pilvet

Pilvet tutuksi uuden pilviatlaksen avulla

Ma, 04/03/2017 - 16:56 Toimitus

23. maaliskuuta vietettiin Maailman ilmatieteen päivää ja sen kunniaksi julkistettiin uusi pilviatlas. Pilvet sinällään eivät ole muuttuneet mihinkään, mutta ne ovat entistäkin kiinnostavampia ilmastonmuutoksen vuoksi.

Pilvet ovat hyvin keskeisessä roolissa sään ennustamisessa ja koko ilmastojärjestelmässä ja niihin liittyy paljon ilmastonmuutoksen epävarmuuksia. Tutkijat selvittävätkin parhaillaan tarkemmin sitä, miten pilvet vaikuttavat ilmastoon ja kuinka muuttuva ilmasto vaikuttaa pilviin.  

Se tiedetään, että pilvillä on merkittävä rooli maapallon lämmönsäätelyssä. Ne viilentävät lämpötilaa heijastamalla Auringon säteilyä. Aerosoleilla on osoitettu olevan merkitys pilvien muodostumisessa, mutta suurin epävarmuus liittyy siihen, miten aerosolit muokkaavat pilvien heijastavuutta ja niiden elinaikaa.

"Aerosolitutkimuksessa Suomi on alan johtavia maita", hehkuttaa Ilmatieteen laitoksen pääjohtaja Juhani Damski Ilmatieteen laitoksen tiedotteessa.

"Tämän ilmastonmuutoksen kannalta oleellisen kysymyksen parissa tehdään töitä muun muassa Ilmatieteen laitoksella Kuopiossa. Puijon tornin huipulla on mahdollista mitata luonnollisissa olosuhteissa sitä, miten pienhiukkaset vuorovaikuttavat pilvien kanssa."

Parhaillaan Ilmatieteen laitos tutkii myös sitä, millainen rooli aerosolihiukkasilla on sateen keinotekoisessa synnyttämisessä.

"Tutkimuksen perusajatus on se, että ilmassa luontaisesti oleva kosteus saadaan aerosolien avulla tiivistymään tavanomaista tehokkaammin suuriksi pilvipisaroiksi, jotka aikaa myöten satavat vetenä maahan", tutkimusta johtava tutkimusprofessori Hannele Korhonen sanoo.

Pilvet vaikuttavat myös uusiutuvan energian tuotantoon. Ilmatieteen laitos tutkii ja kehittää parhaillaan säänennustusmalleihin pohjautuvia energiasääennusteita. Ilmatieteen laitos on myös tehnyt selvityksen, miten aurinkoenergia-alan kehitystä voitaisiin edistää Suomessa.

Ilmatieteen laitoksen satelliittituotteita ja maanpintamittauksia yhdessä hyödyntämällä voitaisiin tuottaa luotettavaa tietoa Suomen auringonsäteilyn ja aurinkoenergiapotentiaalin maantieteellisestä jakaumasta ja vuodenaikaisvaihteluista. Nämä tutkimuskokonaisuudet tuottavat tietoa päätöksenteon tueksi ja energia- ja ilmastostrategian tavoitteiden saavuttamiseksi.

Ihastu pilviin!

WMO julkaisi Maailman ilmatieteen päivänä uuden version uudesta kansainvälisestä Pilviatlaksesta. Se on erinomainen väline pilviin tutustumiseen; pilvien tunteminen on paitsi kiinnostavaa, niin myös kätevää, koska pilvistä voi ennustaa itse säätä. Pilviä katsomalla voi ymmärtää myös millaisen sääilmiöt mylläävät havaintopaikan lähistöllä.

Pilviatlas on nyt ensimmäistä kertaa saatavissa digitaalisessa muodossa ja näin kaikkien käytössä. Meteorologiassa pilvet luokitellaan niiden esiintymiskorkeuden ja muodon mukaan kymmeneen pilvisukuun.

Jokaiseen sukuun kuuluu useita lajeja, joista on vielä useita muunnoksia. Pilviatlas on tärkeä työkalu sekä meteorologiselle yhteisölle, mutta myös niille, jotka työskentelevät ilmailun tai laivaliikenteen parissa. Atlaksesta löytyy satoja erilaisia pilvikuvia ja mukana on myös vasta hiljattain luokiteltuja uusia pilvityyppejä.

Suora linkki Pilviatlakseen: www.wmo.int Pilviatlas
Suomalainen pilvikuvasto: http://ilmatieteenlaitos.fi/pilvikuvasto

Juttu perustuu Ilmatieteen laitoksen tiedotteeseen. Kuva: Flickr / timokoo (CC-lisenssillä)

Pilvinen päivä Marsissa

To, 02/04/2016 - 12:08 Markus Hotakainen
Marsin pilvet

Vaikka Marsin kaasukehässä on hyvin vähän vesihöyryä, planeetan punaisella taivaalla purjehtii toisinaan pilviä.

Päivän kuva

Opportunity-kulkija kuvasi kymmenisen vuotta sitten pilvihaituvia lähellä Victoria-kraatteria. Mönkijän "silmien" edessä avautuva maisema on tasainen kuin meren ulappa, koska kraatteri on vastakkaisessa suunnassa.

Marsin pilvet voivat koostua sekä vesi- että hiilidioksidijään muodostamista kiteistä. Ohuet pilvimuodostelmat ovat hyvin korkealla, jopa sadassa kilometrissä.

Pilviä esiintyy myös öisin, mutta silloin ne ovat noin viisi kertaa päivätaivaan pilviä tiheämpiä ja hyvin paljon alempana. Ne leijuvat lähellä planeetan pintaa muistuttaen pikemminkin sumua tai usvaa. Samalla ne hidastavat lämpötilan laskua: pilvisillä alueilla yölämpötilat ovat parikymmentä celsiusastetta korkeampia kuin selkeillä seuduilla.

Kuva: NASA/JPL-Cornell

Talvi tulee Titaniin

Pe, 11/13/2015 - 20:58 Markus Hotakainen
Titanin etelänavan pilvi

Saturnusta kiertävä Cassini-luotain on tehnyt jättiläisplaneetan suurimmasta kuusta Titanista havaintoja, jotka kertovat talven olevan tulossa rytinällä.

Cassini kuvasi jo vuonna 2012 Titanin etelänavan yläpuolella noin 300 kilometrin korkeudessa leijailevan laajan pilvimuodostelman. Se ei kuitenkaan ole mitään verrattuna sen alapuolella 200 kilometrissä piileskelevään jääkidepilveen.

Pilvi saatiin kuvattua luotaimen infrapunaspektrometrillä, jolla pystytään tarkastelemaan Titanin tiheän kaasukehän eri kerroksia lämpösäteilyn aallonpituuksilla. Jääpilvi on varsin harva ja muistuttaa lähinnä maanpinnan läheisyydessä esiintyvää sumua.

Sekä korkeammalla oleva pilvimuodostelma että sen alla oleva jääkidepilvi ovat merkkejä Titanin eteläiselle pallonpuoliskolle koittavasta talvesta. Titanin vuodenajoilla on pituutta noin 7,5 vuotta, joten hyinen vuodenaika on jokseenkin kylmimmimmillään, kun Cassinin taival päättyy vuonna 2017.

 

 

"Kun tarkastelimme infrapuna-alueen havaintoja, jääpilvi erottui selvemmin kuin mikään aiemmin näkemämme", toteaa Carrie Anderson NASAn Goddardin avaruuslentokeskuksesta. "Se löi meidät täysin ällikällä."

Titanin napaseutujen jääpilvet eivät muodostu samalla tavalla kuin Maan ilmakehän sadepilvet, jotka syntyvät vesihöyryn noustessa maanpinnalta yhä korkeammalle ja samalla jäähtyessä. Tietyllä korkeudella lämpötila ja ilmanpaine ovat otolliset vesihöyryn tiivistymiselle pieniksi vesipisaroiksi.

Titanin kaasukehän metaanipilvet muodostuvat tällä tavoin, mutta korkeammalla esiintyvien napaseutujen pilvien synty on seurausta toisenlaisesta prosessista.

Kaasukehän virtaukset kuljettavat kaasuja lämpimän pallonpuoliskon napa-alueelta kylmän pallonpuoliskon navalle. Siellä "lämmin", utua muistuttava hiilivedyistä ja typpiyhdisteistä koostuva kaasu vajoaa alemmas ja jäähtyy kaiken aikaa. Eri kaasut tiivistyvät pisaroiksi eri lämpötiloissa, jolloin tuloksena on eri korkeuksilla esiintyviä pilvikerroksia. 

Cassini saapui Saturnukseen vuonna 2004, jolloin Titanin pohjoisnavalla oli sydäntalvi. Sittemmin siellä on menty kohti kevättä ja jääkidepilvet ovat kadonneet. Samaan aikaan niitä on ilmestynyt etelänavalle, mikä kertoo kaasukehän kiertoliikkeen suunnan muuttumisesta.

Napaseutujen jääpilvien laajuus, korkeus ja koostumus auttavat tutkijoita ymmärtämään Titanin talviolosuhteita. Aiemmin kuvattujen jääkidepilvien perusteella lämpötila laskee etelänavalla vähintään -150 celsiusasteeseen. Nyt havaittu pilvi on alempana, missä on vielä kylmempää. Jääkiteet koostuvat erilaisista yhdisteistä, joissa on vetyä, hiiltä ja typpeä.

"On jännittävää seurata Titanin talven alkuvaiheita", toteaa niin ikään Goddardin avaruuslentokeskuksessa työskentelevä Robert Samuelson. "Kaikki etelänavalta tekemämme havainnot osoittavat, että eteläisen talven tulo on paljon ankarampi kuin Titanin pohjoisen talven loppuvaiheet."

Havainnoista kerrottiin NASAn uutissivuilla

Kuvat: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Savu voimistaa tornadoja

Ti, 02/03/2015 - 09:11 Markus Hotakainen
Kuva: Thilo Parg / Wikimedia Commons / CC BY-SA 3.0

Kuulostaa äkkiseltään joltain Karhukoplan kepulikonstilta Roopen rahasäiliön ryöväämiseksi, mutta ei: kyse on todellisesta ilmiöstä, joka sai aikaan suurta tuhoa Yhdysvaltain kaakkoisosissa keväällä 2011.

Savu oli lähtöisin Väli-Amerikasta, missä keväinen kaskeaminen – joka on aika tavalla laajamittaisempaa kuin entisaikain Suomessa – sai aikaan savupilviä, jotka kulkeutuivat Meksikonlahden yli Yhdysvaltain puolelle.

Pelkkä savu ei tietenkään synnytä tornadoja, mutta kun samaan aikaan sikäläinen säätila oli otollinen tavallisia ukkospilviä paljon suurempien supersolujen ja niistä maahan kurottavien tuulenpyörteiden synnylle, yhdistelmä oli tuhoisa.

Paikallisten sääolojen ja kaukaa kulkeutuneen savun yhteisvaikutuksesta muodostui 27. huhtikuuta päivän ja illan mittaan kaikkiaan 122 tornadoa, jotka surmasivat yhteensä 313 ihmistä eri puolilla kaakkoisia osavaltioita. Yhtä rankkaa keliä ei ole esiintynyt sitten vuoden 1950.

Alla olevassa karttakuvassa Meksikonlahden alueesta on yhdistetty eri satelliittien ja tutkimuslaitosten mittaustuloksia tuolta päivältä.

 

Keltaisilla risteillä on merkitty paloalueita, ja muut kirkkaat värit kuvaavat meren yli kulkeutuneen savun tiheyttä. Punaisilla alueilla savu on kaikkein tiheintä ja se harvenee eri värien (keltainen, vihreä, vaaleansininen, sininen) kautta violettiin, jonka kohdalla savua on vähiten.

Punaiset juovat puolestaan kuvaavat tornadojen kulkureittejä siten, että viivan paksuus kertoo niiden voimakkuuden. Rajuimmat tornadot keskittyivät Alabaman osavaltioon, mistä on myös otsikkokuvamme.

Alabamalaiseen Tuscaloosan kaupunkiin iski toiseksi ylimmän eli F4-luokan tornado. Fujitan asteikolla se merkitsee tuulennopeuksia, jotka voivat yltää 100 metriin sekunnissa eli yli 300 kilometriin tunnissa. Tutkamittausten avulla voitiin todeta, että kaikkein voimakkaimmat tornadot nostivat maasta irtotavaraa jopa seitsemän kilometrin korkeuteen.

Iowan yliopiston tutkijat Gregory Carmichael ja Pablo Saide totesivat, että tuona päivänä pilvien alaraja savun – tai tarkemmin sanottuna sen muodostavien hiukkasten – ansiosta oli matalammalla ja toisaalta "tuuliväänne" (wind shear) eli tuulen suunnan ja nopeuden muutos korkeuden mukana oli normaalia voimakkaampi. Yhdessä nämä kaksi ilmiötä vahvistivat tordanojen syntymekanismia.

Vaikka havainnot ovat peräisin aidosta sääilmiöstä, tutkijat käyttivät apuna tietokonemallinnusta. Yhdessä mallissa otettiin huomioon savun vaikutus Auringon säteilyyn ja pilvien muodostumiseen, toisessa se jätettiin huomiotta. Ensinmainittu malli tuotti havaitut ilmiöt tuulen ja pilvien käyttäytymisestä.

Savun vaikutusta sääoloihin on pohdittu aiemminkin, mutta nyt saatiin ensimmäisen kerran kokeellista havaintoaineistoa todellisesta tilanteesta. Aiemmin äärimmäisten sääilmiöiden ennustemalleissa ei ole otettu huomioon pienten hiukkasten vaikutusta, mutta nyt näyttää siltä, että se olisi hyvinkin tarpeen.

Tutkimuksesta kerrottiin American Geophysical Unionin tiedotteessa

 

Pilvipisarat ja niiden kasvunopeus

Pe, 03/01/2013 - 14:30 Toimitus

Uuden mittauksia ja mallinnusta yhdistävän tutkimuksen tulokset ilmakehän pisaroiden kasvunopeuksista useissa eri ympäristöissä on julkaistu Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America -lehdessä. Tulokset osoittivat, että erityisen hitaasti kasvavia hiukkasia ei löydy tai ne ovat niin harvinaisia, että niillä ei ole merkittävää vaikutusta pilvien muodostumiseen. ”Havainto poistaa yhden merkittävän pilvi- ja ilmastomallinnuksen epävarmuuden osoittamalla usein käytetyn oletuksen paikkansapitävyyden”, sanoo tutkimuksessa mukana ollut Ilmatieteen laitoksen tutkija Tomi Raatikainen.

Suuresti vaihtelevat arviot pilvipisaroiden kasvunopeuksista on ollut yksi suuri epävarmuus pilvimallinnuksessa ja erityisesti pilvien ilmastovaikutuksia arvioitaessa. Ilmastomallinnuksella voidaan tutkia ilmastojärjestelmää ja sen eri osia kuten pilvien ja pienhiukkasten vuorovaikutuksia. Ilmastomallinnusta käytetään myös ilmastonmuutoksen voimakkuuden ja vaikutusten ennustamiseen. Aikaisemmin on havaittu, että ainakin laboratorio-oloissa pisaroiden kasvu voi hidastua merkittävästi esimerkiksi silloin, kun pisaran pintaan muodostuu veden tiivistymistä estävä öljymäinen kalvo. Pienhiukkasissa tiedetään olevan huonosti veteen liukenevia orgaanisia yhdisteitä jotka voivat muodostaa tällaisia kalvoja kunhan pitoisuudet ovat riittävän suuria.

Ilmakehän pisaroiden kasvunopeuksista on erittäin vähän tietoa, mutta jos vastaavaa tapahtuisi merkittävissä määrin myös ilmakehän hiukkasissa, tämä pitäisi ottaa paremmin huomioon nykyisin käytössä olevissa pilvimalleissa. Pilvet muodostuvat vesihöyryn tiivistyessä ilmakehän pienhiukkasiin ja pisaroihin eli aerosoliin. Tiivistymisen vuoksi alkuperäisen aerosolin koko kasvaa nopeasti n. 100-kertaiseksi, jolloin niitä aletaan kutsua pilvipisaroiksi. Pisaroiden kasvunopeus vaikuttaa muodostuvan pilven ominaisuuksiin kuten pilvipisaroiden keskimääräiseen kokoon ja lukumäärään. Näillä taas on vaikutus pilven elinikään ja optisiin ominaisuuksiin, eli käytännössä kasvunopeudet ovat osa aerosolien epäsuoraa ilmastovaikutusta.

Tutkimuksen kokeellinen osa perustuu pilviydinlaskurimittauksiin, joita on suoritettu erilaisissa ympäristöissä Pohjois-Amerikassa ja Euroopassa käyttäen sekä kiinteitä mittausasemia että lentokoneita. Pilviydinlaskureissa ilmanäyte altistetaan suurelle ilmankosteudelle, jolloin näytteen hiukkasista alkaa muodostua pilvipisaroita. Mitattu pisaroiden koon vaihtelu kertoo suoraan mahdollisista muutoksista kasvunopeuksissa, mutta myös mittalaite ja olosuhteiden muutokset aiheuttavat vaihteluita. Tämän vuoksi kasvunopeuksien arvioimiseen käytettiin numeerista mallia, joka huomioi olosuhteet ja laitteen asetukset simuloidessaan pisaroiden kasvua laitteen sisällä.

Tutkimus tehtiin pääosin professori Athanasios Nenesin tutkimusryhmässä Georgia Institute of Technologyssä, Atlantassa Yhdysvalloissa, jossa Ilmatieteen laitoksen tutkija Tomi Raatikainen teki kahden vuoden ajan väitöksen jälkeistä tutkimusta. Tulokset on julkaistu arvostetun Proceedings of the National Academy of Science -lehden sähköisessä versiossa ennen lopullista julkaisua tulostetussa lehdessä.

Tämä teksti perustuu Ilmatieteen laitoksen tiedotteeseen.