Luotauskäyrien tulkintaohje

Ilmakehän radioluotauskäyrä on tärkeä työkalu sekä konvektiivisten rajuilmojen bongaajalle että purjelentäjälle. Vaikka käppyrän näkemisestä on harvemmin välitöntä hyötyä kummallekaan, auttaa sen sisäistäminen ymmärtämään mitä konvektion syntyminen vaatii ja minkä luonteista konvektiota missäkin olosuhteissa esiintyy.

Esimerkiksi aamuyöllä tehdyn luotauksen perusteella voi kuitenkin rajallisissa määrin ennustaa, millaista kuplintaa ilmakehän alaosissa saattaisi olla odotettavissa päivän aikana. Jos kovasti syyhyttää arvailla keliä, kannattaa kuitenkin mielummin soveltaa seuraavia algoritmeja:

Alla pari tulkintaesimerkkiä oikeiden luotausten avulla.

Luotauskäyrän rakenne

Tämän sivuston käyrät ovat ns. Skew-T, -log P -mallisia. Kuvaajan pystyakselilla on korkeus merenpinnasta metreinä. Kuvaajan taustalla on sekamelska apuviivoja. Koska pallolla mitattava ilmakehän lämpötila laskee korkeuden mukana vinhaa vauhtia, on Skew-T -kuvaajassa vaaka-akselilla oleva lämpötila kipattu vinoon oikealle päin. Näin saadaan oikaistua mitatut käyrät vähän luettavampaan muotoon.

Poutapilvinen päivä

kuva

Tyypillisen muotoinen, joskin epätavallisen pirteän kelin päivä. Ilmakehän rajakerros ylettyy peräti neljään kilometriin, jonka päällä on inversiokerros (punainen tekee mutkan oikealle) ja kuivaa ilmaa (sininen kurvaa vasemmalle).

Punaisen käyrän alaosasta nähdään pintakerroksen olevan auringonpaisteen ansiosta normaalia lämpimämpi. Tästä kerroksesta lähtee sitten kuplia ylöspäin nostokäyrän mukaisesti kuivaa adiabaattia seuraillen. Nousu jatkuu niin kauan kun kupla on ympäristöään lämpimämpi (musta on punaisen oikealla puolella).

Nousevan ilmakuplan kosteuden määrää vain maanpinnalla vallitseva kosteus (kastepiste) joten lukuunottamatta alinta pistettä, sinistä käyrää ei oikeastaan tarvitse mihinkään. Sekoitussuhdekäyrän ja kuivan nostokäyrän leikkauspisteestä löytyy tiivistyskorkeus LCL eli pilvipohjat. Tuona päivänä pilvipohjat löytyivät purjekoneella mitattuna 2500-2700 metristä Räyskälässä n. 50 km Jokioisilta itään.

Pohjien jälkeen muhkeaksi pilveksi muuttunut kupla jatkaa nousuaan mutkaista adiabaattia pitkin kunnes musta käyrä törmää punaiseen ja paketti on jäähtynyt ympäristön tasolle. Tällä kertaa vastaan tuli inversiokerros.

Ukkospäivä

Kuuma ja kostea päivä. Tällä kertaa lämpötilakäyrässä on parikin inversionyppylää, mutta mielipuolisen kosteuden (kastepiste yli 20!) ansiosta nouseva ilma tiivistyy pilveksi varsin matalalla ja pystyy kostea-adiabaatin reitin turvin koukkaamaan reilusti ympäröivää ilmaa lämpimämmältä puolelta ylöspäin, kuplien raivolla inversioiden läpi. Huomaa että kuivemmalla säällä (esim. kastepiste ~15 astetta) nosto olisi tyrehtynyt jo ensimmäiseen pikku inversioon alle kahdessa kilsassa.

Nostokäyrän ja punaisen käyrän väliin jäävä pinta-ala kertoo että konvektiopaketeilla on todella reippaasti energiaa käytettävänään. Tämä pinta-ala on verrannollinen CAPE-lukemaan (Convective Available Potential Energy). Tuon päivän 2500 J/Kg CAPE-lukemat ovat Suomen mittakaavassa varsin kaheleita ja antavat mahdollisuuden (huom. eivät siis takaa) todella järeille ukkosille. Suomessa myrskybongarit innostuvat ns. tonnicapeista. Jenkeissä kukaan ei jaksa lähteä jahdille alle kolmen tonnin päivänä. CAPE on muuten sama asia kuin RASPin "kuuroherkkyys".

Vähän yksinkertaisempi epävakautta kuvaava indeksi on LI, lifted index, joka kertoo yksinkertaisesti ympäristön ja nostokäyrän lämpötilaeron 500 hPa painekorkeudella (noin 5000 m). Kuvan luotauksen LI = -7 on jo varsin tömäkkä indeksi. Yleensähän nostokäyrä on tukevasti punaista käyrää kylmempi noilla korkeuksilla (LI > 0).

Juuri tämän luotauspallon lähtiessä olin muuten vierailulla Jokioisten observatoriolla ihmettelemässä automaattista operaatiota. Käyrässä näkyy myös kuinka pallo katosi pilven sisään (T = Td, kosteus 100%) parissa kilsassa.

Aamuyön luotaukset

Pallot lähtevät klo 03 ja 15 Suomen kesäaikaa, joten iltapäivän pallon datojen saapuessa keli kuplinee jo täyttä häkää, jos on kupliakseen. Aamuyön luotauksestakin voi kuitenkin päätellä yhtä sun toista.

Tässä käyrässä näkyy selvästi pintainversio, joka syntyy maanpinnan lämmön säteillessä pois taivaalle yön aikana. Parisataa metriä ylempänä on kuitenkin jo lämpimämpää. Kun tästä lasketaan LCL ja nostokäppyrä tavalliseen tyyliin, jäävät pilvipohjat masentavan mataliksi ja nostokäyrä on reilusti kylmemmällä puolella punaisesta käyrästä. Lisäksi tiukka pintainversio pitää huolen, että yksikään kupla ei varmasti nouse edes lasketulle LCL:lle asti.

Auringon paistaessa maanpinta alkaa lämmetä mutta ylempänä lämpötilaprofiili säilyy yllättävän samanlaisena, ainakin jos ei tuule. Tässä onkin laskettu ns. termiikkilämpötila Tc, joka kertoo mihin lämpötilaan maanpinnan olisi lämmettävä jotta termiikki käynnistyisi (tai itseasiassa, jotta pilviä syntyisi).

Tc selvitetään seuraamalla sekoitussuhdekäyrää lämpötilakäyrälle asti ja selvittämällä sitten kuiva-adiabaattia pitkin, minkä lämpöinen pinnasta lähtenyt kupla muuttuisi pilveksi juuri tässä kohtaa. Tämä korkeus on CCL (convective condensation level). Tässä kohtaa syntyvä pilvi on sitten vapaa tekemään mitä pystyy, tässä tapauksessa kostea-adiabaatin reitti tarjoaisi mahdollisuudet aika korkeille pilville.

Alkaen Tc-lämpötilasta on kuvaan piirretty päivän mahdollinen nostokäppyrä mustalla katkoviivalla.

Tässä sitten luotaus siitä, mitä iltapäivällä oikeasti tapahtui. Lämpötila nousikin sinne 28 asteen hujakoille ja nostokäyrä on juuri sen muotoinen kuin arvailtiinkin: korkeus riittää juuri ja juuri tiivistymiseen, mutta sen jälkeen tulee korkeaa pilveä prosessissa vapautuvan lämmön ansiosta. Aamuluotauksesta arvioitu CCL piti paikkansa parinsadan metrin tarkkuudella. Purjekoneella löydettiin pilvipohjat tuolloin 2100 metristä.

Pienehkön tutkimusotoksen perusteella aamuyöllä arvattu nostokäyrä saattaa hyvinä päivinä pitää ihmeellisen hyvin paikkansa kuten ylläolevassa esimerkissä. Toisinaan kuitenkin sää muuttuu ennen iltapäivää niin paljon etteivät aamuyö ja iltapäivä juurikaan muistuta toisiaan, vertaile esim. 2012-04-27 00Z ja 12Z

Katkoviivalla merkitty nostokäyrä-arvaus ei kuitenkaan ole ennuste, vaan pelkästään laskentaa ja hahmotusta helpottava työkalu alimman mahdollisen pilvikorkeuden arviointiin mitatuissa olosuhteissa.

Kuivatermiikki

Keväisenä kuivana päivänä lämpötilan ja kastepisteen valtava erotus povaa pilvipohjia kolmeen kilsaan. Kuiva nosto kuitenkin tyssää inversioon vajaassa kahdessa kilsassa eikä pääse tiivistymään missään vaiheessa. Nostokäyrä on kuitenkin hyvin erillään punaisesta käyrästä eli nostot voisivat olla voimakkaita. Näin juuri kävi: Tuona päivänä lilluteltiin purjekoneella 1700 metriin reippaissa 3-4 m/s nostoissa tuskaisessa auringonpaahteessa.

Koska tässä tilanteessa sekoitussuhdekäyrä törmää lämpötilaan vasta LCL:n yläpuolella, piirtoskripti laskee myös CCL:n vaikkei kyseessä olekaan aamuyöluotaus. Lasketusta Tc:stä nähdään, että pilvien syntymistä varten toukokuisen päivän olisi pitänyt lämmetä yli 30 asteeseen, mikäli ilma on näin kuivaa.

Tymäpäivä

Loppuun vielä malliesimerkki kunnon tymästä. Jos konvektiota esiintyy (= aurinko paistaa), pilvipohjien alle ei mahdu edes laskukierrokseen. Kannattaa mielummin käyttää aika vaikka YouTuben katsomiseen. Jos aurinko ei paista, ylemmän pilvikerroksen alla olisi varmaan tilaa vaikka koululennoille, jos ei sada.


Palaute lauri.kangas a ursa.fi