1. Kandidaatin tutkielma
Meteorologia
KAPEAT KYLMÄT RINTAMAT SYNOPTISESSA SKAALASSA JA MIKROSKAALASSA
Nina Karusto
30.10.2014
Ohjaaja: Victoria Sinclair
Tarkastaja: Jouni Räisänen
HELSINGIN YLIOPISTO
FYSIIKAN LAITOS
PL 64 (Gustaf Hällströmin katu 2)
00014 Helsingin yliopisto
3. 2
1. JOHDANTO
Rintamat ovat päivittäinen näky sääkartoilla, mutta siltikään niillä ei ole yhtenäistä ja yksiselitteistä
määritelmää. Esimerkiksi kapea kylmä rintama on vain yhden tai monen ihmisen subjektiivinen
mielipide havaitusta rintamasta. Hyvin pelkistetystä rintaman määritelmästä ollaan monessa
oppikirjassa kuitenkin yhtä mieltä. Rintama on eräänlainen rajapinta tai vyöhyke, joka erottaa
kaksi erilämpöistä ilmamassaa (Markowski ja Richardson, 2010). Vyöhykkeen saattaa tunnistaa
voimakkaammasta horisontaalisesta potentiaalilämpötilan gradientista verrattuna gradienttiin
muualla ympäristössä.
Rintamat ovat määritelmän sekavuudesta huolimatta hyvin merkittäviä säänaiheuttajia.
Viimeisimmän tutkimuksen mukaan rintama ylittää Helsingin joka 2,6 päivä (Sinclair, 2013).
Rintamat tunnetaan ehkä kaikista parhaiten sadetta tuovina ilmiöinä. Ne voivat kuitenkin tuoda
rankkoja ukkoskuuroja tai voivat pelkästään aiheuttaa suuren lämpötilan muutoksen. Toisaalta
rintama ei välttämättä aiheuta huomattavaa muutosta säätilaan. Rintamat ovatkin edelleen
mielenkiintoinen tutkimuksen kohde, koska rintamat eivät tuo vain yhdenlaista säätä.
Rintamista on kertynyt vuosikymmenien aikana monenlaista tutkimusta. Berry et al. (2011)
selvittivät rintamien globaalin jakauman käyttämällä tietokoneelle kehitettyjä algoritmeja, jotka
tunnistivat rintamat objektiivisesti ERA-40 uusanalyyseistä. Tämä tutkimus onkin yksi
tutkimuksista, joka on ottanut askeleen kohti yhtenäisempää rintaman määritelmää.
Tutkimuksessa osoitettiin mm. se, että keskileveysasteiden myrskyradoilla esiintyy rintamia
kaikista eniten. Globaalien rintamien klimatologioiden lisäksi on selvitetty paikallisia rintamien
jakaumia. Payer et al. (2011) keskittyivät Suurten Järvien alueen rintamien klimatologiaan ja
havaitsivat, että kylmä rintama on kaikista yleisin kyseisellä alueella, mutta lämpimät ja
stationääriset rintamat liittyivät huomattavasti useammin voimakkaaseen barokliinisyyteen.
Pelkästään teoriaan tai havaintoihin keskittyvän tutkimuksen lisäksi on tutkimuksia, jotka ovat
yhdistäneet nämä kaksi aihealuetta ja selvittäneet kuinka hyvin teoria vastaa todellisuutta. Smith
ja Reeder (1988) kokosivat yhteen kolme rintamia kuvaavaa mallia: ilmamassa-, gravitaatiovirtaus-
ja frontogeneesiteoriat. He yhdistivät nämä teoriat havaintoihin. Gravitaatiovirtausteorian yhteen
sovittaminen havaintoihin osoittautui hankalaksi, koska sen muuttujia ei ole helppo asettaa
vastaamaan todellista ilmakehää. Osalla havaituista rintamista oli kuitenkin
4. 3
gravitaatiovirtausteorian piirteitä. Gravitaatiovirtausteoria onkin tällä hetkellä suuri kiinnostuksen
kohde tutkimuksessa.
Suomessa erityisesti rintamiin keskittyvä tutkimus on ollut tähän päivään saakka hyvin
pienimuotoista verrattuna Yhdysvaltoihin. Tutkimuksen kannalta Suomen sijainti on kuitenkin
mielenkiintoinen, sillä Suomi sijaitsee Pohjois-Atlantin myrskyradan loppupäässä. Esimerkiksi
Saarikiven ja Puhakan (1990) tekemä tutkimus keskittyi talviaikana havaittuun lämpimään
okkluusiorintamaan, joka ylitti Suomen. Tutkimuksessa keskityttiin havaintodatan analysoimiseen.
Helsingin alueelle on tehty myös tutkimus rintamien klimatologiasta (Sinclair, 2013).
Tutkimuksessa selvitettiin kylmien ja lämpimien rintamien sekä okkluusiorintamien yleisyys,
ominaisuudet ja rajakerroksen rakenne, sekä muodostettiin kylmästä ja lämpimästä
rintamatyypistä keskiarvomallit eli minkälainen rintama tyypillisesti ylittää Helsingin. Tuloksiksi
saatiin muun muassa, että yleisin rintamatyyppi oli kylmä rintama ja rintamia on eniten talvella ja
syksyllä.
Edellä jo totesinkin, ettei rintamilla ole tarkkoja ja eksakteja määritelmiä, eikä myöskään kapealla
kylmällä rintamalla. Kapean kylmän rintaman voisi määritellä esimerkiksi niin, että sillä on
voimakas potentiaalilämpötilan gradientti hyvin kapealla alueella, jonka leveys voisi olla alle 10
km. Kapea kylmä rintama on vaikeaa tunnistaa ennustemalleista, koska ennustemallien hilaväli on
liian suuri mallintamaan rintama oikein (Sinclair et al., 2012). Aikaisimpia tutkimuksia kapeista
kylmistä rintamista ovat Shapiron (1984) ja Shapiron ym. (1985) tekemät tutkimukset, joissa on
pystytty mittauksin todistamaan, että kyseessä on ollut poikkeuksellisen kapea rintama. Vuonna
1984 Shapiro teki tapaustutkimuksen eräästä kapeasta kylmästä rintamasta, jonka lämpötilan ja
tuulen gradientit olivat vain 200 metriä leveät ainakin 300 metrin korkeuteen asti. Myöhemmässä
tutkimuksessa Shapiro et al. (1985) tutkivat useampaa tapausta kerralla ja saivat selville, että
kapeilla kylmillä rintamilla on gravitaatiovirtauksen ominaisuuksia. Suomessa on tehty yksi
tutkimus eräästä kapeasta kylmästä rintamasta (Sinclair et al., 2012), jossa tutkittiin rintaman
ennustettavuutta ja ominaisuuksia. Ennuste oli melko hyvä, mutta malli näytti rintaman olevan
leveämpi.
Tämän tutkielmatyön tarkoituksena on tunnistaa kolmeen mahdolliseen kapeaan kylmään
rintamaan vaikuttaneet synoptisen skaalan pakotteet eli tarkoituksena on tunnistaa minkälaiset
olivat ilmakehän synoptisen skaalan piirteet, jossa kapeat kylmät rintamat muodostuivat.
Tarkastelen myös sitä, minkälaiset olivat pintahavainnot, kun rintamat ylittivät Etelä-Suomen.
5. 4
Pohdin myös olivatko rintamat loppujen lopuksi todellisuudessa niin kapeita kuin mitä
havaintoasemien mittaukset näyttävät.
Rintamat valittiin tutkielmaan havaintodatan ja sääanalyysien perusteella. Havaintodatassa
rintamien kohdalla tapahtui selkeä ja nopea lämpötilan aleneminen, jolloin oli turvallista olettaa,
että rintamat olivat mahdollisesti ainakin kylmiä rintamia. Sääanalyyseistä tarkastettiin vielä, että
kylmä rintama ylitti Helsingin. Sääanalyyseistä varmistettiin myös, ettei suursäätila ollut liian
monimutkainen.
Suihkuvirtauksen aiheuttama pakote oli yksi tärkeimmistä vaikuttajista tässä kuvatuissa kapeissa
kylmissä rintamissa. Suihkuvirtauksen alueella on kaksi aluetta, jotka ovat erityisen suotuisia
kohtia syklonien kehittymiselle ja voimistumiselle. Näillä alueilla muodostuu synoptisen skaalan
nousuliikettä, mikä on tärkeä tekijä syklonien kehittymiselle ja voimistumiselle. Alueita kutsutaan
suihkuvirtauksen oikeanpuoleiseksi sisäänvirtausalueeksi ja vasemmanpuoleiseksi
ulosvirtausalueeksi. Suihkuvirtauksen oikeanpuoleinen sisäänvirtausalue sijaitsee suihkuvirtauksen
maksimialueen taka-alueen oikealla puolella eli suihkuvirtauksen alueen oikealla puolella, missä
virtaus menee ”sisälle” suihkuvirtausalueelle. Suihkuvirtauksen vasemmanpuoleinen
ulosvirtausalue sijaitsee vastaavasti suihkuvirtauksen etureunan vasemmalla puolella eli
suihkuvirtauksen alueen vasemmalla puolella, mistä virtaus tulee ulos.
2. MENETELMÄT
Synoptisen skaalan kuvaajiin käytettiin ECMWF:n vapaasti saatavilla olevia ERA-Interim-
uusanalyysejä. Mikroskaalassa käytetty havaintodata saatiin kahdelta mittausasemalta
Järvenpäästä ja Kivenlahdesta. Järvenpää sijaitsee Helsingistä 37 kilometriä pohjoiseen ja
Kivenlahti Espoossa Helsingin länsipuolella. Järvenpäässä mitattiin lämpötilaa, kastepistettä,
tuulennopeutta ja tuulensuuntaa, sekä vuonna 2013 myös suhteellista kosteutta. Lämpötila- ja
kosteusmittaukset ovat 2 metrin korkeudelta ja tuulimittaukset ovat 10 metrin korkeudelta.
Kivenlahden mittausmastosta saatiin lämpötila kahdeksalta eri korkeudelta (5, 26, 48, 93, 141,
218, 266 ja 296 m) ja tuuli neljältä eri korkeudelta (26, 93, 218 ja 327 m).
Rintamille laskettiin myös nopeudet pintapainekarttojen avulla. Kartoista valittiin sama sola
kahdelta eri ajanhetkeltä, jolloin pystyttiin laskemaan kahden pisteen välinen etäisyys. Nopeutta
laskettaessa otettiin huomioon maan kaarevuus. Virhe arvioitiin siitä kuinka tarkasti pystytään
6. 5
lukemaan pituus- ja leveysasteet. Virhettä aiheuttaa myös se, ettei sola välttämättä ole kartassa
tarkasti oikeassa paikassa. Rintamien nopeudet saataisiin arvioiduksi paremmin kahden tai
useamman lähekkäin olevan mittausaseman havaintodatan avulla, mutta tähän ei ollut
mahdollisuuksia. Jotta rintamien leveydet saatiin lasketuksi, tarvittiin myös arvioida rintaman
ohitusaika mittausasemilla. Järvenpään mittauksista ohitusaika arvioitiin lämpötilan avulla.
Kivenlahden mittauksista ohitusaika arvioitiin ylimmän mittaustason lämpötilan avulla. Lämpötilaa
käytettiin, koska rintamat ovat tiheyden gradientteja ts. potentiaalilämpötilan gradientteja.
Ohitusajan virhe arvioitiin siitä kuinka tarkasti pystyttiin lukemaan aika ja rintaman aiheuttama
lämpötilan laskun kohta. Nopeuden ja ohitusajan avulla laskettiin rintamien leveydet. Leveyksien
virheet saatiin keskivirheen kasautumislaista.
3. KAPEAT KYLMÄT RINTAMAT
3.1 TAPAUS 6.3.2013
6.3.2013 1800 UTC Helsingin ylitti kapea kylmä rintama, johon liittyi huomattavia synoptisen
skaalan pakotteita. Tilanteessa oli merkittävässä asemassa pintamatalan syveneminen, joka
voimistui synoptisten pakotteiden johdosta. Tapauksessa oli (1) yläsola pintamatalan jäljessä, (2)
pintamatalan sijainti oli suihkuvirtauksen paikallisen maksimin vasemmanpuoleisella
ulosvirtausalueella ja (3) yläsola oli difluenttinen.
Kuvassa 1a näkyy pintamatalan keskus (6.3.2013, 0000 UTC), joka on Norjan rannikolla. Paine
pintamatalan keskuksessa on vähemmän kuin 992 hPa. Pintamatalan keskuksesta itäkaakkoon
päin on sola. Tässä vaiheessa kuvassa 1a yläsola on näkyvissä vain pienenä ”ryppynä” aivan
pintamatalan yllä. Yläsolan kohdalla 500 hPa:n geopotentiaalikorkeuden isoviivat ovat paljon
tiheämmässä muuhun ympäristöön verrattuna, ts. kyseisellä kohdalla on
geopotentiaalikorkeudella suuri gradientti. Suuresta gradientista voidaan päätellä, että kohdalla
on paikallisesti suurempia tuulen nopeuksia kuin ympäristössä. Näin todellisuudessa onkin.
Kohdalla on suihkuvirtauksen maksimi, jonka vasemmanpuoleisella ulosvirtausalueella on
pintamatalan keskus.
Edelleen kuvassa 1a on Etelä-Suomen kohdalla lämmintä advektiota, koska tuuli kääntyy
myötäpäivään korkeuden kasvaessa eli tuuli kiertyy oikealle. Pintamatalan keskuksen länsipuolella
on kylmää advektiota, koska tuuli kääntyy vastapäivään korkeuden kasvaessa. Kylmä advektio on
7. 6
huomattavaa, koska pintapaineen ja 500 hPa:n geopotentiaalikorkeuden isoviivojen välillä on iso
kulma.
Kuva 1. Pintapaine (mustat isoviivat 4 hPa:n välein) ja 500 hPa tason geopotentiaalikorkeus (vaaleanvihreät isoviivat 6 dm välein):
(a) 0000 UTC ja (b) 1800 UTC 6.3.2013. Paikallinen aika on UTC + 2 h. Pintapaine (isoviivat on 4 hPa:n välein) ja väritys kertoo
keskituulen nopeuden 300 hPa:n tasolla (yksikkö m/s): (c) 0600 UTC ja (d) 1800 UTC 6.3.2013. (ECMWF).
Kuusi tuntia myöhemmin (0600 UTC) kuvassa 1c pintamatalan keskus on venynyt kahtia.
Päämatalapaineen keskus on Suomen länsirannikolla. Sen vasemmalla puolella olevasta
pienemmästä keskuksesta muodostuu myöhemmin tässä tarkasteltava kapea kylmä rintama.
Kuvassa 1c näkyy suihkuvirtauksen paikallinen maksimi, joka on punaisilla sävyillä merkittynä 64°N
8. 7
leveyspiirillä Norjan rannikolta Länsi-Suomeen ylettyvällä alueella. Pää pintamatalan keskus on
suihkuvirtauksen maksimin vasemmanpuoleisella ulosvirtausalueella, jossa sillä on erityisen hyvät
olosuhteen voimistumiseen.
Kuvissa 1b ja 1d kapea kylmä rintama on jo Etelä-Suomen kohdalla hetkellä 1800 UTC.
Pintamatalan keskus on liikkunut itä-kaakkoon päin. Se on nyt Itä-Suomen puolella. Pintapaineessa
näkyy pieni sola, joka lähtee pintamatalan keskuksesta Etelä-Suomen rannikkoalueen yli
lounaaseen. Solan kohdalla on kapea kylmä rintama. Pintamatalan keskus on syventynyt. Paine
keskuksessa on vähemmän kuin 984 hPa. Kuvassa 1b yläsola on pintamatalan jäljessä ja sekin on
voimistunut. Yläsolasta länsi-luoteeseen 500 hPa:n korkeuskentän isoviivat ovat tiheässä, mikä
viittaa siihen, että jäljessä oleva suihkuvirtauksen paikallinen maksimi on vahvistunut ja/tai
laajentunut. Yläsolan itäpuolella taas isoviivat leviävät. Kokonaisuudessaan yläsola on
difluenttinen sola, mikä merkitsee sitä, että yläsola on vielä voimistumaan päin. Kuvassa 1d
suihkuvirtauksen paikallisen maksimin alue on kasvanut, mutta tuulen nopeudet eivät ole
voimistuneet. Maksimituulennopeudet yltävät jo Etelä-Suomen länsipuolelle. Pintamatalan keskus
on edelleen suihkuvirtauksen vasemmanpuoleisella ulosvirtausalueella, mikä viittaa siihen, että
systeemi on edelleen voimistumassa. Kuvassa 1b rintaman takana Etelä-Suomen yllä on kylmää
advektiota, koska tuuli kääntyy vastapäivään korkeuden kasvaessa.
Pintamatalankeskus oli poikkeuksellisen nopealiikkeinen. Syklonien liikenopeuteen vaikuttaa
pääasiassa tuulennopeus tasolla 700 hPa (James, 1994).
Kuva 2. (a) Pintapaine (isoviivat 4 hPa:n välein) ja potentiaalilämpötila (sävytys 2 K:n välein) tasolla 850 hPa 1800 UTC 6.3.2013
(ECMWF). (b) Mustat viivat kuvaavat virtausta ja punaiset viivat ovat lämpötilan isoviivoja. Kuva näyttää kuinka deformaatiovirtaus
saa aikaan frontogeneesin (Lackmann, 2012).
9. 8
Kuvassa 2a rintama on Etelä-Suomen tienoilla 1800 UTC 6.3.2013, missä myös
potentiaalilämpötilan gradientti on paikallisesti voimakkaampi muuhun ympäristöön nähden.
Frontogeneesi eli rintaman voimistuminen on tapahtunut deformaatiovirtauksen vaikutuksesta.
Kuvan 2a tilanteen pintapaineen samanarvonkäyrien voidaan ajatella periaatteessa vastaavan
virtauksien suuntia, vaikka kitka kääntää virtausta aavistuksen vasemmalle. Paineen
samanarvonkäyrät muodostavat lähes oppikirjamaisen deformaatiovirtauksen (vrt. kuva 2b), joka
aiheuttaa frontogeneesiä. Deformaatiovirtauksella tässä tapauksessa tarkoitetaan käytännössä
sitä, että rintaman takana on lähes suoraan pohjoisesta tuleva virtaus, joka työntää kylmää ilmaa,
mutta toisaalta potentiaalilämpötilan isoviivoja lähemmäksi toisiaan. Pohjoisvirtauksen tihentämä
lämpötilagradientti ei myöskään pääse purkautumaan rintaman eteläpuolella, koska virtaus
jakaantuu siellä itä-länsi-suuntaiseksi. Etelä-Euroopasta suuntautuu kohti pohjoista heikko
etelävirtaus, mutta ei ole yhtä selkeä kuin rintaman takana oleva pohjoisvirtaus.
Kuvasta 1 saadaan arvioiduksi rintaman liikenopeus. Tämän rintaman nopeudeksi saatiin 57 km/h,
ja laskennallisesti virheeksi tuli 2 km/h. Kun ottaa vielä huomioon rintaman kohdan arvioimisen
mahdolliset virheet, voisi virhe olla kaksi yksikköä suurempi. Kuvasta 3a saadaan arvioiduksi
rintaman ohitusaika. Aika arvioitiin lämpötilan avulla. Ohitusaika on se, missä lämpötilan arvo laski
kaikista jyrkimmin. Ohitusajaksi saatiin 50 minuuttia ja virhe oli noin 10 minuuttia. Kylmän
rintaman leveydeksi saadaan tällöin 48 km ja sen virheeksi 10 km. Leveys ei siis vaikuta olevan
kovin kapea, mutta ei se ole leveimmästäkään päästä.
MIKROSKAALA; HAVAINTOASEMALLA SAADUT MITTAUKSET
Kuvassa 3a kapean kylmän rintaman etureuna saavutti Järvenpään mittausaseman 1800 UTC,
jolloin lämpötila alkoi laskea jyrkästi. Lämpötila putosi vähän alle tunnin aikana noin kuusi astetta.
Alkuperäinen lämpötila juuri ennen rintamaa oli 2 °C ja rintaman jälkeen suurin piirtein -4 °C.
Edeltävän aamuyön ja aikaisen aamun lämpötiloista ei jostain syystä ole havaintodataa, joten ei
voida tietää vaikuttiko laajan skaalan lämmin advektio yön lämpötiloihin. Keskipäivällä lämpötila
nousi luultavasti Auringon lämmittävästä vaikutuksesta, koska tuolloin oli heikohkoa kylmää
advektiota (ei kuvaa). 1200 UTC jälkeen lämpötila lähti kuitenkin laskemaan ennen rintamaa.
1200-1800 UTC tapahtunut kahden asteen lämpötilan aleneminen johtui luultavasti sinä aikana
voimistuneesta kylmästä lämpötila-advektiosta. Rintaman jälkeen lämpötila jatkoi laskemistaan
loivasti, mikä johtui mitä todennäköisemmin edelleen alueella olevasta kylmän ilman advektiosta.
Tietysti lämpötilan laskua selittää myös yön saapuminen, jolloin ei saada enää auringosta säteilyä.
10. 9
Toinen huomion arvoinen seikka kuvassa 3a on kastepisteen käyttäytyminen. Aivan heti rintaman
kohdalla kastepiste nousi suurin piirtein asteen verran, mikä johtui luultavasti paikallisesta
kosteuden konvergenssia. Rintaman ollessa mittausmaston kohdalla kastepiste laski rajusti noin
kahdeksan asteen verran, mikä johtui luultavasti siinä kohtaan olevasta kuivasta ilmasta.
Suhteellisen kosteus on lähes vakio ennen ja jälkeen rintaman, mutta rintaman kohdalla se ensin
nousee ja sitten laskee noin 20 %, minkä aiheuttaa luultavasti rintamassa oleva kosteus ja sade.
Kuva 3. (a) lämpötila (punainen käyrä), kastepiste (liila käyrä) ja suhteellinen kosteus (vihreä käyrä) 6.3.2013. (b) puuskanopeus
(vaaleansininen käyrä), keskituulennopeus (liila käyrä) ja tuulensuunta (punaiset ristit). Data Järvenpään mastosta. (Leskinen).
Kuvassa 3b on tuulen puuskanopeuden ja keskinopeuden arvot sekä tuulensuunta. Keskituulen
nopeus oli lähes vakio aamusta rintaman saapumiseen asti, noin 2-3 m/s. Tuuli voimistui
lineaarisesti rintaman kohdalla 3 m/s:stä 8 m/s:iin. Tuuli oli kovimmillaan rintaman jälkipuoliskolla.
Pian tuuli alkoi vaimentumaan, kun rintama oli ohittanut mittausmaston noin 1900 UTC. 0000 UTC
aikaan tuuli oli enää 2 m/s. Puuskat noudattivat samanlaista kaavaa kuin keskituulennopeus.
Tuulensuuntaa aamuyöstä ei voida verrata synoptisen skaalan kuviin, koska jälleen puuttuu
havaintodataa tuntemattomasta syystä. Tuulen suunta oli klo 9-12 välillä lähes vakio noin 240° eli
lounaan suunnalta. Sitten klo 12 jälkeen tuuli alkoi suoraviivaisesti kääntymään kohti pohjoista
niin, että rintaman kohdalla vallitsi lähes pohjoistuuli (tuulella aavistus luoteista komponenttia).
Tuuli kääntyi lähemmäksi luodetta illan aikana rintaman jälkeen. Synoptisen skaalaan virtauksesta
pystyi hyvin päättelemään mikä oli tuulen suunta maanpinnalla rintaman kohdalla.
3.2 TAPAUS 29.4.2007
29.4.2007 1900 UTC kapea kylmä rintama ylitti Etelä-Suomen. Tässä tapauksessa ylivoimaisin
pakote oli sulkukorkeapaine, joka oli Pohjois-Atlantilla Norjan rannikolla. Sulkukorkeapaine
aiheutti Suomen ylle pohjoissuuntaisen virtauksen, joka toi mukanaan kapean kylmän rintaman.
11. 10
Aluksi Suomen pohjoispuolelle oli muodostunut sola, jonka pohja oli kohti länttä. Sola liikkui
pohjoisvirtauksen mukana Suomen halki. Muita pakotteita olivat jälleen 1) yläsola pintamatalan
jäljessä, 2) pintasola suihkuvirtauksen vasemmanpuoleisella ulosvirtausalueella ja 3) yläsolassa
aavistus difluenttisuutta. Rintaman takana deformaatiovirtaus oli jälleen aiheuttamassa
frontogeneesiä.
Kuva 4. Pintapaine (mustat isoviivat 4 hPa:n välein) ja 500 hPa tason geopotentiaalikorkeus (vaaleanvihreät isoviivat 6 dm välein):
(a) 0000 UTC ja (b) 1800 UTC 29.4.2007. Paikallinen aika on UTC + 2 h. Pintapaine (isoviivat 4 hPa:n välein) ja keskituulen nopeus
tasolla 300 hPa (väritys, yksikkö m/s): (c) 0600 UTC ja (d) 1800 UTC 29.4.2007. (ECMWF).
12. 11
Sulkukorkeapaine Norjan rannikolla pysyi 29.4.2007 lähes vakiona ja paikallaan (kuvat 4a, 4b, 4c ja
4d). Paine keskuksessa ylitti klo 00 ja 06 UTC 1032 hPa, ja oli myös vielä klo 18 UTC yli 1028 hPa.
Kuvassa 4a Jäämeren rannikolla on sola. Solan pohja on kohti länttä. Etelä-Suomen yllä on selänne
kohti itää. Etelä-Suomen yllä ei ole minkäänlaista lämpötilan advektiota vielä tässä vaiheessa,
koska tuulen suunta pysyy vakiona korkeuden kasvaessa. Jäämeren rannikolla olevasta solasta
tulee tarkastelemamme kapea kylmä rintama. Suomen yllä 500 hPa:n tason
geopotentiaalikorkeuden samanarvonkäyrät ovat kallistuneet luoteis-kaakkoissuuntaisiksi, eikä
niissä vielä näy varsinaisesti mitään pakotetta suuntaan tai toiseen.
Sola on liikkunut Pohjois-Suomen ylle 0600 UTC (kuva 4c). Suihkuvirtaus on tullut pohjoisesta
etelämmäksi. Suihkuvirtauksen etureuna on Suomen luoteispuolella Pohjois-Norjan rannikolla.
Sola on suihkuvirtauksen vasemmanpuoleisella ulosvirtausalueella, joten voidaan odottaa että sola
voi vielä voimistua. Kuvassa 4b pintasola on aivan Helsingin kohdalla 1800 UTC. Solaan on nyt
muodostunut terävämpi mutka, jonka kohdalla on kapea kylmä rintama. Solassa ei ole enää
matalapaineen keskusta. Rintaman takana on kylmää advektiota, sillä tuuli kääntyy vastapäivään
korkeuden kasvaessa. Pintasolan jäljessä on yläsola, joka merkitsee sitä, että on barokliinisesti
mahdollista, että pintasola voi vielä voimistua. 500 hPa:n tasolla geopotentiaalikorkeuden isoviivat
ovat Pohjois-Euroopan yllä tiheämmässä kuin muualla, josta saadaan viitteitä, että siinä kohtaan
on suihkuvirtaus.
Kuvassa 4d suihkuvirtaus on
venynyt jälleen etelämmäksi 1800
UTC. Sen etureuna on nyt
Perämeren ja Tukholman kohdalla.
Kapea kylmä rintama on
suihkuvirtauksen
vasemmanpuoleisella
ulosvirtausalueella.
Kuvassa 5 on potentiaalilämpötilan
jakauma 1800 UTC 29.4.2007.
Kapeaan kylmään rintamaan
kuuluva potentiaalilämpötilan
gradientti kaartaa Etelä-Suomesta Perämeren ja Keski-Ruotsin yli kohti pohjoista. Gradientti on
Kuva 5. Pintapaine (isoviivat 4 hPa:n välein) ja potentiaalilämpötila (sävytys 2 K:n
välein) tasolla 850 hPa 1800 UTC 29.4.2013 (ECMWF).
13. 12
selvästi voimakkaampi lähiympäristöön nähden, mutta ei ole yhtä voimakas kuin luvussa 3.1
käsitellyssä rintamassa. Gradientti painottuu rintaman kohdalle ja sen taakse. Rintaman takana on
deformaatiovirtaus, joka aiheuttaa frontogeneesia. Koska rintaman etupuolella virtaus hajaantuu
tai on huomattavasti heikompaa, takaapäin tihenevä lämpötilagradientti ei pääse purkautumaan
rintaman etupuolelle. Pohjois-Atlantilla sulkukorkeapaine on estämässä virtauksen kulkua ja Itä-
Euroopassa virtaus kääntyy lähes 90 astetta ja hajaantuu.
Rintaman nopeudeksi saatiin 62 km/h, jonka virhe oli 2 km/h. Todellisen virheen arvioisin olleen
jälleen kaksi yksikköä laskettua suurempi. Kuvista 6a ja 6c saadaan arvioiduksi rintaman ohitusaika
sekä Järvenpäässä että Kivenlahdessa. Kuvassa 6a apuna käytettiin lämpötilaa ja kuvassa 6c
lämpötilaa korkeimmalta mittaustasolta. Ohitusaika on se aika, minä lämpötila laskee kaikista
jyrkimmin. Rintaman ohitusaika oli Järvenpäässä 50 minuuttia ja virhe 10 minuuttia, jolloin
rintaman leveydeksi saatiin 52 km ja virheeksi 11 km. Kivenlahdessa rintaman ohitus kesti vain 15
minuuttia, mutta virhe oli 10 minuuttia. Rintaman leveys oli tuolloin 16 km ja virhe 10 km.
Rintaman laskettu leveys erosi siis huomattavasti Järvenpään ja Kivenlahden välillä. Rintaman
laskettu leveys oli Kivenlahdessa melko kapea, mutta Järvenpäässä yli kolme kertaa leveämpi kuin
Kivenlahdessa.
MIKROSKAALA: HAVAINTOASEMAMITTAUKSET
Kapea kylmä rintama ohitti Kivenlahden mittausmaston suunnilleen 1900 UTC eli paikallista aikaa
klo 21:00 (kuva 6c) ja Järvenpään mittausmaston suunnilleen samaan aikaan (kuva 6a).
Järvenpäässä lämpötila laski noin viisi astetta (ennen 7 °C, jälkeen 2 °C). Kivenlahdessa lämpötila
laski noin neljä astetta alimmalla mittauskorkeudella (ennen 6,7 °C ja jälkeen 2,5 °C). Kivenlahden
kuvassa 6c jokaisella mittaustasolla lämpötila putoaa samaan aikaan ja yhtä jyrkästi, mikä kertoo
rintaman olleen pystysuora maanpinnan lähellä.
Kuvissa 6 a ja c ennen rintamaa lämpötila laski loivasti lähes kaksi astetta parissa tunnissa.
Lämpötilan lasku saattoi johtua siitä, että aurinko oli tuona aikana laskemassa, mikä tarkoittaa,
että säteilytase oli kääntymässä negatiiviseksi. Huhtikuun lopussa illan tullen maa-alueet viilenevät
vielä melko nopeasti, erityisesti kylmien meri- ja vesistöalueiden lähistöllä. Kuvassa 6c ennen
rintamaa lämpötilakerrostuneisuus 296 metrin korkeuteen asti oli lähes neutraali, sillä lämpötila
laski noin 9,4 °C/km hetkellä 1700 UTC (epävakaan ja vakaan lämpötilan laskun raja on noin 9,7
°C/km).
14. 13
Kuvissa 6 a ja c rintaman jälkeen lämpötila laski loivasti, mikä johtui yön saapumisesta, mutta myös
luultavasti synoptisen skaalan kylmästä advektiosta. Lämpötilan lasku tapahtui kaikissa kerroksissa
suunnilleen samalla nopeudella (kuva 6c). Hetkellä 2000 UTC lämpötilankerrostuneisuus 300
metriin asti oli vakaampi kuin ennen rintamaa. Lämpötilan lasku oli kyseisellä hetkellä 5,2 °C/km.
Toisaalta kolmessa matalimmassa sekä kolmessa ylimmässä mittauskerroksessa (5-48 ja 218-296
m) kerrostuneisuus oli lähes neutraali.
Kuva 6. (a) Punainen käyrä on lämpötila (°C) 2 m:n korkeudella ja liila käyrä on kastepiste (°C) Järvenpään mittausasemalla
29.4.2007. (b) Keltainen käyrä on tuulen puuskanopeus (𝑚 𝑠⁄ ), punainen keskituulen nopeus (𝑚 𝑠⁄ ) ja sininen tuulensuunta asteina
Järvenpään mittausasemalla 29.4.2007 (kuvat a ja b Leskinen). (c) Lämpötila eri korkeuksilla: 5 m (musta), 26 m (vihreä), 48 m
(sininen), 93 m (magenta), 141 m (musta katkoviiva), 218 m (punainen), 266 m (syanidi) ja 296 m (sininen katkoviiva). Mittaukset
Kivenlahden mittausmastosta 29.4.2007. (d) Tuulen nopeus ja suunta erikorkeuksilla 26, 93, 218 ja 327 m. Lyhyt väkänen on 2,5 m/s
ja pitkä väkänen 5m/s. Mittaukset Kivenlahden mastosta 29.4.2007.
Kuvassa 6a rintaman kohdalla kastepiste nousi lähes kuusi astetta. Kastepisteen nousu johtui
luultavasti paikallisesta kosteuden konvergenssista. Kastepiste käyttäytyikin hieman eri tavalla
kuin mitä sen odottaisi käyttäytyvän tämän kaltaisissa tilanteissa. Yleensä kylmä rintama, joka
tulee pohjoisen suunnilta etelää kohti, tuo mukanaan kuivempaa ilmaa kuin mitä tietyllä paikalla
15. 14
oli alun perin. Pohjoisesta tulee yleensä kylmää ilmaa ja Clausius-Clapeyronin yhtälön mukaan
kylmään ilmaan mahtuu huomattavasti vähemmän vesihöyryä kuin lämpimämpään ilmaan.
Kuvassa 6b Järvenpään mittausasemalla päivällä ennen rintaman tuloa klo 9-19 (paikallinen aika)
tuulennopeus oli tasaisesti 1-3 m/s. Klo 19-21 (paikallinen aika) tuuli vaimeni lineaarisesti lähes
tyyneksi. Rintaman kohdalla tuuli voimistui huomattavasti yhtäkkisesti klo 21 paikallista aikaa,
jolloin keskituulen nopeus oli parhaimmillaan 6-7,5 m/s. Noin tunti rintaman jälkeen tuuli heikkeni
huomattavasti ollen 1 m/s, mutta voimistui sitten uudelleen 4-5 m/s:iin. Kuvassa 6d on
tuulennopeuksia neljältä eri korkeudelta mitattuna Kivenlahdesta. Kivenlahdessakin tuuli voimistui
huomattavasti heti rintaman jälkeen kaikissa kerroksissa. Tuulennopeus käytännössä ainakin lähes
kaksinkertaistui kaikissa kerroksissa.
Kuvassa 6b Järvenpään mittausasemalla rintama ei aiheuttanut huomattavia tuulen
suunnanmuutoksia. Ennen rintamaa klo 17-20 aikoihin (paikallinen aika) tuuli oli lähes
pohjoistuulta (330-350°). Juuri ennen rintamaa tuuli kääntyi luoteistuuleksi (n. 300°) klo 20-21
paikallista aikaa. Rintaman kohdalla ja jälkeen tuuli oli selvästi pohjoistuulta. Kuvassa 6d
Kivenlahden tuulimittauksista nähdään konkreettisemmin tuulen suunta. Juuri ennen rintamaa
(1800 UTC) tuuli on luoteistuulta ja kaikista alimmalla mittaustasolla jopa lähes länsituulta. Heti
rintaman takana (1930 UTC) tuuli on kahdella ylimmällä mittaustasolla pohjoistuulta ja alemmilla
kerroksilla lähes pohjoistuulta.
3.3 TAPAUS 23.11.2007
23.11.2007 1800 UTC jälleen kapea kylmä rintama ylitti Etelä-Suomen. Tässä tapauksessa
tärkeimpänä tekijänä oli syvä matalapaineen keskus melko korkeilla leveysasteilla, leveysasteella
82°N Huippuvuorten lähellä. Tilanteeseen liittyi myös Etelä-Euroopassa ollut kuroutunut
matalapaine (kuva 7a), jonka itäpuolella oli omegan muotoinen sulkukorkeapaine.
Sulkukorkeapaineen ja perusvirtauksen vaikutuksesta kuroutunut matalapaine palautui takaisin
perusvirtaukseen ja muuttui tavalliseksi solaksi, jossa jatkossa tarkasteltava kapea kylmä rintama
oli Helsingin kohdalla. Tähänkin rintamaan liittyi selkeitä ja voimakkaita pakotteita, esimerkiksi
suihkuvirtauksen vasemmanpuoleinen ulosvirtausalue ja oikeanpuoleinen sisäänvirtausalue. Myös
deformaatiovirtauksella oli oma roolinsa.
Kuvassa 7a on tämän tilanteen lähtöasetelma 21.11.2007 0000 UTC. Grönlannin merellä oli
tapauksen päämatalapaineenkeskus, joka oli melko syvä, paine keskuksessa oli vähemmän kuin
16. 15
964 hPa. Länsi-Euroopan rannikolla oli kuroutunut matalapaine, jonka keskuksessa paine alitti 996
hPa. Matalapaineen itäpuolella Itä-Euroopassa oli omegan muotoinen sulkukorkeapaine. Kahden
vuorokauden kuluttua 23.11.2007 0000 UTC kuvassa 7b tilanne oli edennyt siihen vaiheeseen, että
kuroutunut matalapaine oli palautumassa takaisin perusvirtaukseen. Keskus oli Oslon lähettyvillä.
Tässä vaiheessa matalapaineen keskus näyttää enemmänkin jättimäiseltä solalta.
Päämatalapaineen keskus oli liikkunut Barentsinmerelle. Myös sulkukorkeapaine oli liikkunut
idemmäksi Lähi-idän puolelle. Sulkukorkeapaine oli itse asiassa kahden vuorokauden aikana
päässyt voimistumaan, mikä varmasti entisestään pakotti kuroutuneen matalapaineen
palautumaan takaisin perusvirtaukseen. Edelleen kuvassa 7b yläsola on aavistuksen jäljessä
takaisin palautuvaan kuroutuneeseen matalapaineeseen nähden, mikä antaa vihjeen tilanteen
mahdollisesta voimistumisesta.
Kuva 7. Kolmeen ensimmäiseen kuvaan on merkitty mustilla
isoviivoilla pintapaine 4 hPa:n välein ja vaaleanvihreällä on
geopotentiaalikorkeus tasolla 500 hPa, jonka isoviivat ovat 6 dm:n
välein. (a) 21.11.2007, 0000 UTC. (b) 23.11.2013, 0000 UTC. (c)
23.11.2007, 1200 UTC. Kahdessa viimeisessä kuvassa on
tuulennopeus tasolla 300 hPa sävytettynä ja isoviivat ovat sama
pintapaine kuin edellisissä kuvissa. (d) 23.11.2007, 0600 UTC. (e)
23.11.2007, 1800 UTC. (ECMWF).
17. 16
12 tuntia myöhemmin 12 UTC kuvassa 7c kuroutuneesta matalapaineesta ei ole jäljellä kuin
huomattavan terävä sola, joka yltää Keski-Suomesta Norjan eteläpuolelle asti. Solan kohdalla on
tarkasteltava kapea kylmä rintama, joka on juuri ylittämässä Etelä-Suomen, mutta ei ole vielä
yltänyt Kivenlahden ja Järvenpään mittausasemille. Päämatalapaineen keskus pohjoisessa ja
sulkukorkeapaine etelässä eivät ole juurikaan liikkuneet viimeisen 12 tunnin aikana. Näiden välissä
isobaarit ovat sekä ala- että ylätasolla hyvin tiheässä kuten myös oli edellisessä kuvassa 7b, mikä
kertoo, että alueella on ainakin joissain kohdin voimakkaita tuulia. Myös kuvassa 7c yläsola on
pintasolaan nähden jäljessä, mikä aiheuttaa pintasolaa voimistavan pakotteen. Pintasolan jäljessä
18. 17
Perämeren ja Keski-Suomen länsiosissa on huomattavaa kylmää advektiota, sillä tuuli kääntyy
voimakkaasti vastapäivään korkeuden kasvaessa.
Palataan ajassa aavistus taaksepäin. 23.11.2007 0600 UTC kuvassa 7d on suihkuvirtauksen
paikallinen maksimi Etelä-Ruotsin kohdilla. Suihkuvirtauksen vasemmanpuoleinen ulosvirtausalue
on suurin piirtein Suomen lounaispuolella Itämerellä, jonka suunnalla on myös entinen kuroutunut
matalapaine ts. nykyinen sola. Suihkuvirtaus aiheutti kapeaa kylmää rintamaa voimistaneen
pakotteen. Myös seuraavassa kuvassa 7e 23.11.2007 1800 UTC pintasolaan kohdistuu
suihkuvirtauksen aiheuttama pakote. Nyt suihkuvirtauksen paikallinen maksimi löytyy Kaakkois-
Suomesta. Sola jää Etelä-Suomessa ja Suomen lounaispuolella suihkuvirtauksen oikeanpuoleisen
sisäänvirtausalueen kohdalle. Tilanteeseen liittyy siis jälleen voimakas pakote.
Kuva 8. Pintapaine (isoviivat 4 hPa:n välein) ja potentiaalilämpötila (värisävytys 2 K:n välein) tasolla 850 hPa. (a) 23.11.2007, 0600
UTC. (b) 23.11.2007, 1800 UTC. (ECMWF).
Kuvassa 8a 23.11.2007 0600 UTC on potentiaalilämpötilakenttä ja pintapaineen isobaarit.
Kuroutunut matalapaine oli tässä vaiheessa jo muuttunut solaksi. Solan kohdalla on
potentiaalilämpötilan isoviivat tiheässä. Ympäristöön nähden voimakkaampi potentiaalilämpötilan
gradientti solan kohdalla johtuu deformaatiovirtauksesta. Virtaus solan ”takana” Norjan rannikon
seuduilla on luoteesta. Luoteisvirtaus ikään kuin työntää potentiaalilämpötilan isoviivat mottiin
solaan. Kylmän rintaman ollessa suurin piirtein Helsingin kohdalla kuvassa 8b 23.11.2007 1800 UTC
potentiaalilämpötilan gradientti oli päässyt hieman purkautumaan, mutta gradientti oli
voimistunut laajemmalta alueelta kuin edellisessä kuvassa. Kuvassa 8b sola on päässyt
kutistumaan eikä deformaatiovirtaus ole yhtä voimakkaasti näkyvissä kuin 12 tuntia aiemmin.
19. 18
Solan muoto aiheuttaa kuitenkin sen, että potentiaalilämpötilan isoviivat jäävät solan pohjalle
loukkuun.
Rintaman nopeus oli peräti 96 km/h. Virheeksi saatiin 4 km/h, mutta todellinen virhe saattaisi olla
muutaman yksikön suurempi. Kuvista 9a ja 9c saadaan arvioiduksi rintaman leveys Järvenpään ja
Kivenlahden mittausasemilla. Samalla tavalla kuin kahdessa edellisessä ohitusaika arvioidaan
Järvenpään mittauksista lämpötilan avulla ja Kivenlahden mittauksista ylimmän mittaustason
lämpötilasta. Ohitusajaksi saatiin Järvenpäässä 30 minuuttia ja virheeksi 10 minuuttia.
Kivenlahdessa ohitusaika ja sen virhe olivat samat kuin Järvenpäässä. Rintaman leveys oli tuolloin
Järvenpäässä ja Kivenlahdessa 48 km ja virhe 16 km. Rintama ei ollut kapea, muttei erityisen
leveäkään.
MIKROSKAALA: HAVAINTOASEMAMITTAUKSET
Kuvassa 9a rintama ohitti Järvenpään mittausaseman klo 19.30 paikallista aikaa. Lämpötila laski
jyrkästi neljä astetta (lämpötila ennen rintamaa oli 5,5 °C ja jälkeen 1,5 °C). Kivenlahden
mittausmaston rintama ohitti hieman myöhemmin 1800 UTC eli klo 21 paikallista aikaa (kuva 9c),
mikä johtui luultavasti siitä, että rintama oli vino eli vahvasti koillis-lounaissuuntainen. Kivenlahden
mittauksista nähdään, että lähes 300 metriin asti rintaman aiheuttama lämpötilan aleneminen oli
saman suuruinen kaikilla mittaustasoilla. Kivenlahdessa lämpötila laski enemmän kuin
Järvenpäässä. Lämpötila laski kaikissa kerroksissa suurin piirtein kuusi astetta. Esimerkiksi viiden
metrin korkeudella lämpötila ennen rintamaa oli 6,2 °C ja sen jälkeen 0,3 °C. Kastepiste kuvassa 9a
oli koko vuorokauden lähes sama kuin itse lämpötila, mikä tarkoittaa sitä, että ilmamassa oli
tuolloin hyvin kosteaa. Ilmamassa oli luultavasti keskileveysasteiden merellistä ilmamassa.
Kuvassa 9a Järvenpään havaintoasemalla ennen rintaman tuloa lämpötila oli vuorokauden alusta
puolenpäivän tietämille asti vakio, noin 4 °C. Seuraavaksi lämpötila kohosi parisen astetta klo 13-
18 välisenä aikana paikallista aikaa. Lämpötilan nousu näkyy myös kuvassa 9c Kivenlahden
mittausaseman mittauksista, joissa lämpötila nousi noin kaksi astetta. Kun paikallisen ajan ottaa
huomioon, lämpötilan nousu ei voinut johtua auringon aiheuttamasta säteilylämmityksestä vaan
mahdollisesti lämpimästä syöttövirtauksesta ja heikohkosta lämpimästä lämpötilan advektiosta
(ks. esimerkiksi kuva 7c Helsingin rannikko ja Viron alue). Noin tunti ennen rintamaa lämpötila laski
pystysuunnassa noin 3,8 °C/km (kuva 9c). Rajakerros oli lähes 300 metriin saakka vakaa.
20. 19
Kuva 9. Järvenpään mittausasema 23.11.2007 paikallinen aika. (a) Punainen käyrä lämpötila (°C) maanpinnalta ja liila käyrä
kastepiste (°C) samalta korkeudelta. (b) Keltainen käyrä tuulen puuskanopeus (m/s), punainen käyrä keskituulennopeus (m/s) ja
sininen käyrä tuulen suunta asteina (kuvat a ja b Leskinen). Kivenlahden mittausasema 23.11.2007 aika UTC. (c) Lämpötila eri
korkeuksilla: 5 m (musta), 26 m (vihreä), 48 m (sininen), 93 m (magenta), 141 m (musta katkoviiva), 218 m (punainen), 266 m
(syanidi) ja 296 m (sininen katkoviiva). (d) Tuulennopeus ja suunta erikorkeuksilla: 26, 93, 218 ja 327 m. Lyhyt väkänen 2,5 m/s ja
pitkä väkänen 5 m/s.
Kapean kylmän rintaman jälkeen lämpötila jatkoi loivasti laskuaan yön ja kylmän advektion takia
sekä Järvenpäässä (kuva 9a) että Kivenlahdessa (kuva 9c). Kylmä advektio näkyy esimerkiksi
kuvassa 7c. Rintaman jälkeen lämpötilan lasku ylöspäin mentäessä oli 5,2 °C/km lähes 300 metriin
asti. Rintama oli vähentänyt stabiilisuutta ilmakerroksessa.
Kuvassa 9b on keskituulennopeus Järvenpäässä. Tuulennopeus oli ennen rintamaa 2-3 m/s klo 12-
16.30 paikallista aikaa. Seuraavaksi tuuli heikkeni 1 m/s:iin rintaman tuloon saakka. Rintaman
kohdalla tuuli voimistui yhtäkkiä. Tuulennopeus oli tuolloin 6,5 m/s, mutta heikkeni parissa
tunnissa 3 m/s:iin. Keskiyöhön mennessä tuuli oli heikentynyt 1 m/s:iin. Kivenlahden kuvasta 9d
nähdään suurpiirteisesti, että rintaman kohdalla 1800 UTC tuuli voimistui jokaisella mittaustasolla.
21. 20
Rintaman tuloon saakka tuuli oli kuvan 9b mukaisesti suunnilleen lounaistuulta (210°), kuten
kuvissa 7 myös näkyy. Rintaman kohdalla tuuli kääntyi pohjoistuuleksi. Kivenlahden tuulihavainnot
kuvassa 9d eivät ole yhtä suoraviivaisia. Kivenlahdessa tuuli oli vuorokauden alusta lähes
etelätuulta. Tuuli alkoi kääntymään 1200 UTC tienoilla vähitellen lounaistuuleksi rintaman tuloon
saakka. Ero Järvenpään havaintoihin saattoi johtua rantaviivasta. Myös Kivenlahdessa oli rintaman
jälkeen pohjoistuulta.
4. VERTAILU
Vaikka kaikki kolme kapeaa kylmää rintamaa muodostuivat hyvin erilaisissa synoptisissa
tilanteissa, oli niillä kuitenkin samanlaisia synoptisia pakotteita. Jokaisessa rintamassa yläsola oli
pintamatalan tai –solan jäljessä, ja jokaisessa tapauksessa rintama oli joko suihkuvirtauksen
oikeanpuoleisella sisäänvirtausalueella tai vasemmanpuoleisella ulosvirtausalueella. Tapauksissa
6.3.2013 ja 23.11.2007 potentiaalilämpötilangradientit olivat suunnilleen saman suuruiset
rintamien ollessa Helsingin kohdalla. 29.4.2007 pohjoisesta tulleella rintamalla lämpötilagradientti
oli paljon heikompi, mikä saattoi johtua vuodenajasta. Loppukeväästä pohjoisen pallonpuoliskon
pohjois-eteläsuuntaiset lämpötilaerot pienenevät, jolloin paine- ja lämpötilagradientit ovat
heikompia.
Kaikkien kolmen rintaman leveydet olivat samaa suuruusluokkaa Järvenpään mittausasemalla (48,
52 ja 48 km). Kivenlahdessa 29.4.2007 rintaman laskettu leveys erosi huomattavasti leveydestä
Järvenpäässä. Rintaman leveys oli Järvenpäässä 52 km, mutta Kivenlahdessa se oli kapeampi, vain
16 km leveä. Eron saattaisi selittää meren rannan läheisyys Kivenlahdessa. Toisaalta lämpötilan
käyttö ohitusajan arvioimisessa ei sinänsä tuota kovinkaan tarkkoja tuloksia. Parempiin tuloksiin
olisi päästy potentiaalilämpötilan avulla. Mahdollista on myös se, että saman suureen käyttö eri
korkeuksilla saa aikaan systemaattista eroa asemien välille. Tätä ei voida saada selville, koska
Järvenpäästä ei ole lämpötilamittauksia ylemmiltä tasoilta. Ylemmän tason lämpötila on kuitenkin
luotettavampi apu rintaman ohitusajan arvioimisessa, koska ylempänä lämpötilaan vaikuttaa
vähemmän maanpinnan vuorovaikutus ilman kanssa. 29.4.2007 tapauksessa keväällä lisääntyvä
auringonsäteily on voinut lämmittää maata niin, että havaittavan lämmön vuo pääsi myös
vaikuttamaan Järvenpään lämpötilaan.
Silmänmääräisesti kaikista nopeimmin lämpötila putosi rintamassa 23.11.2007 Järvenpään
mittausasemalla, mutta lämpötilan muutos oli kaikista pienin. Siinä lämpötila putosi vain neljä
22. 21
astetta. 29.4.2007 ja 6.3.2013 rintamissa lämpötila putosi noin viisi ja kuusi astetta, joten ero ei
kuitenkaan ollut iso. Kivenlahdessa tilanne oli toinen. 23.11.2007 rintamassa lämpötila laski lähes
kuusi astetta, kun taas 29.4.2007 se laski reilut neljä astetta. Rintamien lämpötilamuutokset olivat
Suomelle hyvin tyypillisiä, sillä keskimääräisesti lämpötila laskee 4,4 astetta ja suurimmassa osassa
rintamista lämpötilanmuutos on alle kuusi astetta (Sinclair, 2013).
Kaikissa rintamissa tuulen nopeus kasvoi yhtäkkisesti. Puuskat ja keskinopeudet olivat niissä samaa
suuruusluokkaa. Kovin keskituulennopeus oli 8 m/s 6.3.2013. Rintamissa 29.4.2007 ja 23.11.2007
se oli 7,5 m/s ja 6,5 m/s. Rintamien aiheuttama tuulennopeudenmuutos ei myöskään ollut
tyypillisestä poikkeavaa. Sattumalta jokainen rintama sai tuulen kääntymään pohjoiseksi. Suurin
tuulen suunnanmuutos tapahtui 23.11.2007, sillä tuuli kääntyi jopa 150 astetta. Muissa rintamissa
tuulen suunnanmuutos oli suunnilleen yhtä suuri, noin 60 astetta. 60 asteen muutos
tuulensuunnassa on tyypillisintä, mutta 150 asteen muutos oli Sinclairin (2013) tutkimuksen
mukaan harvinaisempaa, koska vain viidessä prosentissa oli yhtä suuri tai suurempi tuulen
suunnan muutos.
23.11.2007 rintama muutti lämpötilakerrostuneisuuden lähellä maanpintaa vähemmän
stabiilimmaksi kuin se oli ennen rintamaa. 29.4.2007 rintama taas muutti lähes neutraalin
lämpötilakerrostuneisuuden stabiilimmaksi.
5. JOHTOPÄÄTÖKSET
Kaikkiin kolmeen rintamaan liittyi voimakkaita synoptisen skaalan pakotteita, vaikka kaikkien
synoptinen kartta oli hyvin erilainen. Kapea kylmä rintama 6.3.2013 muodostui hyvin voimakkaan
ja nopealiikkeisen, lännestä itään liikkuneen matalapaineen keskuksen seurauksena.
Päävaikuttajina olivat matalapaineen keskus suihkuvirtauksen vasemmanpuoleisella
ulosvirtausalueella, yläsola pintamatalan jäljessä ja yläsola oli difluenttinen.
Deformaatiovirtauksella oli myös frontogeneesiä aiheuttava vaikutus. Kapea kylmä rintama
29.4.2007 tuli pohjoisesta Pohjois-Atlantilla olevan sulkukorkeapaineen vaikutuksesta. Rintamalla
oli samat pakotteet kuin edelliselläkin rintamalla, mutta difluenttisuus ja deformaatiovirtaus eivät
olleet yhtä selkeästi nähtävissä. Kolmas kylmä rintama 23.11.2007 oli mielenkiintoisin, sillä se
kehittyi kuroutuneesta matalapaineesta, joka palautui niin sanotusti takaisin perusvirtaukseen,
jota ylläpiti valtava matalapaineen keskus hyvin korkeilla leveysasteilla. Toisaalta kuroutuneen
matalapaineen liikesuunnan edessä oli omegan muotoinen sulkukorkeapaine, joka myös saattoi
23. 22
edesauttaa matalapaineen palautumista pohjoiseen. Suihkuvirtauksen oikeanpuoleinen
sisäänvirtausalue ja vasemmanpuoleinen ulosvirtausalue olivat myös vaikuttamassa rintamaan
synoptisessa skaalassa. Loppujen lopuksi yksikään rintama ei ollut erityisen kapea. 29.4.2007
rintaman leveydeksi Kivenlahdessa saatiin vain 16 km, mutta Järvenpäässä tulos oli kuitenkin yli
kolminkertainen. Yllättävää oli se, että rintamien leveydet olivat Järvenpäässä lähes samat (48, 52
ja 48 km).
6. VIITTEET
Berry, G., M. Reeder, and C. Jakob, 2011: A global climatology of atmospheric fronts. Geophys.
Res. Lett., 38, issue 4, L04809, doi:10.1029/2010GL046451.
ECMWF: ERA Interim, Daily fields. http://apps.ecmwf.int/datasets/data/interim_full_daily/
(viitattu 13.10.2014)
James, I. N., 1994: Introduction to circulating atmospheres. Cambridge University Press, sivu 151.
Lackmann, G., 2012: Midlatitude synoptic meteorology. American Meteorological Society, sivu
140.
Leskinen, M.: Meteorological data in graphs. http://www.atm.helsinki.fi/~mleskine/TESTBED/
(viitattu 8.9.2014)
Markowski, P., and Y. Richardson, 2010: Mesoscale Meteorology in Midlatitudes. Wiley-Blackwell.
s. 115.
Payer, M., N. F. Laird, R. J. Maliawco, and E. G. Hoffman, 2011: surface fronts, troughs, and
baroclinic zones in the Great Lakes region. Wea. Forecasting, 26, 555-563.
Saarikivi, P. ja T. Puhakka, 1990: The structure and evolution of a wintertime occluded front.
Tellus, 42A, 122-139.
Shapiro, M. A., 1984: Meteorological tower measurements of a surface cold front. Mon. Wea.
Rev., 112, 1634-1639.
Shapiro, M. A., T. Hampel, D. Rotzoll, and F. Mosher, 1985: A frontal hydraulic head: a micro-alpha
scale (about 1km) triggerng mechanism for mesoconvective weather systems. Mon. Wea. Rev.,
113, 1166-1183.
24. 23
Sinclair, V. A., 2013: A 6-yr climatology of fronts affecting Helsinki, Finland, and their boundary
layer structure. Journal of applied meteorology and climatology, 52, 2106-2519.
Sinclair, V. A., S. Niemelä, and M. Leskinen, 2012: Structure of a narrow cold front in the boundary
layer: Observations versus model simultions. Amer. Meteor. Soc., 140, 2497-2519.
Smith, R. K., and M. J. Reeder, 1988: On the movement and low-level structure of cold fronts.
Amer. Meteor. Soc.,116, 1927-1944.
