmanpaine MSL tasolla 1013,25 hpa Pystysuora lämpötilagradientti on - 0,65 C / 100 metriä lisää korkeutta Tropopausin korkeus on keskimäärin 11 km ja sen lämpötila on -56,5 C. ILMANPAINE - voima / pinta-ala Ilmanpaine on tietyn korkeuden yläpuolella olevan ilmapatsaan paino/cm 2. Ilmanpaine alenee siirryttäessä kohti suurempia korkeuksia N. 5,5 km korkeudessa ilmanaine on puolet verrattuna MSL tasoon. Ilmanpaine voidaan mitata mm. elohopea-ilmapuntarilla Äärettömän korkealle ulottuva ilmapatsas Patsaan pohjan pinta-ala = 1 cm 2 Patsas painaa n. 1,033 kg 760 mm korkea elohopeapatsas Normaaliolosuhteissa pohjapinta-alaltaan 1 cm 2 ilmapatsas, joka ulottuu ilmakehän ylärajalle saakka, painaa n. 1,03 kg. Tämä vastaa 760 mm korkeata elohopeapatsasta. Normaali-ilmanpaineeksi on määritelty 760 mmhg = 1013,25 hpa (mb). [ 1013,25 (hpa) / 100 ] : 9,8062 (m/sek 2 ) = 1,0332749 (kg/cm 2 )

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 6 ILMANPAINEEN MITTAAMINEN Ilmanpaine mitataan elohopea- tai aneroidi-ilmanpuntarilla. Aneroidi-ilmanpuntarissa ilmanpaine vaikuttaa melkein ilmatyhjään rasian pintaan. Ulkoisen paineen lisääntyessä rasia puristuu kokoon (membrani painuu sisäänpäin), ja paineen vähetessä rasia pullistuu ulospäin. Tähän periaatteeseen perustuu lentokoneen korkeusmittari. ANEROIDI-ILMAPUNTARI: 960 mb membrani 980 mb suljettu rasia 1000 mb 1020 mb paine rasian sisällä: lehtijousi 1040 mb noin 100 hpa ELOHOPEA-ILMAPUNTARI: ilmapatsas, joka ulottuu ilmakehän ylärajalle putken pää suljettu tyhjiö ilmanpaine mmhg

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 7 PAINE-ERO VERRATTUNA KORKEUSEROON Korkeuseron vaikutus ilmanpaineeseen vaihtelee ilmakerroksen korkeudesta riippuen: Korkeus Paine Korkeusero 10 000 m 250 mb 1 mb vastaa n. 26 metriä 5 500 m 500 mb 1 mb vastaa n. 16 metriä 2 500 m 700 mb 1 mb vastaa n. 11 metriä maanpinta 1000 mb 1 mb vastaa n. 8 metriä ICAO:n STANDARDI-ILMAKEHÄ - ilmanpaine: Korkeus km 20 10 5,5 0 00 400 600 800 1000 1200 1400 1500 Paine (hpa) 0 0,5 1 1,5 Painesuhde = P/Po Standardi-ilmakehän mukaan 5,5 km:n korkeudella ilmanpaine on vain puolet MSL:llä vallitsevasta paineesta. Lennettäessä < 5000 FT tarvitaan tieto QNH-ilmanpaineesta. Kun QNH on asetettu korkeusmittariin, se näyttää maassa lentopaikan korkeuden merenpinnasta. Ilmanpaine kuvataan maanpintakartoissa isobaareilla joiden väli on yleensä 5 hpa.

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 8 MAANPINTAISOBAARIT ilmanpaineen vaakasuora jakauma K M 990 1015 1010 995 1000 1005 1010 1015 1000 1005 995 M 1020 1025 K Kaksi matalapainetta joiden väliin on syntynyt korkeapaineen harjanteita. LENTOKONEEN KORKEUSMITTARIASETUKSET Korkeusmittari on periaatteessa ilmapuntari jolla on paineasetusasteikko. Korkeusmittarin paineasetukset ovat seuaavat QFE = mittari näyttää nolla korkeutta maassa QNH = mittari näyttää maassa lentopaikan korkeutta suhteessa MSL:aan. QNE = standardiasetus, 1013 millibaaria riippumatta siitä, mikä todellinen ilmanpaine sillä hetkellä ja sillä korkeudella on. Standardiasetusta käytetään siirtokorkeudella tai sen yläpuolella, käytännössä lennettäessä yli 5 000 FT/MSL.

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 9 LÄMPÖTILA Auringon säteily Tärkein säätekijä on auringon säteily, joka aikaansaa lämpötilamuutoksia Nämä saavat ilmamassat liikkeelle lämpötilamuutoksista kosteus haihtuu ja kosteus tiivistyy pilviksi. Kyseessä on hyvin monitahoiset prosessit, jossa pienikin tekijä voi aikaansaada huomattavan muutoksen säätilaan. Säätilaan vaikuttavat myös merivirrat valtamerethän pystyvät varastoimaan hyvin suuria määriä lämpöenergiaa. LÄMMÖN SIIRTYMINEN Lämpö siirtyy: 1) johtumalla 2) säteilyn avulla 3) kuljettamalla konvektio: lämpötilaeroista johtuva lämmön kuljetus pystysuoraan advektio: lämmön/kylmän siirto virtauksen mukana yleensä vaakasuoraan Lämpö siirtyy lämpimästä kylmempään päin LÄMMÖN SIIRTYMISEEN VAIKUTTAVAT TEKIJÄT - LÄMPÖTILAEROT Ilman lämpötilan vaihteluihin vaikuttavat mm. seuraavat tekijät: 1) auringon säteilylämpö 2) maanpinnan ulossäteily 3) maanpinnan kyky absorboida lämpöä 4) pilvisyys heikentää maanpinnan ulossäteilyä

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 10 LÄMPÖTILAN VAAKASUORA JAKAUMA Vaakasuoraan syntyy huomattavia lämpötilaeroja (lämmön absorbointi). Ilmakehä heikentää auringon lämpösäteilyä, toisaalta ulossäteilyä yöllä Maanpinnan lämpeneminen riippuu siitä, missä kulmassa lämpösäteily kohdistuu maahan. Lämpötilan (max / min) vuorokausivaihtelut: - maksimi esiintyy maanpinnalla normaalisti n. klo 15 iltapäivällä - minimi esiintyy yleensä heti ennen auringonnousua ILMAKEHÄN PYSTYSUORA LÄMPÖTILAJAKAUMA Lämpötilan pystysuora jakauma määrää ilmakerroksen tasapainotilan, josta pystysuorat ilmavirtaukset puolestaan riippuvat Troposfäärissä lämpötila laskee normaalisti kohti suurempaa korkeutta, mutta lämpötilan muutoksessa esiintyy kuitenkin joukko epäjatkuvuuksia. Lämpötilan muutos määrättyä korkeuseroa kohden on nimeltään pystysuora lämpötilagradientti, ja se ilmaistaan C:ssa per 100 metrin korkeuseroa kohden. Jos lämpötila laskee siirryttäessä kohti suurempia korkeuksia, gradientti on miinusmerkkinen. ISOTERMISET KERROKSET JA INVERSIOT Isotermisessa kerroksessa lämpötila ei muutu korkeuden lisääntyessä, Joissakin kerroksissa paikallinen gradientti voi olla + merkkinen, silloin kyseessä on inversiokerros. Inversioita on kahta päätyyppiä: - maanpintainversio joka syntyy maanpinnan ulossäteilyn tuloksena, jolloin jäähtyminen rajoittuu pintakerroksiin. - yläinversiot jotka liittyvät säärintamiin, joissa muodostuu rajapinta kahden erilaisen ilmamassan väliin.

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 11 ICAO:n standardi-ilmakehä - lämpötila Korkeus km 30 20 inversiokerros isoterminen kerros 10 5 + 15 C 0 0-60 - 40-20 0 +20 +40 +60 C Lämpötila LÄMPÖTILAN MITTAAMINEN Lämpötila voidaan ilmaista eri asteikoilla, esimerkiksi: jään sulamis- ICAO:n std veden lämpötila lämpötila MSL kiehumislämpötila Celsius 0 C + 15 C +100 C Fahrenheit +32 F + 59 F +212 F Kelvin + 273 K + 288 K + 373 K - Lämpötila alenee siirryttäessä kohti suurempia korkeuksia - Lämpötila on n. 5000 FT:ssa laskenut +5,09 C:een = -0,65C/100m. - Keskimääräisen merenpinnan tasolla oleva normaali-lämpötila = + 15 C.

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 12 ADIABAATTISET PROSESSIT (vrt. Kr. adiabatos = yli-/läpi-pääsemätön ) Adiabaattinen prosessi on tapahtuma, jossa aineen lämpötila muuttuu sen volyymin muutoksen seurauksena. 1) Jos ilmaa kuljetetaan (fyysisesti) kohti suurempaa korkeutta, se kohtaa ympäröivää ilmaa jonka ilmanpaine laskee korkeuden lisääntyessä. 2) Kun ympäröivän ilman paine laskee, laajenee kuljetettu ilmamassa. 3) Kun ilmamassan volyymi laajenee, laskee sen lämpötila. 4) Tästä johtuvan ilmamassan lämpötilan lasku ilmaistaan suhdeluvulla jota kutsutaan adiabaattiseksi lämpötilagradientiksi eli ns. adiabaatiksi.a Kuivan ilman adiabaattinen lämpötilagradientti on n. 1º C/100 m Vesihöyryllä kyllästetyn ilman adiabaattinen lämpötilagradientti on vain n. 0,55 0,65º C/100 m. Kun kaasumainen vesi tiivistyy pilveksi, vapautuu sen piilevä lämpö, joka taas vuorostaan lämmittää nousevaa ilmaa. ADIABAATTIKÄYRÄT Kuiva-adiabaatit osoittavat kuinka kuiva ilma jäähtyy kun sen volyymi laajenee. Kyllästysadiabaatit osoittavat miten kyllästetty ilma jäähtyy samasta syystä. Adiabaattikäyrillä voidaan määritellä ilmakehän tasapainotilaa.

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 13 LUOTAUSKÄYRÄT JA ADIABAATIT Korkeus km Painepinta 12 200 mb 11 10 9 300 mb 8 7 400 mb 6 KUIVA-ADIABAATTI 5 L 1 500 mb KYLLÄSTYSADIABAATTI 4 600 mb L 2 3 700 mb 2 800 mb 1 900 mb 0 1000 mb - 40-30 - 20-10. 0. + 10 + 20 + 30 Kuvassa lämpötila asetetaan vaakasuoraan ja korkeus / painepinnat pystysuoraan. Luotauskäyrät L1 ja L2 kertovat ilmakehän lämpötilajakaumasta. Ilman tasapainotila voi olla. - vakaa (stabiili) Vallitsee rauhallinen lentokeli ellei tuuli ole kovaa - epämääräinen (indifferentti), tai Ilmassa on jonkin verran puuskia - epävakaa (labiili). Ilmassa on pystysuoria ilmavirtauksia ja puuskia

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 14 ESIMERKKI 1: EPÄVAKAA TASAPAINOTILA ILMAKEHÄSSÄ Korkeus E C D - 6º C B kuivaadiabaatteja E A - 30-20 - 10 0 +10 +20 +30C Lämpötila Katkoviivalla kuvattu luotauskäyrä AC, on kaltevampi kuin adiabaatit. Luotauskäyrä (katkoviiva) kuvaa ilmakerroksen lämpöjakaumaa. NOUSUVIRTAUKSEN TAPAHTUMASARJA 1) Pakotetaan ilma-elementti nousemaan pisteestä A ylös kohti pistettä B. 2) Se jäähtyy adiabaattisesti kun se nousee korkeustasolle E. 3) Korkeudessa E ympäröivän ilman lämpötila ( 6ºC) on kylmempi kuin ilma-elementti (vaikkakin ilma-elementti on jäähtynyt adiabaattisesti +27º:sta +10º:een). 4) Siksi se kevyempänä jatkaa nousuaan omin päin. LASKEVAN VIRTAUKSEN TAPAHTUMASARJA 1) Pakotetaan ilmaementti laskeutumaan pisteestä C alas kohti pistettä D. 2) Kun se saapuu tasolle E, ympäröivä ilma ( 6ºC) on lämpimämpi kuin ilma-elementti vaikka se on lämmennyt 24ºC:sta 14ºC:een. 3) Siksi se painavampana jatkaa laskevaa liikettään omin päin.

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 15 ESIMERKKI 2: VAKAA TASAPAINOTILA ILMAKERROKSESSA Korkeus E B C +7ºC D kuivaadiabaatteja E - 4 ºC A - 30-20 - 10 0 +10 +20C Lämpötila Luotauskäyrän (katkoviiva) AC:n kaltevuus on pystympi kuin adiabaatit Johtuen em. lämpötilajakaumasta pystysuoria ilmavirtauksia ei synny: 1) Pakotetaan ilma-elementtiä nousemaan pisteestä A ylös kohti pistettä B. 2) Se jäähtyy adiabaattisesti kun se saapuu korkeustasolle E. 3) Korkeudessa E ympäröivän ilman lämpötila (+ 7ºC) on lämpimämpi kuin ilma-elementti koska ilma-elementti on jäähtynyt +15ºC:sta 4ºC:een. 4) Siksi se painavampana laskee takaisin pisteeseen A. Tapahtumasarja toisin päin 1) Pakotetaan ilma-elementtiä laskeutumaan pisteestä C kohti pistettä D. 2) Kun se saapuu korkeustasolle E, se on lämmennyt adiabaattisesti + 14º:een, kun taas ympäröivän ilman lämpötila on + 7ºC. 3) Siksi se kevyempänä nousee takaisin pisteeseen C. Silloin vallitsee rauhallinen lentosää ellei ole kovaa tuulta muutenkaan. ESIMERKKI 3: EPÄMÄÄRÄINEN TASAPAINOTILA ILMAKERROKSESSA Jos ylöspäin pakotettu ilmaelementti jäähtyy samassa suhteessa kuin ympäröivä ilma, silloin ilman tasapainotila on indifferentti eli epämääräinen. Tilanne, jossa luotauskäyrä kulkee adiabaattien suuntaisesti, on melko lyhytaikainen. Ennen pitkää muuttuu ilmamassa joko epävakaaksi tai stabilisoituu.

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 16 TERMIIKIN SYNTYMINEN Ilmakupla lähtee nousuun ja laajenee kun se kohtaa yhä alhaisempia lämpötiloja

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 17 ILMAN KOSTEUS - OMINAISUUDET JA MÄÄRITELMÄT Ilman kosteus on ilman sisältämän vesihöyryn määrä ja sen absoluuttinen kosteus (g/m 3 ) vaihtelee n. 0 4 %:iin. Ilman kosteus esiintyy kolmessa olomuodossa: kaasumaisena näkymättömänä vesihöyrynä nestemäisenä eli vetenä sade- ja sumupisaroina kiinteässä olomuodossa jääkiteiden, rakeiden ja lumen muodossa. Veden muuttuminen olomuodosta toiseen Kosteuden siirtyminen olomuodosta toiseen tapahtuu seuraavasti: a) vesi haihtuu kaasuksi kaasu kondensoituu (tiivistyy) vesipisaroiksi b) jää sulaa vedeksi vesi jäätyy kiinteäksi jääksi tai lumeksi c) jää sublimoituu suoraan kaasuksi kaasu härmistyy jääksi

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 18 VESIHÖYRYN OSAPAINE JA KYLLÄSTYSPAINE Ilman sisältämällä vesihöyryllä on oman osuutensa ilmanpaineeseen. Mitä enemmän ilmassa on vesihöyryä sitä suurempi on vesihöyryn osapaine. Kun vesihöyryn osapaine saavuttaa määrätyn kriittisen arvonsa eli kyllästyspaineen, vesihöyry alkaa tiivistyä näkyviksi vesipisaroiksi. ILMAN SISÄLTÄMIEN SISÄLTÄMÄN KAASUJEN OMINAISPAINEET = = kg kg/cm / 2 2 HAPPI (O 2 ) TYPPI (N 2 ) HIILIHAPPO (CO 2 ) + MUUT KAASUT VESIHÖYRY (H 2 O) VESIHÖYRYN OSAPAINE 1,033 kg/cm 2 Punaisella merkitty patsas kuvaa vesihöyryn osuuden ilmanpaineesta. Vesihöyryn osapaine ilman sisältämien kaasujen yhteispaineesta vaihtelee.

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 19 SUHTEELLINEN KOSTEUS JA VESIHÖYRYN KYLLÄSTYSPAINE Ilman suhteellista kosteutta voidaan mitata hiushygrometrillä. Vesihöyryn kyllästyspaine riippuu vesihöyryn määrästä ja ilman lämpötilasta: - lämmin ilma pystyy sisältämään runsaasti vesihöyryä (näkymätöntä) - kylmä ilma on erittäin kuivaa Vesihöyry saavuttaa kyllästystilansa jos: - vesihöyryn määrä tilavuusyksiköissä kasvaa riittävän suureksi - ilma kylmenee riittävästi Kyllästystilassa, oleva vesihöyryn suhteellinen kosteus on 100 %. Kun ilmassa olevan vesihöyryn määrä pysyy vakiona: - jos ilma lämpenee, suhteellinen kosteus laskee - jos ilma jäähtyy, suhteellinen kosteus nousee Määritelmä: Suhteellinen kosteus on ilman sillä hetkellä sisältämän vesihöyryn osapaineen ja kyllästyspaineen välinen suhde (prosenttina).

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 20 KASTEPISTE (Dew Point) Kastepiste on se lämpötila missä ilman sisältämä vesihöyry saavuttaa kyllästystilan. Mitä enemmän ilma sisältää vesihöyryä, sitä pienempi on ilman lämpötilan ja kastepisteen välinen ero. Lämpötilan ja kastepisteen välisen eron väheneminen tapahtuu seuraavasti: a) kun ilma jäähtyy b) kun ilman lämpötila ei muutu mutta absoluuttinen kosteus kasvaa c) kun ilma jäähtyy samalla kun sen absoluuttinen kosteus kasvaa KONVEKTIIVINEN TIIVISTYMISKORKEUS Kun ilman lämpötila ja kastepiste lähestyvät toisiaan riski sumun syntymiselle kasvaa. Pilvikorkeuden voi helposti laskea suurin piirtein kaavasta: 125 x (t - t ) missä t = maanpinnalla olevan ilman lämpötila ja t = kastepiste. esim. 125 x (11ºC 5ºC) = 125 x 6 = 750 m 2500 FT ALIJÄÄHTYNEET VESIPISARAT Vaikka puhdas vesi jäätyy 0 C:ssa, esiintyy ilmakehässä nestemäistä kosteutta esim. ukkospilvissä, vaikka lämpötila on alle 20ºC. Alijäähtyneet vesipisarat syntyvät lämpimän rintaman jälkeisessä kosteassa ilmamassassa, joka sataa pakkaspuolella olevan ilmakerroksen läpi. Alijäähtyneet vesipisarat pysyvät ehjinä mm. ilman epäpuhtauksien vaikutuksesta jos niihin ei kohdistu mitään ulkoista häiriötä. Alijäähtyneen sateen riski on suurimmillaan kevättalvella ja alkukeväällä sekä myöhäissyksyllä ja alkutalvella lämpötilan ollessa maassa lähellä nollaa.

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 21 ILMAN TIHEYS yleistä Ilman tiheys alenee korkeuden lisääntyessä. Ilman tiheys on merenpinnan tasolla 1,225 kg/m 3. Kun on noustu 6 500 metrin korkeuteen tiheys on alentunut puoleen tästä arvosta. Tarkkaa ilmakehän ylärajaa ei voida määrittää. Korkeuden lisääntyessä vähenee myös hapen osamäärä. Ilman tiheydellä on suuri merkitys lentokoneen suoritusarvoille. ILMAN TIHEYS = kg/m 3 : Lämmin ilma on kylmää ilmaa kevyempää LÄMMIN ILMA = PIENEMPI TIHEYS KYLMÄ ILMA = SUUREMPI TIHEYS

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 22 ICAO:n standardi-ilmakehä - tiheys Korkeus km 40 30 20 10 6,5 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 = kg/m 3 tiheys 6500 metrissä = 0,6125 kg/m 3 = puolet vrt. MSL PAINEKORKEUS JA TIHEYSKORKEUS Tiheyskorkeus on ilman tiheyden mitta, jota käytetään kun vertaillaan vallitsevan ilman tiheyttä ICAO:n standardi-ilmakehän vastaavan arvoon. Jos vallitseva tiheys on ICAO:n standardi-ilmakehän tiheyttä alhaisempi (ilma on huokoisempaa), sanotaan että tiheyskorkeus on suuri. Suuri tiheyskorkeus = kone käyttäytyy niin kuin se lentäisi todellista korkeutta suuremmalla korkeudella. Pieni tiheyskorkeus = kone käyttäytyy kuin se lentäisi todellista korkeutta alempana. JOHTOPÄÄTÖKSIÄ FYSIIKAN YLEISESTÄ KAASULAISTA Paineen, lämpötilan ja tiheyden välinen yhteys: Kun tiheys muuttuu: Ilmanpaine nousee tiheys kasvaa Lämpötila nousee tiheys vähenee Kosteus lisääntyy tiheys vähenee (ilman kosteuden vaikutus tiheyteen on tosin melko vähäinen).

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 23 LÄMPÖTILAN VAIKUTUS TOSIKORKEUTEEN paikalliset painevaihtelut KYLMÄ ILMAMASSA LÄMPÖTILA = + 10 º C ILMAN TIHEYS KASVAA KORKEUSMITTARIN PAINEASETUS ENNALLAAN LÄMMIN ILMAMASSA LÄMPÖTILA = + 25 º C QNH 1020 QNH 1020 MSL MSL Lennettäessä lämpimästä ilmamassasta kylmään, korkeusmittarin näyttämä ei muutu, mutta tosikorkeus vähenee. Lentokone seuraa painekäyriä, jotka tihenevät kun lämpötila laskee kun ilma kylmenee, painekäyrät tiivistyvät kohti maanpintaa.

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 24 PAIKALLISET ILMANPAINE-EROT - Auringon lämpösäteilyn vaikutus Ilmanpaine riippuu ilman tiheydestä: Ilman lämpötila on kääntäen verrannollinen tiheyteen Kylmä ilma on tiheämpää on painavampaa kuin lämmin ilma Päivällä maanpinta lämpenee voimakkaammin kuin vesialue. Maanpinnan yläpuolella oleva lähin ilmakerros lämpenee ja laajenee. Sen seurauksena ilmanpaine laskee. Ilma alkaa nousta ylöspäin. Kohonnut ilma leviää määrätyssä korkeudessa sivulle joka puolelle. Pintakerroksessa virtaa korvausilmaa näin syntyneeseen matalapaineeseen joka puolelta. Ylempänä eri suuntiin levinnyt ilma jäähtyy ja alkaa määrätyissä kohdissa laskea alaspäin. Laskeva virtaus synnyttää paikallisen korkeapaineen. Korkeapaineen pintakerroksessa ilma leviää eri suuntiin kohti lähimpää matalampaa painetta jne. matalapaine korkeapaine matalapaine Matalapaineeseen liittyvän pintatuulen nopeus on n. 5-20 m/sek luokkaa DIVERGENSSI JA KONVERGENSSI - divergenssi on erilleen hajoava virtaus korkeapaine pintakerroksessa - konvergenssi on toisiaan läheneviä virtauksia matalapaine - - - ylätroposfäärissä virtaukset ovat päinvastaisia

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 25 PAINESYSTEEMIT Ilmanpaineen pystysuora jakauma Ilmanpaineen pystysuora jakauma riippuu sekä paineesta että lämpötilasta. Ilmakehässä esiintyy sekä lämpimiä että kylmiä matalapaineita ja vastaavasti sekä lämpimiä että kylmiä korkeapaineita. Lisäksi on ainakin teoreettisesti mahdollista, että tiettyyn ilmakerrokseen syntyy tasainen pystysuora lämpötilajakauma ko. painesysteemissä. 995 mb 1000 mb 1005 mb 1010 mb 450 FT 300 FT 150 FT maanpinta Tasainen lämpötilajakauma ilmakerroksessa LÄMPÖTILAEROJEN VAIKUTUS PAINEKUVIOON (POIKKILEIKKAUS) kylmä ilmamassa lämmin ilmamassa kylmä ilmamassa

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 26 TERMINEN TUULI (1) Siirryttäessä kohti suurempaa korkeutta ilmanpaine laskee jyrkemmin (esim. ºC / 100 m) kylmässä ilmassa kuin lämpimässä. Kylmässä ilmassa isobaarit pakkautuvat tiheämmin kohti maanpintaa kuin lämpimässä ilmassa. Oletus: Maanpinnalla vallitsee sama ilmanpaine paikassa A ja B. 940 mb 960 mb 980 mb 1000 mb 1020 mb A lämmin ilma B kylmä ilma Ilmamassat: 1) Lämmin ilmamassa on lämpimämpi kuin sen alusta. 2) Kylmä ilmamassa on kylmempi kuin sen alusta Alustalla tarkoitetaan: a) maan- /veden- tai merenpintaa taikka b) ilmakehän alinta pintakerrosta.

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 27 TERMINEN TUULI (2) 7500 FT H L 5000 FT 2500 FT 1020 hpa Lämmin korkeapaine dynaaminen korkea Kylmä matalapaine dynaaminen matala 770 hpa 800 hpa 825 hpa 885 hpa 920 hpa 980 hpa 1000 hpa L H Lämmin matalapaine terminen matalapaine Kylmä korkeapaine terminen korkeapaine 785 hpa 820 hpa 860 hpa 900 hpa 940 hpa 970 hpa 1000 hpa 1020 hpa

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 28 AALTOHÄIRIÖT JA DYNAAMISET (LIIKKUVAT) MATALAPAINEET Säärintamien suunnassa syntyy usein aaltoliikkeitä (ja aaltohäiriöitä) jos tuuliolosuhteet ovat otollisia. Aaltoja syntyy kahden eri tiheyttä omaavan ilmakerroksen väliselle rajapinnalle samalla tavalla kuin pintatuuli synnyttää aaltoja vesistön pinnalle. Syntyneet aallot voivat olla joko vakaita tai epävakaita. Vakaa aalto liikkuu pitkin rintamaa ilman merkittävää muutosta, kun taas epävakaa aalto lisää aallonkorkeuttaan ja siten muuttuu pyörteeksi eli liikkuvaksi (dynaamiseksi) matalapaineeksi, joka nopeasti syvenee. Aallon vakavuus riippuu sen aallonpituudestaan. Jos aalto on pienempi kuin 500 km ja suurempi kuin 3000 km aalto muuttuu yleensä epävakaaksi. Suihkuvirauksen suunta muuttuu sekä pitkissä ja lyhyissä jaksoissa, mikä aikaansaa aaltoliikkeet. Suihkuvirtausten pitkät aallot määräävät suurten sääjärjestelmien kehityksen ja lyhyet aallot synnyttävät matalapaineita. LIIKKUVAT (DYNAAMISET) PAINESYSTEEMIT 1 Dynaaminen, kylmä matalapaine (syvenee ylätroposfäärissä) korkea matala korkea Liikkuvat (dynaamiset) matalapaineet syntyvät aaltohäiriön ja yleisen kiertoliikkeen seurauksena.

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 29 1 Dynaaminen, lämmin korkeapaine (vahvistuu ylätroposfäärissä) matala korkea matala Dynaamiset korkeapaineet muodostuvat lämpimästä ilmasta ja ovat vakaita ja syntyvät n. 30. leveysasteen teinoilla. TERMISET PAINESYSTEEMIT Terminen matala- tai korkeapaine syntyy maan-/veden- tai merenpinnan lämpenemisestä tai jäähtymisestä. Terminen matalapaine on usein paikallinen ilmiö kun taas terminen korkeapaine eli pakkaskorkeapaine usein leviää laajalle alueelle. 1 Terminen, lämmin matalapaine (heikkenee ylätroposfäärissä) yläkorkea korkea matala korkea Lämmin ns. terminen matalapaine (syntyy maanpinnan lämpenemisestä). Se heikkenee ylempänä ja katoaa mahdollisesti. Termisen matalapaineen tunnusmerkit ovat mm. termiikki ja merituuli. Kun lämpeneminen leviää ylöspäin, ilmanpaine siellä tulee nousemaan ja aiheuttamaan virtausta keskuksesta ulospäin. Tämä aikaansaa pintakerrokseen paikallisen matalapaineen jonka kohti ilma virtaa.

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 30 2 Terminen, kylmä korkeapaine (heikkenee ylätroposfäärissä) ylämatala matala korkea matala Terminen korkeapaine muodostuu kesällä merialueilla ja talvella mantereella. Kylmä ns. terminen korkeapaine (pakkaskorkeapaine) syntyy maan- tai merenpinnan jäähtymisestä ja heikkenee ylempänä ilmakehkässä. Kun maanpinta jäähtyy voimakkaasti mm. ulossäteilyn seurauksena. Jäähtyminen leviää maanpinnasta ylöspäin lähempiin ilmakerroksiin, joka puolestaan jatkuu kohti seuraavia ilmakerroksia. Kun ilma jäähtyy, sen tiheys kasvaa ja syntyy korkeapaine alimmissa ilmakerroksissa. Ylempänä troposfäärissä syntyy ns. ylämatala tai yläsola.

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 31 ILMANPAINEEN VAIKUTUS TOSIKORKEUTEEN MATALAMPI PAINE KORKEAMPI PAINE QNH 1005 QNH 1015 ILMANPAINE LASKEE MUTTA KORKEUSMITTARIN QNH-ASETUS ON JÄÄNYT ENNALLAAN TODELL. KORKEUS 70 M AGL QNH 1005 TODELL. KORKEUS 150 M AGL QNH 1015 MSL MSL Lennettäessä korkeammasta ilmanpaineesta matalampaan samalla mittarikorkeudella, (QNH tarkistamatta) tosikorkeus vähenee. Ilmanpaineen muutos reitillä edellyttää muuttuneen ilmanpaineen, uuden QNH:n asettamista korkeusmittariin jotta todellinen lentokorkeus ei tahattomasti pääsisi muuttumaan. Ellei tarkisteta paineasetusta lentokone seuraa painekäyriä.

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 32 ILMAMASSAT Kun ilma on kauan samalla alueella, se saa sieltä samankaltaisia ominaisuuksia. Ilmamassojen ominaisuudet ja syntyalueet: kostea kuiva merellinen mantereellinen lämmin kylmä trooppinen polaarinen arktinen Ilmamassa saa kulkureitillään vähitellen vaikutteita ympäristöstään. KYLMÄ ILMAMASSA Kylmä ilmamassa on ilma, joka on kylmempi kuin sen alusta. Massan alimmat ilmakerrokset lämpenevät maanpinnan ulossäteilystä. Lämpenemisestä ne laajenevat ja niiden tiheys vähenee. Kun tiheys vähenee ne kevenevät ja lähtevät nousemaan. Tällöin syntyy nousuvirtauksia ja laskevia (konvektio). Silloin ilmakerroksen tasapainotila on labiili (epävakaa). LÄMMIN ILMAMASSA Lämmin ilmamassa on ilma, joka on lämpimämpi kuin sen alusta. Kun lämmin ilma siirtyy kylmän alustan päälle, massa stabilisoituu. Ilman pystysuorat liikkeet lakkaavat

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 33 TUULET Tuulien pääryhmät: Yleinen kiertoliike kolmen tuulisolun malli Vapaan ilmakehän tuulet virtaus kitkakerroksen yläpuolella Paikalliset tuulet vuorokausivaihtelut ja maantieteelliset tekijät ILMAKEHÄN YLEINEN KIERTOLIIKE - KOLMEN SOLUN TEORIA Arktinen rintama Polaarinen solu Polaaririntamavyöhyke Lat. 50-60 Lat. 20-30 60 Länsituulten vyöhyke Ferrel-solu Hepoasteiden Länsituulivyöhyke korkeapaineet Ferrel solu Pasaatituulivyöhyke Koillispassaati Hadley solu Hadley-solu Pasaatien kohtaamisvyöhyke ITCZ Kaakkoispasaati

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 34 VAPAAN ILMAKEHÄN TUULET - TUULEN SYNTYVAIHEET Tuuli syntyy paine-eroista, jotka pyrkivät tasoittumaan. Tuuleen vaikuttavat seuraavat voimat: 1 painovoima (G) 2 painegradienttivoima (P) 3 Coriolisvoima (C) = näennäinen voima 4 keskipakovoima (Z) näennäinen voima 5 kitkavoima (F) Matalapaine P Wg 990 5 995 5 P = painegradienttivoima F = kitkavoima Korkeapaine F C 1000 1010 1015 C = Coriolisvoima Wg = Gradienttivirtaus F = Kitkavoima

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 35 CORIOLISVOIMA Maapallon pintaan projisoitu koordinaatisto (merkitty mustilla nuolilla) kiertyy pohjoisella pallonpuoliskolla vastapäivään, jolloin määrätyn ilmapaketin liike esim. vapaassa ilmakehässä poikkeaa näennäisesti oikealle (merkitty paksuilla nuolilla). A) alkunopeus on n. 1670 km/t, joka säilyy vapaassa ilmakehässä. Kun ilmaelementti saapuu 30º leveysasteelle maapallon kehänopeus on vain 1446 km/t. Tämä seikka aiheuttaa elementin näennäisen poikkeamisen reitiltään oikealle. A B 60º = 835 km/t 30º = 1446 km/t 0º = 1670 km/t B) Tässä tapauksessa ilma-elementti jää maanpinnasta jälkeen.

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 36 PAINESYSTEEMIT JA TUULET H C P Z Z C P L Wg Wg Korkeapaine (H) ja antisyklonaarinen virtaus Matalapaine (L) ja syklonaarinen virtaus P = painegradienttivoima Z = keskipakovoima C = coriolisvoima Wg = gradienttivirtaus Painegradienttivoiman laskeminen: Paine-erojen jyrkkyys saadaan laskemalla painegradientti. Se on ilmanpaine-ero millibaareissa 60 merimailin (n. 111 km:n) matkalla mitattuna kohtisuoraan isobaareja vastaan. Esimerkki: isobaarien 1005 mb ja 1010 mb välinen etäisyys on 93 km. Ratkaisu: 5 * 111 93 : 111 = 5 : x, x = 93 = 6 Gradientti on tässä tapauksessa 6 mb 111 kilometrillä.

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 37 CORIOLISVOIMA JA GEOSTROFINEN TUULI (Gaspard Gustave Coriolis) 990 L 995 G 1000 1005 P C 1010 1015 H Painegradienttivoima P ja Coriolisvoima C ovat keskenään tasapainossa. Tällöin tuuli virtaa painekäyrien suuntaisesti kitkakerroksen yläpuolella MAAN-/MERENPINNAN AIHEUTTAMA KITKA JA TUULEN SUUNTA 1000 995 1005 H 1000 m L 10 m 100 m Oheisessa kuvassa punainen nuoli vastaa 10 m. korkeutta, sininen 100 m. ja vihreä nuoli 1000 metriä = geostrofinen tuuli. (Tällainen esitystapa on saanut nimeksi Ekmanin spiraali.)

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 38 TUULEN JA PAINEKENTÄN SUHDE - TUULISÄÄNTÖ Divergenssi Konvergenssi L H Konvergenssi Divergenssi Matalapaine on ilmapyörre jossa tuuli kiertää vastapäivään pintakerroksissa Matalapaineessa ilmamassa on hitaassa nousevassa liikkeessä Noustessaan ilmamassa jäähtyy adiabaattisesti ja muodostaa pilviä Ylätroposfäärissä nouseva ilma purkautuu kohti lähimpiä korkepaineita Korkeapaineessa ilmamassa on hitaassa laskevassa liikkeessä Laskeva ilma lämpenee adiabaattisesti ja pilvet pyrkivät haihtumaan

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 39 BUYS-BALLOT n TUULISÄÄNTÖ (pohjoisella pallonpuoliskolla) Kun seistään selkä tuuleen päin, matalampi ilmanpaine on vasemmalla edessä. Kun tuuli puhaltaa takaa, ja pilvet liikkuvat taakse oikealle, sää huononee. Jos pilvet taas liikkuvat etuviistoon vasemmalle, sää paranee. Jos pilvet liikkuvat: a) eteenpäin, b) taakse vasemmalle tai c) etuviistoon oikealle, säätilanteeseen ei ole odotettavissa suuria muutoksia. Sääntö pätee silloin kun paikalliset tuulet eivät vaikuta pintatuulen suuntaan. M K Korkeapaineen ja matalapaineen välinen virtaus pintakerroksessa M K Tuuli sortaa oikealle: Tuulikorjaus tehtävä vasemmalle Tuuli sortaa oikealle: Tuulikorjaus tehtävä vasemmalle Jos lennetään reitillä myötätuulessa: - jos tuuli sortaa konetta oikealle, lennetään kohti matalampaa ilmanpainetta. - Jos tuuli sortaa konetta vasemmalle, lennetään kohti korkeampaa ilmanpainetta.

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 40 TUULIGRADIENTTI KITKAKERROKSESSA Maanpinnnan kitka vaikuttaa tuulen nopeuteen, etenkin pintakerroksessa. Tämä vaikutus on voimakkainta kohtalaisen tai kovan tuulen aikana. Lähestymisen loppuvaiheessa kovassa vastatuulessa koneen ilmanopeus saattaa laskea liikaa tuuligradientin vaikutuksesta aiheuttaen sakkausvaaran. Laskuun tultaessa kovassa tuulessa täytyy kiinnittää erityistä huomiota lentonopeuden säilyttämiseen. (tuulen nopeus %:ssa kitkakerroksen ylärajalla puhaltavasta tuulesta) korkeus m. 100 % 500 95 % 400 90 % 100 % 84 % 96 % 300 200 78 % 90 % 100 % 72 % 84 % 97 % 62 % 76 % 92 % 100 48 % 65 % 86 % 45 % 72 % Kaupunkialue Metsämaisema Peltoaukeama Tuulen nopeusprofiili ja vastaava tuuligradientti eri maasto-olosuhteissa

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 41 PAIKALLISET TUULET jaottelu A) Vuorokausivaihteluista riippuvat tuulet: Merituuli ja maatuuli B) Maantieteellisistä tekijöistä riippuvat tuulet: rinnetuulet föhn-tuulet mekaaninen ja terminen turbulenssi vuori- ja laaksotuuli aaltovirtaukset C) Ylätroposfäärin tuulet: Jet-virtaukset ja kirkkaan ilman turbulenssi D) Vuodenaikaan ja maanosiin sidotut tuulet: Monsuuni, mistral, scirocco jne MERITUULI yleinen kuvaus - merituuli virtaa matalassa kerroksessa mereltä kohti rannikkoa - syntyy kun meren pinta on yli 5º kylmempi kuin maanpinta - syntyy kun pilvisyys on enintään puolipilvistä ja maassa on termiikkiä - syntyy kun gradienttivirtaus merelle < 8 m/s tai maalle > n. 5 m/s. paluuvirtaus maalle päin suuntautuvan virtauksen raja sisäinen rajakerros merituuli

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 42 MERITUULEN OMINAISUUDET Merituulen ilmamassa on vakaa ja virtaa matalassa pintakerroksessa Mitä suurempi meren ja mantereen välinen lämpötilaero on, sen voimakkaampi on merituuli. Merituuli on voimakkainta rannikon tuntumassa ja heikkenee sisämaahan päin Merituuli on voimakkainta iltapäivällä ja voi nousta jopa 10 m/sek. nopeuteen Tuuli ulottuu sisämaahan jopa 60 km ja loppuu viimeistään auringonlaskuun Merituulen paluuvirtaus valuu isobaareja pitkin merelle päin ja muodostaa siellä alasvirtauksen, mistä merituuli lähtee liikkeelle MERITUULI (JATK.) Alasvirtaus Virtaus merelle riippuu myös gradienttivirtauksen suunnasta ja nopeudesta

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 43 MAATUULI - yleinen kuvaus Maatuuli syntyy jos mantereella on ollut termiikkiä päivällä Merenpinta säteilee lämpöä lähimmälle ilmakerrokselle Mantereella jäähtyvät alimmat ilmakerrokset ja inversion vaikutuksesta ilma valuu alaspäin ja työntyy mantereelta merelle päin Näin syntyy merituuleen verrattuna päinvastainen sirkulaatio Maatuuli alkaa illalla ja loppuu varhain aamulla. Maatuulen nopeus on n. 1-4 m/s ja mantereella vaikeasti havaittavissa Selkeinä öinä pintainversio synnyttää tyynen kerroksen maanpinnassa, jonka yläpuolella (yli 10 metrin korkeudessa) maatuuli puhaltaa. Saaristossa inversiota ei muodostu helposti, koska meri ei jäähdy kovin nopeasti mantereeseen verrattuna Maatuuli estyy herkemmin perusvirtauksen voimakkuudesta. paluuvirtaus merenpinnan ulossäteily maatuuli tuo korvausilmaa maanpintainversio

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 44 TERMINEN TURBULENSSI MEKAANINEN TURBULENSSI (lat. Turba = epäjärjestys, sekasorto) Mekaaninen turbulenssi: Tuuli virtaa maastoesteen yli ja sen taakse syntyy laskevia virtauksia ja pintapyörteitä TUULI Tavallinen rinnetuuli: Kumpareen etupuolelle syntyy nostavia virtauksia ja pintapyörteitä. TUULI

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 45 TUULILEIKKAUS 360º 280º Tuulileikkaus syntyy kahden eri suuntaan liikkuvan ilmakerroksen rajalle. LAAKSOTUULI (anabaattinen tuuli) Auringonlaskun jälkeen vuorenrinne jäähtyy nopeammin kuin laakso. Kylmä ilma valuu rinnettä alas ja muodostaa kiertoliikkeen. VUORITUULI (katabaattinen tuuli) Auringon suunnassa olevien rinteiden lähin ilmakerros lämpenee ja nousee rinnettä ylös. Laaksosta virtaa viileätä ilmaa tilalle ja kiertoliike on syntynyt.

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 46 FÖHN TUULI (lat. favonius = lauhkea, saksal. = FOEN) Föhn-tuuli on lämmin, kuiva ilmavirtaus, tulee Suomeen Norjasta. Edellytykset föhn-tuulen syntymiselle ovat: 1. Vakaa tasapainotila ilmakehässä (ei konvektiota) 2. tasainen, riittävän voimakas jatkuva läntinen/luoteinen ilmavirtaus 3. riittävän laaja ja korkea vuoristo, joka muodostaa maastoesteen FÖHN-TUULEN SYNTYVAIHEET: 1. Voimakas tasainen tuuli puhaltaa lähes vaakasuoraan vuoristoon 2. Tuuli osuu vaakasuoraan vuoristoon ja alkaa kiivetä rinnettä ylös 3. Syntyy pakotettu konvektio, koska tuuli painaa jatkuvasti päälle 4. Nouseva ilma jäähtyy adiabaattisesti 5. Tiivistymiskorkeudessa kosteus kondensoituu sumuksi tai pilviksi 6. Kondensoituminen luovuttaa lämpöä lisää nousevalle ilmalle 7. Vuoriston huippu ylittyy ja ilma laskeutuu suojaista rinnettä alas 8. Laskeutuessaan ilma lämpenee adiabaattisesti 9. Voimakas virtaus jatkuu lämpimänä ja kuivana aina Suomeen asti FÖHN-ILMIÖ AEG - 1ºC/100 m +1ºC/100 m - 0,55ºC/100 m +1ºC/100 m Ilmaa pakotetaan rinnettä ylös. Kun ilma jäähtyy sen kosteus tiivistyy pilviksi.

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 47 AALTOVIRTAUKSET Aaltovirtaukset ovat erikoinen ilmiö joka esiintyy erityisissä sääolosuhteissa. Meidän leveysasteilla aaltovirtaukset esiintyvät lähinnä kevättalvella. Aaltovirtauksien tunnusmerkki on aaltopilvi, ns. altocumulus lenticularis, Aaltovirtaukset kiinnostavat erityisesti kokeneita purjelentäjiä, jotka suorittavat näissä sääolosuhteissa korkeuslentoja merkkisuorituksia varten. Purjekoneilla suoritetut vapaat nousut ovat usean kilometrin mittaisia. UL-lentokoneella ei ole mitään asiaa aaltovirtaukseen. Talvella voi tietty ilmamassa joutua aaltoliikkeeseen. Tämä liike syntyy kovan tuulen ja suuren maastoesteen yhteisvaikutuksesta. Aaltovirtaus voi syntyä jos: 1) ilman tasapainotila on vakaa; 2) tuuli on riittävän voimakas; 3) tuuli suuntautuu lähes kohtisuoraan estettä päin, sekä 4) maastoeste on riittävän suuri, korkea ja sopivan muotoinen. Vuoriston vaikutus tuuleen ulottuu useiden kymmenien kilometrien päähän maastoesteen taakse ja korkeussuunnassa jopa tropopausiin saakka. Aallon huipun alapuolella olevassa pintakerroksessa kehittyy roottorivirtaus. Roottorin etupuolella on voimakas nosto ja takapuolella laskeva. mantelipilvi mantelipilvi l lakkipilvi nostava aalto pyörteitä roottori roottori

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 48 PILVET JA NIIDEN LUOKITTELU (troposfäärissä) Pilvet muodostuvat vesihöyryn tiivistymisestä. Tiivistymisessä voi syntyä joko vesipisaroita tai jääkiteitä. PILVIEN PÄÄRYHMITTELY: alapinnan korkeuden mukaan: Yläpilvet: > 5000 M 15 000 FT Keskipilvet: 2000 M 5000 M 7000 FT 15 000 FT Alapilvet: GND 2000 M GND 7000 FT PILVILAJIT: muodon ja rakenteen mukaan Pilvet joilla on suuri pystysuora ulottuvuus: yläraja useita kilometrejä PILVIEN ALALAJIT: LISÄPILVET: TÄYDENTÄVÄT PIIRTEET: läpinäkyvyys ja pilvielementtien järjestys erityismuodot muoto tai muu ominaisuus

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 49 1) YLÄPILVET: > 5000 m Cirrus Ci = untuvapilvi (Cirrus = hiuskihara) Cirrocumulus Cc = palleropilvi (Cumulus = kasa, röykkiö)

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 50 Cirrostratus Cs = harsopilvi (Cirrus = hiuskihara; Stratus = makaava; kerros) 2) KESKIPILVET: 2000 m 5000 m.altostratus As = verhopilvi (Altus = korkea; Stratus = makaava; kerros)

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 51. Altocumulus Ac = hahtuvapilvi (Altus = korkea; Cumulus = kasa, röykkiö) ALAPILVET: 0 m 2000 m.stratocumulus Sc = kumpukerrospilvi (Stratus = kerros; Cumulus = kasa)

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 52 Nimbostratus Ns = sadepilvi (Nebula = sumu, Imber = sadekuuro). Stratus St = sumupilvi (Stratus = makaava; kerros)

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 53 4) PAKSUT PILVET (pilvet, joilla on suuri pystysuora ulottuvuus): Cumulus Cu = kumpupilvi (Cumulus = kasa, röykkiö). Cumulus congestus Cu Con = korkea Cu (Congestus = kokoaminen)

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 54 Cumulonimbus = Cb = kuuro-/ukkospilvi (Cumulus = kasa, Nebula= sumu, Imber = sade)

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 55 NÄKYVYYTTÄ HUONONTAVAT ILMIÖT SUMU JA SADE Sameutta aiheuttaa: - tiivistynyt kosteus = utu, pilvi, sumu, sade sekä lumituisku - kiinteät hiukkaset = hiekka, pöly, savu, tuhka Auer (Haze), johtuu pienistä hiukkasista aiheuttaen hajasäteilyä Utu (Mist), joka syntyy pienistä vesipisaroista. Vaakanäkyvyys on n. 2-5km. Sumu (Fog) = pinnassa oleva stratuspilvi. Näkyvyys < 2 km. Pakkasella voi esiintyä jääsumua, joka muodostuu jääkiteistä. Tiheässä sumussa vaakanäkyvyys on muutama metri 20 m. Sade, jonka päämuotoja ovat vesi-, tihku-, räntä- ja lumisade. SUMUT Sumut jakautuvat säteilysumuihin ja advektiosumuihin. Säteilysumu, lähinnä pintasumu esiintyy vain maanpinnalla. Advektiosumut (yleisimpiä syksyllä ja talvella), syntyvät avomerellä tai rannikkoseuduilla ja leviävät tuulen suuntaan. Advektiosumu syntyy kun kostea, lämmin ilmamassa siirtyy kylmän alustan päälle. Advektiosumu on kaikkein vaarallisin sumutyyppi. Advektiosumu pystyy leviämään laajalle alueelle varsin nopeasti, etenkin rannikkoseuduilla. Merisumu (advektio) esiintyy usein kesäisin ja syksyisin. Tuonne en voi laskea. Menen muualle. Pintasumu hälvenee vasta kun aurinko on ehtinyt lämmittää riittävästi

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 56 SÄÄRINTAMAT Säärintama on lämpimän ja kylmän ilmamassan välinen rajapinta. Rintamatyyppejä on pääasiallisesti kolme: Lämmin rintama Kylmä rintama Okluusiorintama Lisäksi on olemassa ns. stationäärinen rintama Okluusiorintaman (lat. occludere = sulkeutua) esiintymismuodot ovat: Lämmin okluusio Kylmä okluusio SÄÄRINTAMIIN LIITTYVÄT ILMIÖT 1) Kiihtyvä tuuli, usein puuskainen 2) Sade tai sadekuuroja 3) Runsasta pilvisyyttä, ajoittain sumua 4) Ukkosta

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 57 Matalapaineen syntyvaiheet polaaririntamavyöhykkeessä 1. Lämmin ilma kohtaa kylmää ilmaa Kylmä ilma Lämmin ilma 2. Lämmin ilma nousee kylmän ilman päälle syntyy aaltohäiriö 3. Matalapaine syntyy kun kylmä ilma tunkeutuu lämpimän ilman alle Kylmää ilmaa Lämmin sektori 4. Nopeammin liikkuva kylmä ilma tavoittaa vähitellen lämpimän ilman

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 58 5. Okluusio syntyy kun ilmamassat sekoittuvat sää muuttuu epävakaiseksi 6. Ilmamassat ovat sekoittuneet ja polaaririntama palautuu alkuperäiseen tilaan

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 59 LÄMMIN RINTAMA - TUNNUSMERKIT pintatuuli pilvet sade näkyvyys voimistuu, kääntyy vastapäivään Ci, Cs, As, Ns, St alkaa hiljalleen, voimistuu ja jatkuu huononee vähitellen ilmanpaine laskee nopeasti KYLMÄ RINTAMA - TUNNUSMERKIT pintatuuli pilvet sade näkyvyys voimistuu, kääntyy myötäpäivään Cu, Ns, Cb kuurottaista, voimistuu kohtalainen, kuuroissa huono ilmanpaine laskee hetkellisesti, nousee sen jälkeen nopeasti

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 60 OKLUUSIORINTAMA Okluusiossa ilmamassat alkavat sekoittua painekeskuksesta alkaen Okluusiorintamassa matalapaine joko täyttyy tai syvenee. Jos matalapaineeseen siirtyy runsaasti kosteutta matalapaine syvenee Jos matalapaine sen sijaan täyttyy ja ilmamassa kuivuu, rintama häviää Okluusion vallitessa sää pysyy epävakaana LÄMMIN OKLUUSIO KYLMÄ OKLUUSIO viileä ilma lämmin ilma kylmä ilma kylmä ilma lämmin ilma viileä ilma MATALAPAINE JA SÄÄRINTAMAT LÄPILEIKKAUKSENA Ci KULKUSUUNTA Cs KYLMÄ RINTAMA Cb As / Ac LÄMMIN RINTAMA Cu St Ns / Sc St maanpinta Lämmin ja kylmä rintama ja niiden yhteydessä esiintyvät pilvet

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 61 MATALAPAINE JA TUULET YLÄISOBAARI = YLÄTUULEN SUUNTA SUUNTA SSUUNTA KORKEAPAINEEN SELÄNNE MAANPINTAISOBAARI = ALATUULEN SUUNTA M SADEKUUROJA Kylmä rintama AT = alatuuli; YT = ylätuuli Kaavio matalapaineen ala- ja ylätuulista (vrt. tuulisääntö) YT AT K DYNAAMISEN MATALAPAINEEN PERSPEKTIIVIKUVA suihkuvirtaus gradienttivirtaus gradienttivirtaus pintatuuli

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 62 YLÄVIRTAUS JA ISOHYPSIT Ylävirtauksen suunta on jokseenkin tarkkaan sama kuin yläsääkartoista ilmenevä painepinnan isohypsin ja suihkuvirtauksen suunta. Isohypsi on geopotentiaalin samanarvonviiva. Geopotentiaali on maan painovoimakentän potentiaali. ( A line that has the properties of both constant pressure and constant height above mean sea level ). Noin puolet säätapahtumiin osallistuvasta ilmamassasta on 500 mb:n vakiopainepinnan eli noin 5,5 km:n alapuolella. Virtaus 500 mb:n tasolla antaa tärkeitä viitteitä matala- ja korkeapaineiden liikkeistä maanpinnalla. HYDROSTAATTINEN TASAPAINO -δp paine = p+δp paine = p δz gδpz z GND, MSL ilmakehän pystysuorien voimien hydrostaattinen tasapaino

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 63 YLÄSÄÄKARTAT JA ISOHYPSIT Isohypsit ilmaisevat kunkin ilmanpaineen mittauspisteen korkeuden MSL:stä. Kun mittauspisteet yhdistetään saadaan isohypsikäyrät, jotka muistuttavat topografista karttaa. Vakiopainepinnan kartta: Isohypsikäyrien korkeudet määritellään luotaamalla ja ne ilmaistaan dekametreinä MSL:stä. 558 H 562 554 550 546 500 hpa/std 542 M 538 500 hpa/std 538 542 546 550 554 558 562 MSL

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 64 SUIHKUVIRTAUKSET Suihkuvirtaus on kapea putkimainen ilmavirtaus, jonka nopeus on n. 100-300 km/t, ja se esiintyy n. 10 km:n korkeudessa, yleensä > FL 300. Suihkuvirtaus tulee Atlantilta, ja kaartaa Etelä-Euroopan kautta ylös koilliseen. Virtaus syntyy siitä, että kylmä ja lämmin ilma sijaitsevat lähekkäin ja ilmamassojen lämpötilaero on suuri. Suihkuvirtaus synnyttää ylätroposfäärissä ns. kirkkaan ilman turbulenssia, joka periaatteessa voi esiintyä alemmissakin ilmakerroksissa. Kirkkaan ilman turbulenssi johtuu virtauksen rajakerroksista, jossa tuulen nopeuserot ovat suuret. JÄÄTÄMINEN Lentokoneen jäätäminen tapahtuu jos ilmamassa on riittävän kostea, ja ilman lämpötila on tietyssä kerroksessa pakkasasteiden puolella. Jäätämisen riski on suurimmillaan syksystä aina kevättalveen saakka. Jäätäminen esiintyy useimmin lämpimän tai okluusiorintaman yhteydessä. Jäätäminen lennolla johtuu alijäähtyneistä vesipisaroista. Tällaiset vesipisarat jäätyvät kirkkaaksi jääksi, joka on kaikkein vaarallisinta. Kirkkaan jään muodostuminen tapahtuu yllättävän nopeasti ja voimakkaasti. lämpimän rintaman kulkusuunta 0ºC 0ºC +8ºC 0ºC lämmin ilmamassa nimbostraatus jäätävä sade altostratus kylmä ilmamassa -10ºC 0ºC Jäätämisen todennäköisyys on suuri kun lämmin kostea ilmamassa liikkuu kylmän ilmamassan päälle.

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 65 JÄÄTYYPIT - Kirkas jää: sileää, läpinäkyvää jota muodostuu mm. siiven etureunaan. Tämä jäätyyppi on vaarallisin! - Huurre: valkoista tai maitomaista rakeista rosoisen pintaista jäätä. - Kuura: lumen tapaista jäätä, jota muodostuu vesihöyryn härmistymisestä Huurteisella tai jäätyneellä siivellä ei koskaan saa lähteä lentämään. JÄÄTÄMISEN HAITAT - Lento-ominaisuus huononee - siiven profiili muuttuu, nostovoimahäviö! - Koneen paino lisääntyy - Potkurin teho vähenee ja jää saattaa vaurioittaa potkuria ja spinneriä. - Pitotputkien jäätäminen saa nopeusmittarin lakkaamaan toimimasta - Jään muodostuminen tuulilasiin estää näkyvyyttä. - Kaasuttimen jäätäminen sammuttaa moottorin

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 66 UKKONEN Ilmakehässä esiintyy aina sähkövarauksia. Kun jännite-erot muodostuvat riittävän suuriksi syntyy salamointia. Jotta pilvet kasvaisivat ukkospilven mittoihin, niiden huippujen pitää yltää vähintään 20 pakkasasteeseen eli n. 6-7 km:n korkeuteen, joskus 10 km. Pilvipisarat jäätyvät, ja osa pienistä jääkiteistä kulkeutuu pilven yläosaan. PILVIEN KUNINGAS: CUMULONIMBUS (ANVIL CLOUD) - 20º C + + + + + + + + + n. 4-7 km - - - - - - - Osasta kasvaa huurtumalla lumirakeita, jotka jäävät leijumaan ilmavirrassa noin 5 km:n korkeuteen + + + + + vesipisaroita vyörypilvi puuskarintamassa n. 10 km matka

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 67 UKKOSPILVEN ELINKAARI Cb-pilvellä on 3 vaihetta: kehitysvaihe, kypsyysvaihe ja hajoamisvaihe. Kehitysvaiheen aikana syntyy voimakkaita nousuvirtauksia pilvessä. Kypsyysvaiheen aikana salamointi alkaa ja syntyy laskevia virtauksia. Hajoamisvaiheessa pilvi sataa ja purkautuu erittäin voimakkaalla laskevalla virtauksella maahan asti. OROGRAFINEN UKKONEN Orografinen ukkonen muodostuu, kun kostea ja labiili ilma joutuu nousemaan pitkin korkeata rinnettä (ns. pakotettu konvektio). Tämä ukkostyyppi esiintyy runsaimmin iltapäivällä ja illalla. RINTAMAUKKONEN Rintamaukkonen on yleisintä kylmässä rintamassa ja kylmässä okluusiossa. Ukkospilvien vyöhyke peittää laajan alueen, jonka syvyys on n. 10-20 km ja pituus jopa satoja kilometrejä. LÄMPÖUKKONEN ELI ILMAMASSAUKKONEN Lämpöukkosta syntyy paikallisesti alueella, joka lämpenee huomattavasti enemmän kuin ympäristö, jolloin tavallinen cumuluspilvi paisuu hyvin korkeaksi ja muuttuu varsinaiseksi ukkospilveksi. Cb ja vyöröpilvi (korvausilma virtaa perustuulta vastaan)

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 68 SÄÄTIETOJEN HANKINTALÄHTEET Lentosääkeskuksina toimivat seuraavat Ilmatieteen laitoksen aluepalvelut:: Helsinki-Vantaa EFHK TEL 0600 9 3808 Rovaniemi EFRO TEL 0600 1 6200 Lisäksi rajoitettua palvelua: Tampere-Pirkkala EFTP TEL 0600 9 3803 Kuopio EFKU TEL 0600 39 3805 Lisäksi säätietoja saa myös lentoasemien lennonneuvonnasta (puhelimitse) YLE 1:n teksti-tv: sivulla 428 = METAR sivulla 429 = TAF, alue-ennuste sekä GAFOR Lentoasemat antavat sääneuvontaa toiminta-aikana: MET REP / SPECIAL, METAR / AUTOMETAR, TAF Joillakin lentopaikoilla on ATIS = Automatic Terminal Information Service. Tiedot päivitetään 1/2 t. välein ja sisältävät sekä sää- että liikenneinfoa. Joillakin lentopaikoilla on automaattinen säähavaintoasema. Niiden paikkojen säätietoihin on lisätty sana AUTO, mikä tarkoittaa AUTOMETAR. YLE:n teksti-tv 1:n sivuilla 428 ja 429 on tiedot vallitsevasta säästä sekä ennusteista lentopaikoittain. Ilmoitukset voimakkaista sääilmiöistä annetaan WXREP sanomalla. Säävaroitukset annetaan SIGMET sanomalla. SÄÄSANOMAT Säähavainnot (Observations) METAR = lentopaikan vallitseva sää Ennusteet (Forecasts) TAF = lentopaikkaennuste Alue-ennuste ja GAFOR (General Aviation Forecast) = reittisääennuste Merkitsevän sään kartta SWC (Significant Weather Chart)

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 69 FINAVIA:n LENTOSÄÄTIEDOT INTERNETISSÄ Osoite ja yhteystiedot: fcaa.foreca.com lentosää siirry palveluun käyttäjätunnus: OH-FIN salasana: 128.400 Radar and Satellite Forecast Observations Select: Select: Select: Radar Scandinavia Radar Southern Finland Radar Northern Finland Satellite Scandinavia (1/2 h välein ennusteen voimassaolo 2,5 tuntia) TAF: Finland Scandinavia Baltic, Russia NW TAF 24h Satellite Scandinavia SIGMET Cloud Coverage (6 t välein 2 vrk, myös maanpintaisobaarit) Surface (pintatuulikartta) FL 50 FL 340 (ylätuuli) SWC (merkitsevän sään kartta) GAFOR (yleisilmailuennuste): alueet 11-17 = Etelä-Suomi, läntinen alueet 21-25 = Etelä-Suomi, itäinen alueet 30-39 = Pohjois-Suomi METAR: Finland, Scandinavia, Baltic, Russia NW Temperature Wind Visibility Cloud height (Ceiling)

Sääoppi 1. luennot 18.3.2008 70 SÄÄTIEDOT ILMATIETEEN LAITOKSEN NETTISIVUILTA http://www.ilmatieteenlaitos.fi/saa/index.html Valikkopalkin alapuolella löytyy sivun vasemmalla puolella hakusanat: - Suomen sää - merisää - paikallissää - varoitukset ja turvallisuus - sade- ja pilvialueet, ym. Sivun oikealla puolella on seuraavat alaotsikot: Sää nyt Huomenna Ylihuomenna Ylin lämpötila Alin lämpötila Sadesumma AUTOMAATTISET VOLMET-LÄHETYKSET Volmet (= Voice meteorological broadcast for aircraft in flight) Yhteys: 128.400 MHz tai puh. +358-9-82773377 Lähetys käsittää MET REPORT + TREND seuraavilla lentoasemilla: Helsinki-Vantaa, Tampere-Pirkkala, Turku, Stockholm-Arlanda, S:t Peterburg/Pulkovo, Tallinn/Yulemist, Kuopio, Oulu ja Vaasa ESIMERKKEJÄ SÄÄSANOMISTA METAR = LENTOPAIKAN VALLITSEVA SÄÄ EFPO 190950Z 11007KT 3000 SN FEW010 SCT024 BKN0041 M03/M03 Q1005= EFTP 190953Z 09007KT 4000 SN SCT008 BKN050 BKN080 M04/M05 Q1005 06450237 = EFSI 190950Z AUTO 12009KT 9999 SG FEW012 0VC039 M04/M06 Q1006 =