Ukkospilvi ja trooppiset hirmumyrskyt

FY14 Geofysiikka

Ukkosen ainesosat

Konvektiopilvet

• Konvektio- tai kumpupilvet syntyvät paikallisen nostevoiman kiihdyttäessä ilmaa ylöspäin suppeilla alueilla
  • Konvektiopilvissä pystynopeudet (~ 1– >10 m/s) ovat paljon suurempia kuin kerrospilvissä (~ 1– >10 cm/s)
• Suuremmasta nousunopeudesta johtuen konvektiopilvissä vesihöyry tiivistyy tehokkaammin
  • Sateen intensiteetit ovat suurempia kuin kerrospilvissä
• Konvektiopilvet kehittyvät nopeasti
• Neljä pääluokkaa:
  • Kauniin sään kumpupilvet (cumulus humilis)
  • Korkeutta kasvavat kumpupilvet (cumulus congestus)
  • Yksittäiset ukkospilvet (cumulonimbus)
  • Mesomittaiset konvektiset pilvijärjestelmät MCS                    (järjestäytyneitä ukkospilvirykelmiä)

Konvektiopilvien dynamiikkaa

• Konvektiopilvien ilmavirtaukset syntyvät aina pystykiihtyvyyksistä
  • Kostea ilma tulee paikallisesti ympäristöään kevyemmäksi
• Suuriin pystynopeuksiin täytyy liittyä vastaavan massavuon omaavia kompensoivia laskevia liikkeitä
• Suuri nousunopeus kosteassa ilmassa       tehokas tiivistyminen
  • Sadepartikkelit kasvavat ja voivat muodostaa rakeita
• Sadepartikkelit puolestaan muokkaavat virtausta pilvessä
  • Laskevan virtauksen voimistaminen tai ylläpitäminen oman putoamisen, sulamisen ja haihtumisen ansiosta
• Nostevoimat kehittävät pilveen vaakasuoraa pyörteisyyttä
• Voimakkaat nousu- ja laskuvirtaukset myös muuntavat vaakasuoraa pyörteisyyttä pystysuuntaiseksi
  • Trombit eli tornadot

Yksisolu-ukkonen

• Kumpupilvi- ja kehitysvaihe
  • Pilvessä nousuliikettä, ei sada maanpinnalle
• Kypsä vaihe
  • Pilven sisällä sekä voimakas nousu- että laskuvirtaus, sade maan pinnalle
  • Huippu alkaa jäätyä ja alasin muodostua
• Häviämisvaihe
  • Alasin kokonaan jäätynyt, pilvessä enää heikkoa laskuliikettä

• Laskuvirtaus usein tappaa nousuvirtauksen
  • Elinikä tyynessä ilmakehässä n. 30 min
  • Tuuliväänteellä n. 45–60 min

Tutkakuva 22.8.2025 5 min välein klo 17.20–19.10

Lähde: Testbed, Ilmatieteen laitos

Monisolu-ukkonen

• Ilmakehässä tuuliväännettä (tuulen suunta ja/tai nopeus vaihtelee eri kerroksissa)
  • Laskuvirtaus ei osu suoraan nousuvirtauksen päälle
• Laskuvirtaukseen liittyvä puuskarintama nostattaa uuden solun pilven kulkusuunnassa sen etureunaan       
  • Nousuvirtaus heikkenee, vanha solu vähitellen heikkenee ja kuolee

Tutkakuva 25.8.2025 5 min välein klo 14.35–18.55

Lähde: Testbed, Ilmatieteen laitos

Sylvi-rajuilma 8.8.2010

• Erittäin lämmintä, kosteaa ja epävakaista ilmamassaa
  • Päivällä mitattiin elokuun lämpöennätys 33,8 °C Heinolassa ja Lahdessa
• Järjestäytynyt monisolu-ukkonen (MCS eli mesoscale convective system) syntyi Baltiassa päivän aikana
• Derecho eli syöksyvirtausparvi, joka liikkui pohjoiseen noin 100 km/h
  • Kylmä ilma romahtaa pilvestä alas
• Aiemmin samana päivänä Sonisphere-festivaaleilla Porissa eri ukkossysteemiin liittynyt syöksyvirtaus aiheutti yhden kuolonuhrin ja vammoja noin 40 hengelle

Supersolu-ukkonen

• Paljon pitkäikäisempi, voimakkaampi ja tuhoisampi kuin yksi- tai monisolu-ukkoset (vaaralliset raesateet ja tornadot)
• Vaatii merkittävän tuuliväänteen, ei ohjaavaa tuulta
• Koostuu yhdestä jättiläismäisestä nousevien ja laskevien virtausten muodostamasta konvektiosolusta (+ mesosykloni)

Supersolu Vanuatulla 10.10.2016

Kuvat: Pauliina Kuokka

Supersolun jakaantuminen

• Vaakasuuntainen pyörteisyys muuttuu nousuvirtauksessa pystysuuntaiseksi
• Nousuvirtaus taivuttaa vaakapyörrettä muodostaen syklonaalisen ja antisyklonaalisen pystypyörteen
• Cb jakautuu sateen aikaansaaman laskuvirtauksen kohdalta

Video: NWS/NOAA

Vasemmalle liikkuva supersolu suosii rakeiden syntyä, oikealle liikkuva rakeiden ja tornadojen syntyä

Mesosykloni ja tornado

• Supersolu-ukkosen keskiosiin syntyy syklonaalista pyörteisyyttä (mesosyklonin yläosa)
• Supersolun pilvenlaajuinen kiertoliike (laskuvirtaus) aikaansaa puuskarintaman, johon liittyy vaakasuoraa pyörteisyyttä
• Mesosyklonin keskuksessa nousuvirtaus kallistaa vaakasuuntaisen pyörteisyyden pystyyn (mesosyklonin alaosa)

• Mesosyklonin alaosan pyörteisyys kiihtyy nousuvirtauksen aikaansaaman venymisen ja puuskarintaman konvergenssin vaikutuksesta
  • Syntyy tornado
• Tornado voi syntyä hyvin nopeasti (n. 10 min) supersolun elettyä sitä ennen jopa useita tunteja

Kuva: UCAR

Salama

• Ylösvirtauksessa jääkiteet törmäilevät lumirakeisiin ja luovuttavat elektroneja
  • Jääkiteet varautuvat positiivisesti, lumirakeet negatiivisesti

Kuva: Ilmatieteen laitos

• Jääkiteet pääsevät kevyempinä pilven yläosaan asti (+)
• Lumirakeet jäävät pilven keskiosaan (–)
• Riittävän suurella jännitteellä (~ 100 MV) varausero (~ 10 C) tasaantuu   sähkövirta (~ 15 kA)
  • Pilvien (osien) välillä tai pilvestä maahan
• Purkauskanava kuumenee (20 000 °C ... 30 000 °C)         kaasu laajenee ja aiheuttaa paineaallon         jyrinä
  • 3 s vastaa 1 km:n etäisyyttä (vrt. valon ja äänen nopeus)

Tropiikin virtausjärjestelmiä

• Tropiikissa ilmakehän virtausolojen vuorokausivaihtelu yleensä vähäistä
  • Pieni lämpötilagradientti, heikko coriolis-voima
• Nousuliike ja kuuroluontoiset sateet voimakkaimpia tropiikin manneralueiden sademetsien yllä
• Kylmien merivirtojen alueella keskimääräinen virtaus laskevaa (ei konvektiota)
• Tavanomainen virtaus:
  • Tyynenmeren länsiosassa merenpinta lämmin ja sademäärät suuria
  • Keskisellä ja itäisellä Tyynellämerellä pääosin sataa vähän
  • Etelä-Amerikan rannikon lähellä merenpinta kylmempi kuin valtameren länsiosissa         aavikkomainen ilmasto
• El Niño vaikuttaa parin vuoden välein ja sotkee virtauksia
• Päiväntasaajan tienoilla matalapaineet liikkuvat länteen ja ovat yleensä heikkoja
  • Sopivissa oloissa voivat kehittyä trooppisiksi hirmumyrskyiksi

Trooppiset hirmumyrskyt

• Syntyy heikon trooppisen aallon / matalapaineen vahvistuessa suotuisissa oloissa
  • 4°–22° S, 4°–35° N (päiväntasaajalla coriolisvoima 0)
  • Hurrikaanit (Amerikka), taifuunit (pohjoinen Tyynimeri), syklonit (Intia ja eteläinen Tyynimeri)
  • Alkaa yksittäisistä konvektiopilvistä
• Pyörremäistä virtausta pitää yllä sekä alustasta virtaava lämpö että sateessa veden tiivistyessä vapautuva latentti lämpö
  • Meriveden pintalämpötilan oltava yli 27 °C
  • Heikkenee joutuessaan kylmälle merialueelle tai maalle
• Alas satavan kosteuden korvaa keskukseen jatkuvasti pinnan läheisessä kerroksessa virtaava lämmin ja kostea ilma
• Liiallinen tuuli rikkoo hirmumyrskyn rakenteen
• Halkaisija keskimäärin 500 km
• Ilmanpaine keskuksessa yleensä 930–970 hPa (ennätys 870 hPa)

Vuoden 2023 trooppiset myrskyt Atlantilla

Pisteet 6 tunnin aikavälein

Väreillä maksimituulennopeus

Vuoden 2024 trooppiset myrskyt Atlantilla

Pisteet 6 tunnin aikavälein

Väreillä maksimituulennopeus

Vuoden 2024 trooppiset myrskyt

Pisteet 6 tunnin aikavälein

Väreillä maksimituulennopeus

Kuva: Wikipedia CC0

Hirmumyrskyn rakenne

• Voimakas tuuli (väh. 33 m/s) kiertää myrskyn keskusta
  • Pinnan lähellä tuuli kääntyy vinosti kohti keskusta
• Myrskyn keskuksessa on suhteellisen heikkotuulinen myrskyn silmä, jonka halkaisija on ~ 20–100 km
  • Kuiva laskuvirtaus        osin selkeää

Kuva: NOAA

• Silmää ympäröi yhtenäinen konvektiopilvien seinämä ja voimakkaimpien tuulten rengas (eyewall)
  • Tuuli enimmillään 50–100 m/s
• Ulompana kuuropilvet muodostavat spiraalimaisia keskustaa ympäröiviä pilvijonoja
• Ylimpänä laaja yläpilvikerros
• Liikenopeus 20–50 km/h

Hurrikaani Erin

• Atlantin hurrikaanikauden 2025 ensimmäinen hurrikaani
  • Trooppinen aalto 11.8. Kap Verden edustalla
  • 1. luokan hurrikaani 15.8.
  • Vuorokautta myöhemmin 5. luokan hurrikaani (915 hPa, n. 70 m/s)

• Pilvivallin uudelleen-muodostumissyklin (eyewall replacement cycle) jälkeen Erin heikkeni 3. luokan hurrikaaniksi, mutta sen koko kasvoi
  • Halkaisijaltaan (925 km) 2. suurin Sandyn (v. 2012) jälkeen vuoden 1966 satelliittimittausten aloittamisesta asti
• ​Pysyi enimmäkseen merellä

Kuva: Zoom Earth

Trooppinen myrsky

1. luokan hurrikaani

2. luokan hurrikaani

4. luokan hurrikaani

3. luokan hurrikaani

5. luokan hurrikaani

Ekstratrooppinen matalapaine

Pisteet 3 h välein

Lähde: EUMETSAT

Puerto Ricon tutkakuvaa 5. luokan vaiheesta

Lähde: Wikipedia CC0

Kap Verdellä satoi 192 mm 5 tunnissa (9 kuolonuhria), Guadalupella 63 mm 6 tunnissa, paikallisia tulvia Karibian saarilla ja Yhdysvalloissa, paikoin 6-metrisiä aaltoja

4. luokan hurrikaani Kiko Tyynellä valtamerellä su 7.9. klo 1.00 UTC

(alin paine 946 hPa, maksimituuli 60 m/s)

NIR1.6, VIS0.8, VIS0.6

Havaiji

Ilmamassakuva Tyyneltä valtamereltä su 7.9. klo 6.00 UTC

WV6.2, WV7.3, IR9.7, IR10.8

Hurrikaani Melissa 26.10.2025 00.10 UTC – 29.10.2025 14.50 UTC

Hurrikaani Melissa 28.10.2025 11.48–21.03 UTC

Hurrikaani Melissan silmän mesopyörteet 28.10.2025 11.48–13.26 UTC