Ukkospilvi ja trooppiset hirmumyrskyt

FY14 Geofysiikka

Ukkosen ainesosat

Kosteus

Epävakaa ilma

Laukaiseva tekijä

+ lisämausteena tuuliväänne

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)

Kuva: Wikipedia CC BY-SA 3.0

Kuva: Wikipedia GFDL

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

Kuva: Wikimedia CC BY-SA 4.0

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

Kuva: Ahrens / Lakeheadu.ca

Tutkakuva 25.8.2025 5 min välein klo 14.35–18.55

Lähde: Testbed, Ilmatieteen laitos

Sylvi-rajuilma 8.8.2010

Kuva: Ilmatieteen laitos

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)

Kuvat: NOAA

Vuosien 2024–25 supersoluja tornadokujalla (12 min)

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

Kuvat: Luther College

Kuva: USRA

Tuulivektorit

Right mover ja left mover

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)

Kuva: Encyclopaedia Britannica

Vuoden 2023 trooppiset myrskyt Atlantilla

Pisteet 6 tunnin aikavälein

Väreillä maksimituulennopeus

Kuva: Wikipedia CC0

Vuoden 2024 trooppiset myrskyt Atlantilla

Pisteet 6 tunnin aikavälein

Väreillä maksimituulennopeus

Kuva: Wikipedia CC0

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)

Meriveden viileneminen Erinin jäljiltä

Kuva: Tropicaltidbits.com

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)

Kuva: EUMETSAT / OpenGeoWeb

NIR1.6, VIS0.8, VIS0.6