Matti Leskinen 25.2.1998

Säätutkalla havaittavista selkeän sään kaiuista

Kirkkaan ilman kaiuilla tarkoitetaan tutkakaikuja, joita havaitaan selkeän säätilan yhteydessä. Säätutkien aallonpituuksilla (3-10 cm) kaiunaiheuttajien on todettu yleensä olevan hyönteisiä, mutta myös ilmakehän turbulenssi voi aiheuttaa riittävän voimakkaita kaikuja. Tästä on esimerkki 20.5.1992 mitatun rullapyörteen selitykseen liittyen. Lähinnä hyönteisiin liittyvistä kaiuista on laadittu myös ajankohtaisten tilanteiden selityksiä ja yleistä asiaa hyönteisvaelluksista. Toisaalta tietenkin myös linnut ovat hyviä kaiunaiheuttajia. Esimerkkejä tutkakuvista hyönteisistä vaelluksella ja kaikenlaisista kaiunaiheuttajista voi myös tarkastella.
Kuvassa nähdään Meteorologian laitoksen tutkan, Tuulian laskettu pienin havaittava tutkaheijastuvuus ja takaisinsirontapinta-ala 60 km etäisyydeltä saakka. Kunkin käyräparven alimmainen on vastaanottimen kohinatasoa vastaava arvo ja ylemmät kaksi käyrää vastaavat tavallisesti käytettyjä kynnysarvoja kohinapisteiden poistamiseksi mittaustuloksesta.

KUVA

Oikean puolen asteikolla olevaa takaisinsirontapinta-alaa voidaan verrata hyönteisille laskettuihin arvoihin: mehiläinen 7e-6 ja hyttynen 6e-9 neliömetriä. Siten yksi hyttynen voidaan havaita noin 3 km ja mehiläinen noin 15 km päästä. Todellisesta mitatusta tutkakaiusta voidaan siten arvioida esim. hyönteisten välimatkoja. Toisaalta vasemman reunan tutkaheijastuvuus on lukuarvoltaan aallonpituudesta johtuen lähes sama kuin taitekertoimen turbulenssin rakennetekijä (SI-yksiköissä), jonka tavallisen vaihtelualueen on laskettu olevan maanpinnan lähellä 2e-15 ... 3e-14.
Kivenlahden maston hyönteispyydyksellä koottiin kaikuja aiheuttavia niveljalkaisia. Näiden lasketun yksilötiheyden ja kokojen mukaan on arvioitavissa, että koko aikana erityisesti hyönteisten aiheuttama keskimääräinen tutkaheijastuvuus (160 m korkeudella) olisi ollut vähintään luokkaa 1e-12 1/m. Näin siitä huolimatta, että mittaukseen sisältyi aika toukokuun alusta lokakuun alkuun ja saalistus oli ympärivuorokautinen. Kirkkaan ilman kaiut ovat tavallisesti päiväsaikaan ja keskikesällä voimakkaimmillaan.

KUVA Vuoden aikana 1986-87 tarkastelluista kirkkaan ilman kaiuista saadaan kuvassa esitetyn kaltainen jakauma kaiun tyypilliselle ekvivalentille tutkaheijastuvuustekijälle päiväsaikaan. Siniset pylväät koskevat Helsingin edustan merialueen ja vihreät pylväät maa-alueen yläpuolista ilmaa parinsadan metrin korkeudella.
Ekvivalentti tutkaheijastuvuustekijä on ilmoitettu dBZ-arvona. Verrattaessa tutkaheijastuvuuteen saadaan seuraavat vastaavuudet:
-25 dBZ = 1e-13 1/m
-15 dBZ = 1e-12 1/m
Siten siis edellä laskettu niveljalkaisten aiheuttama kaiku kuuluisi noin -15 dBZ luokkaan. Heikon sateen tavallisena raja-arvona kesäsateissa käytetään 0 dBZ. Maksimissaan kirkkaan ilman kaiut ovat kuitenkin esim. kertaluokkaa eli 10 dB voimakkaampia.

KUVA Vasemmalla olevassa kuvassa on esitetty Tuulialla eri vuosina havaittujen kirkkaan ilman kaikujen kerroksen paksuus suhteessa alueen lähellä olevan Vihdin sääaseman vuorokauden maksimilämpötilaan. Tämän tarkastelun ulkopuolelle on jätetty lintuihin liittyvät kaiut.

Pisteiden suhteen on määritetty suora, jonka yhtälö ja (Pearsonin) korrelaatiokerroin ovat myös nähtävissä kuvassa. Yleensä kaiun korkeus on ollut 1-2 km kesällä. Poikkeukselliset tapaukset kylmissä oloissa liittyvät todennäköisesti turbulenssiin eikä hyönteisiin.

KUVA Toisessa kuvassa on puolestaan arvioitu maksimilämpötilasta kirkkaan ilman kaikukerroksen yläreunan lämpötila olettamalla 10 °C/km väheneminen korkeuden mukaan. Tämä ns. lämpötilavähete vastaa selkeän päivän tilannetta, kun maanpinnan läheinen kerros on hyvin sekoittunut. Näin saaduista lämpötila-arvoista on muodostettu kuvan pylväsdiagrammi, joka esittää havaintopäivien lasketun lämpötilan jakauman.


Siirry

Matti Leskinen
Meteorologian laitos