Tuuli – ilmakehän virtaus: määritelmä, syyt ja vaikutukset

Tuuli – ilmakehän virtaus: selkeä määritelmä, syyt ja vaikutukset luonnossa ja ihmiselle. Lue tuulten synty, myrskyt, Beaufort-asteikko ja käytännön seuraukset.

Tuuli on kaasujen virtausta. Maapallolla tuuli on enimmäkseen ilman liikettä. Avaruudessa aurinkotuuli on auringosta peräisin olevien kaasujen tai hiukkasten liikettä avaruuden läpi. Aurinkokuntamme planeetoista voimakkaimmat tuulet ovat Neptunuksella ja Saturnuksella.

Lyhyitä nopeiden tuulten jaksoja kutsutaan puuskiksi. Voimakkaita tuulia, jotka jatkuvat noin minuutin ajan, kutsutaan puuskiksi. Pitkään jatkuvia tuulia kutsutaan moniksi eri nimityksiksi, kuten tuuleksi, myrskyksi, hurrikaaniksi ja taifuuniksi.

Tuuli voi liikuttaa maata, erityisesti aavikoilla. Kylmällä tuulella voi joskus olla huono vaikutus karjaan. Tuuli vaikuttaa myös eläinten ravintovarastoihin, metsästykseen ja tapaan, jolla ne suojautuvat.

Auringonvalo ohjaa maapallon ilmakehän kiertoa. Tästä johtuvat tuulet puhaltavat maalla ja merellä ja tuottavat säätä.

Korkeapaineinen alue (joka muodostaa antisyklonin) lähellä matalapaineista järjestelmää (joka muodostaa syklonin) saa ilman siirtymään korkeapaineisesta alueesta matalapaineiseen alueeseen, jotta paineet tasoittuisivat. Coriolis-ilmiö saa tuulet pyörimään ympäriinsä. Suuri paine-ero voi aiheuttaa voimakkaita tuulia. Joissakin myrskyissä, kuten hurrikaaneissa, taifuunissa, sykloneissa tai tornadoissa, se voi aiheuttaa yli 200 mailia tunnissa (320 kilometriä tunnissa ) nopeampia tuulia. Tämä voi vahingoittaa taloja ja muita rakennuksia ja tappaa ihmisiä.

Tuuli voi johtua myös kuuman ilman noususta tai viileän ilman laskusta. Kun kuuma ilma nousee, sen alle syntyy matalapaine, ja ilma liikkuu sisään tasoittaakseen painetta. Kun kylmä ilma laskee (koska se on tiheämpää tai raskaampaa kuin lämmin ilma), se luo korkeapaineen, ja se virtaa ulos tasoittaakseen paineen ympäröivän matalapaineen kanssa.

Tuuli on yleensä näkymätön, mutta sade, pöly tai lumi voivat näyttää, miten tuuli puhaltaa. Säävarjo voi myös näyttää, mistä tuuli tulee. Beaufortin asteikko on tapa kertoa, kuinka voimakas tuuli on. Sitä käytetään merellä, kun maata ei näy.

Tuulen voimistuminen aiheuttaa haihtumisnopeuden lisääntymisen.

Mitä tuuli on ja miten se muodostuu

Tuuli syntyy ilmanpaine-eroista. Aurinko lämmittää maanpintaa epätasaisesti — eri alueet saavat erilaista säteilyä esimerkiksi lajin, pinnanmuotojen ja meren läheisyyden vuoksi. Lämpötilaerot johtavat paine-eroihin, ja ilmanpaineen tasaantumisyritys synnyttää ilmamassan liikkeen.

Tärkeimmät vaikuttavat voimat ovat:

• Painegradienttivoima (ilmanpaine-ero): ohjaa ilmaa korkeapaineesta matalapaineeseen.
• Coriolis-ilmiö: maan pyöriminen saa ilmavirtaukset kaartumaan (pohjoisella pallonpuoliskolla oikealle, eteläisellä vasemmalle), mikä muokkaa laajojen järjestelmien liikerataa.
• Kitka: maan pinnan läheisyydessä kitka hidastaa tuulta ja muuttaa kulmaa ylöspäin mentäessä; korkeammalla vallitsee usein geostrofinen tasapaino (painegradientti = Coriolis).

Tyypillisiä tuulia ja paikallisia ilmiöitä

• Meri- ja maatuuli (sea breeze / land breeze): päivän aikana maa lämpenee nopeammin kuin meri ja syntyy merituuli, yöllä ilmiö kääntyy.
• Laakso- ja vuorituulet (anabatic ja katabatic): päivällä lämmin ilma nousee laaksoon päin, yöllä kylmä ilma valuu alas rinteitä.
• Paikalliset puuskat ja squallit: äkilliset tuulenvoimakkuuden nousut voivat liittyä konvektion reunoihin tai ukkospilvien alapuolelle.
• Jet stream: stratosfäärin läheisyydessä esiintyvät voimakkaat, kapeat ylöspäin kaartuvat virtaukset vaikuttavat laajojen sääjärjestelmien liikkeeseen.

Mittaaminen ja luokittelu

Tuulen nopeutta mitataan anemometreilla ja suuntaa tuulimittareilla (tuuliviiri). Nykyään käytetään myös sodaria ja LIDARia ilmakehän profiilien mittaukseen.

Yleisiä yksiköitä ovat metriä sekunnissa (m/s), kilometriä tunnissa (km/h) ja solmut (knots). 1 m/s ≈ 3,6 km/h. Meriliikenteessä ja lentoliikenteessä käytetään usein solmuja.

Luokituksia:

• Beaufortin asteikko kuvaa merenkäyntiä ja tuulen vaikutuksia näkyviin ilmiöihin.
• Voimakkaita trooppisia myrskyjä luokitellaan esimerkiksi Saffir–Simpsonin asteikolla (hurricane categories), joka kertoo tuulen lisäksi vahingon potentiaalista.

Vaikutukset ja hyödyntäminen

Tuuli vaikuttaa moniin luonnon ja ihmistoiminnan osa-alueisiin:

• Maankierto ja eroosio: tuuli kuljettaa hiekkaa ja hienojakoista ainesta (aeolian prosessit) muodostaen dyynejä ja paljastaen maaperää.
• Kasvillisuus ja eläimet: tuuli vaikuttaa siitepölyn ja siementen leviämiseen, eläinten ruokailu- ja suojauskäyttäytymiseen sekä karjan hyvinvointiin (tuulen aiheuttama kylmyys).
• Rakentaminen ja infrastruktuuri: voimakkaat puuskat voivat vaurioittaa rakennuksia, sähkölinjoja ja liikennettä; suunnittelussa huomioidaan tuulikuormat.
• Energia: tuuli on uusiutuva energialähde — tuulivoimalat muuntavat tuulen liike-energian sähköksi.
• Tulipalojen levittäytyminen: voimakkaat tuulet voivat levittää metsä- ja maastopalot nopeasti.
• Ilmasto ja sää: tuulet siirtävät lämpöä ja kosteutta ja ovat siten keskeinen osa sää- ja ilmastojärjestelmiä.

Voimakkaat myrskyt ja turvallisuus

Suuret paine-erot voivat aiheuttaa tuulia, jotka vahingoittavat rakennuksia ja vaativat ihmishenkiä. Hurrikaanit, taifuunit, tornadoja ja muut voimakkaat pyörremyrskyt tuovat mukanaan äärimmäisiä tuulia, rankkasateita ja tulvia. Turvallisuustoimenpiteitä ovat ennakointi, varoitukset, rakenteiden vahvistaminen ja evakuointi tarvittaessa.

Käytännön turvallisuusvinkkejä:

• Seuraa sääennusteita ja viranomaisten varoituksia.
• Vahvista tai siirrä irtainta omaisuutta tuulisessa säässä.
• Vältä ajamista korkeissa nopeuksissa tai suuren sivutuulen olosuhteissa.
• Suunnittele rakennukset ja infrastruktuuri paikallisten tuulikertoimien mukaan.

Pieniä termin selvennyksiä

Puuska tarkoittaa lyhytaikaista, äkillistä tuulenvoimakkuuden lisääntymistä (sekunneista kymmeneen tai muutamaan minuuttiin). Squall eli ukkospuuska voi olla pidempi ja liittyä sade- tai ukkospilveen. Pitkään jatkuvat voimakkaat tuulet taas luokitellaan yleensä myrskyiksi tai kausittaisiksi tuuliksi riippuen alueesta.

Nykyinen tuuletuntemus yhdistää tarkkailun, numeerisen säämallinnuksen ja paikallisen tiedon, jotta tuulesta ja sen vaikutuksista voidaan varoittaa ajoissa ja hyödyntää sitä kestävästi.

Vahingot

Voimakkaat tuulet voivat aiheuttaa vahinkoa riippuen siitä, kuinka voimakkaita ne ovat. Joskus tuulenpuuskat voivat saada huonosti tehdyt sillat liikkumaan tai tuhoutumaan, kuten Tacoma Narrows -silta vuonna 1940. Sähkönjakelu voi pettää tuulen takia, vaikka sen nopeus olisi vain 23 solmua (43 km/h). Näin tapahtuu, kun puiden oksat vahingoittavat sähkölinjoja. Mikään puulaji ei kestä hurrikaanin voimakasta tuulta, mutta puut, joiden juuret eivät ole kovin syvällä, voivat kaatua helpommin. Eukalyptuksen, merihibiskuksen ja avokadon kaltaiset puut ovat hauraita (helposti murtuvia) ja vaurioituvat helpommin.

Hurrikaani Andrew'n aiheuttamat vahingot

Pasaatituulet

Pasaatituulet ovat tropiikissa, maapallon ilmakehän alaosassa vallitseva itäisten pintatuulten malli. Ne esiintyvät troposfäärin alaosassa lähellä maapallon päiväntasaajaa. Pasaatituulet puhaltavat pohjoisella pallonpuoliskolla pääasiassa koillisesta. Eteläisellä pallonpuoliskolla ne puhaltavat kaakosta. Ne ovat voimakkaampia talvella ja silloin, kun arktinen värähtely on lämpimässä vaiheessa. Purjelaivojen kapteenit ovat vuosisatojen ajan käyttäneet pasaatituulia maailman valtamerten ylittämiseen. Ne mahdollistivat Euroopan imperiumien laajentumisen Amerikkaan. Niiden ansiosta myös Atlantin ja Tyynen valtameren yli voitiin luoda kauppareittejä.

Kuivuus on päiväntasaajan alueella. Se on tuulivyöhyke, jossa ilma on lämmintä ja jossa paineenvaihtelut ovat vähäisiä. Tuulet ovat siellä kevyitä. Toinen nimi doldrumille on intertrooppinen konvergenssivyöhyke (ITCZ).

Tammikuun (sininen) ja heinäkuun (punainen) laskusuhdanne.

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mitä on tuuli?

K: Mitkä ovat esimerkkejä aurinkokuntamme planeetoilla havaituista voimakkaista tuulista?

K: Mitä ovat puuskat ja räntätuulet?

K: Miten tuuli vaikuttaa eläimiin?

K: Miten tuuli syntyy?

K: Miten mitataan, kuinka voimakas tuuli on?

K: Mikä vaikutus tuulen voimistumisella on?

Hae kirjaimella