Toiveesta kirjoitan hieman matalapaineiden synnystä ilmakehässä. Valitettavasti tämä on hyvin laaja alue ja on vaikeata yrittää supistaa monen luentokerran materiaalia yhteen blogikirjoitukseen. Yritän kuitenkin.

 

Kun lähdetään tutkimaan, mistä matalapaineet syntyvät on ensin tarve selventää se, että etenkin synoptisessa skaalassa eli suuressa, tuhansien kilometrien skaalassa ilmakehää kuvataan yleensä aaltoina.

 

327287.jpg

 

Kuvassa on GFS mallin ennuste ja siitä nähdään noin esimerkkinä, kuinka ilmakehässä on aaltomaista rakennetta. Siinä nähdään yksi aalto eli jana solasta solaan. Matalapaineet voidaan yksinkertaisimmillaan kuvata aaltoina. Aluksi on sattumanvaraisen pieni aaltomainen häiriö, joka voi kuolla pois, tai se voi alkaa voimistua kehittyen matalapaineeksi. Mikäli aalto voimistuu, sen amplitudin tulee kasvaa eli aallon pohjan ja aallonharjan ero kasvaa. Jos tuo aallon amplitudi kasvaa tarpeeksi voi siitä syntyä meille tuttu matalapaine.

 

Nyt hyppään suoraan ns. barokliinisen instabiiliuden määrittämiseen, eli siihen, missä tilanteessa on epävakautta, että tuo aalto voi kasvaa. Yhtälö on hyvin monimutkaisen näköinen, mutta perehdytään siinä vain muutamaan kohtaa ja vaikka nekin menee yli hilseen, niin ei se mitään, lopputulos on nyt vain tärkeä. Eli seuraava kappale on hiukan matemaattinen, joten ei väliä jos ei pysy siinä perässä.

 

327297.jpg

<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

 

Yhtälössä on aallon vaihenopeus, c. Deltan, δ, eli alemman yhtälön tulee olla negatiivinen, että aallon amplitudi muuttuu, jos se taas on positiivinen, aalto ei kehity suuntaan eikä toiseen. Koska haluamme, että aallon amplitudi muuttuu, on siis delta negatiivinen, jolloin sillä on reaali ja imaginääriosa (eli jos otamme laskimessa esim -2 neliöjuuren tulee semmoinen kummallinen i merkki). Jos imaginääriosa on puolestaan positiivinen aallon amplitudi kasvaa ja tilanne on barokliinisesti instabiili ja matalapaineen syntymiselle on otollinen tila.

Näin ollen yhtälössä meitä kiinnostaa eritoten c:n yhtälön viimeinen termi eli delta, joka on erikseen määritelty. Deltan yhtälössä on monia vakioita sun muuta krääsää, mutta tärkeimmän siitä erottaa helposti. Mikäli Ut on iso, saa se yhtälön negatiiviseksi ja aalto voi kasvaa.

 

Nyt voivat matematiikkaa inhoavat palata takaisin. Tervetuloa. Hypätään nyt kaiken johtamisen sun muun yli yksinkertaistettuun lopputulokseen. Jotta aallon amplitudi kasvaa ja on ”barokliinista instabiiliutta” täytyy Ut:n eli termisen tuulen olla iso. Terminen tuuli ei ole mikään oikea tuuli vaan periaatteessa vain määritelmä siitä, että tuulen nopeus ja suunta muuttuu mitä ylemmäksi ilmakehässä mennään. Se voidaan osoittaa johtuvan horisontaalisista lämpötilaeroista. Eli siellä missä suuria lämpötilaeroja, on myös todennäköisesti instabiiliutta ja matalapaineiden syntyä.

 

Tämä pelkästään ei kuitenkaan riitä. Alussa mainitsin, että ilmakehä on aaltomainen. Yhtälöstä voidaan johtaa, että pienet aallot ovat stabiileja eli niissä ei ole yleensä barokliinista instabiiliutta, lisäksi hyvin pitkät aallot ovat stabiileja johtuen osaltaan maapallon pyörimisestä. Eli periaatteessa keskipitkät aallot, jotka ovat yleensä n. 3000 km – 7000 km voivat olla instabiileja.

 

Kaiken tämän lopuksi voidaan siis sanoa yhteenveto, että matalapaineita syntyy, jos tuo alussa mainittu aallonpituus sattumanvaraisesti syntyneellä häiriöllä on noin luokkaa 4000 km, ja siinä on suuria lämpötilaeroja, joka johtaa tuulennopeuden kasvuun ylöspäin mentäessä. Tälle ”termiselle tuulelle”  riittää, että tuulen voimakkuus kasvaa 1 m/s yhtä kilometriä kohden ylöspäin mentäessä.

 

Lohdutonta tässä on, että tämä on vain yksi pikkuinen osa, jolla voidaan selittää matalapaineden syntyä. Toinen asia mikä tulisi käydä läpi on häiriöiden energiatalous. Niissä aaltohäiriöt ottaa perusvirtaukselta ”vapautettavissa olevaa potentiaalienergiaa”, joka sitten käytetään matalapaineen liike-energiaksi. Kuitenkin tämä VOPE liittyy juuri niihin alueisiin, missä esiintyy suuria horisontaalisia lämpötilaeroja. Lisäksi tulisi tarkastella ilman nousuliikkeitä, kylmän ilman saapumista pohjoistuulen ja lämpimän ilman advektiota etelätuulen alueella jne..

 

Valitettavasti tämä on siis vain yksinkertaistettu katsaus mistä matalapaineet saa alkunsa. Prosessiin liittyy hyvin monta muuta asiaa ja pelkästään sääkarttojen seuraaminen siitä missä on kylmää ja lämmintä ei aina toimi. Toivottavasti tästä nyt kuitenkin saa jotain irti. Kun näitä asioita käydään lukuisia luentoja kursseilla läpi on niiden tiivistäminen yhteen blogikirjoitukseen hyvin vaikeaa, etenkin kun ei voi olla käyttämättä liikaa erikoissanastoa tai matematiikkaa.

 

Tämän tarkastelun johtopäätös on, että meille tutut rintamamatalapaineet kehittyvät alueilla, joissa on barokliininen tilanne, eli on suuria lämpötilaeroja. Alkuperäisen häiriön aallonpituus tulee olla "keskiluokkaa" eli n. 4000 km. Häiriöt saavat alkunsa ja energiansa ns. "perusvirtaukselta" eli suuren skaalan länsivirtaukselta. Jotta saisin teidän päät totaalisesti pyörimään, niin sanottakoon, että tällä selitetään periaatteessa yläilmakehän matalapaineet, maanpinnassa ja tavallisilla sääkartoilla tavattavat matalat vaativat hieman toisenlaista tarkastelua. Lisäksi on olemassa ns. barotrooppinen instabiilius, jolla selitetään enemmänkin tropiikin sääoloja ja se on vielä monimutkaisempi.

 

Jaksoikohan kukaan tänne asti.. Jos jaksoitte niin onneksi olkoon. Ehkä tämä antaa myös jonkinlaisen kuvan siitä mitä meille opetetaan luennoilla. Toivottavasti teille jäi avoimia kysymyksiä, sillä selostin kaiken mahdollisimman yksinkertaiseksi selkeyden vuoksi. Kysykää pois niin voin toivottavasti vastata tarkemmin!

 

Kirjoitan huomenna tai ylihuomenna jälleen tutun ja turvallisen sääpäivityksen ilman matematiikkaa ja monimutkaisia säätermejä.