Meteorologia

Meteorologia (kreik. μετέωρον, metéōron, suom. ilmassa leijuva ja kreik. λόγος, lógos, suom. oppi) eli ilmatiede tutkii ilmakehää ja sen käyttäytymistä. Tunnetuin meteorologinen sovellus on sään ennustaminen. Klimatologia tutkii ilmastoa ja sen muutoksia kuten kasvihuoneilmiön voimistumista. Ilmakemia tutkii kemiallisia prosesseja ilmakehässä, tärkeimmät sovellukset liittyvät ilmansaasteisiin.

Tämä artikkeli käsittelee tieteen haaraa. Meteorologia on myös Aristoteleen teos.

Ei tule sekoittaa mittaustieteeseen, eli metrologiaan.

Tuntemattoman graafikon laatimia sääsymboleita. Nämä piirrossymbolit ovat osin epäfysikaalisia, sillä taivaalta ei sada esimerkiksi kraanatipan muotoisia pisaroita.

Meteorologian tarkastelemista fysikaalisista prosesseista voidaan mainita

• virtausyhtälöt: lähteettömän ja nieluttoman kaasumassan liikkuminen pyörivässä pallokoordinaatistossa
• termodynamiikka: paineen, lämpötilan ja tilavuuden kolmiyhteys; alapinnalta lämmitetyn/jäähdytetyn kaasumassan käyttäytyminen johon liittyy lisäksi veden haihtumiseen/tiivistymiseen liittyvä energiansiirto
• veden olomuodonmuutokset: haihtuminen, tiivistyminen, jäätyminen, härmistyminen, sublimoituminen ja epähomogeenisen aerosolijakauman aiheuttamat pisarakokoon liittyvät ilmiöt kuten alijäähtyminen

Ilmaston asiantuntija on meteorologi. Nykyisin meteorologiksi voi Suomessa opiskella Helsingin yliopiston matemaattis-luonnontieteellisen tiedekunnan fysikaalisten tieteiden laitoksen ilmakehätieteiden osastolla, johon aiemmin itsenäinen meteorologian laitos yhdistettiin vuonna 2002. Meteorologi on ammattinimike, tutkinto on luonnontieteiden kandidaatti tai filosofian maisteri. Myös useimmissa muissa maissa sään ennustamiseen vaaditaan akateeminen loppututkinto. Meteorologit toimivat ilmatieteen laitoksissa, puolustusvoimissa, Ilmailulaitoksessa, sääalan yrityksissä (esimerkiksi Foreca ja Vaisala) sekä säätä hyödyntävissä yrityksissä ja laitoksissa (YLE, Tiehallinto, isot voimayhtiöt, Yhdysvalloissa myös kaupalliset TV-asemat).

Koska sää ei tunne valtioiden rajoja, eri maiden ilmatieteen laitokset ovat kansainvälisesti verkottuneita. Korkein kansainvälinen taso on YK:n alainen Maailman ilmatieteen järjestö - World Meteorological Organisation (WMO).

Historian käännekohtia

• Sanan meteorologia otti käyttöön Aristoteles kirjassaan Meteorologica noin vuonna 340 eaa. Kirjassa yhdistyvät säähavainnot pohdiskeluihin sääilmiöiden alkuperästä. Monet varhaiset säähän liittyvät kirjat etsivät ennusmerkkejä luonnosta. Raamatussa ja ensimmäisissä almanakoissa on säänennustussääntöjä. Niitäkin vanhempia ovat kansanperinteen selitystarinat esimerkiksi ukkosen synnystä.

• Tieteellinen meteorologia pääsi kehittymään 1600-luvulla mittalaitteiden keksimisen myötä. Galilein lämpömittari 1607, Torricellin ilmapuntari 1643, sekä tuuli- ja kosteusmittarit mahdollistivat säännöllisten säähavaintojen kirjaamisen eri puolilla Eurooppaa ja Yhdysvaltoja. Krimin sodan aikana voimakas matalapaine kulki poikki Keski-Euroopan, ja tuhosi lopulta Englannin laivaston Mustalla merellä. Tähän liittynyt debatti lehdistössä sai aikaan ensimmäiset ponnistukset säätietojen kansainvälisestä vaihdosta.

• Ilmakehän yleisen kiertoliikkeen fysikaalisten prosessien ymmärrys kehittyi 1700- ja 1800-luvulla. Lennättimen keksiminen 1843 oli mullistus säähavaintojen viestittämisessä.

• 1900-luvun alkupuolella Bergenissä kehitettiin norjalainen rintamamalli, joka selitti keskileveysasteiden liikkuvien matalapaineiden yhteydessä havaitut sääilmiöt. Ylätroposfäärin suihkuvirtauksen tuntemus aiheutti selviä polttoainesäästöjä mannertenvälisissä lennoissa, kun ei tarvinnut lentää voimakkaassa vastatuulessa.

• 1950-luvulta alkaen sään ennustamisen monimutkaiseen fysiikkaan liittyviä yhtälöryhmiä voitiin ratkaista tietokoneilla.

• 1960-luvulla kaaosteoria selitti ennustamisen rajoja, ja johti parviennusteiden tutkimiseen.

• 1960-luvun lopulta alkaen satelliitit ovat tuoneet lisätietoja etenkin valtamerialueiden pilvisyydestä, mistä voidaan päätellä paljon muistakin sääilmiöistä esimerkiksi hurrikaaneista.

• 1970-luvulla ilmansaasteet ja happosateet olivat tärkeä tutkimuskohde.

• 1980-luvulla erityissääpalvelut yleistyivät, muun muassa tiestön talvikunnossapito (auraus ja suolaus), maanviljely, rakennustoiminta, turvetuotanto jne. saivat kukin oman räätälöidyn sääpalvelunsa. Telefaksi ja maksulliset puhelinpalvelut olivat tätä tukevat tietoliikenteen edistysaskeleet. Meteorologian puolella tähän liittyivät edistysaskeleen pienten sääilmiöiden ja pienilmastojen tutkimuksessa. Aurinko lämmittää turvesuota eri tavalla kuin nurmikenttää.

• 1990-luvun lopussa huomio kiinnittyi kasvihuoneilmiönä tunnetun ilmastonmuutoksen ymmärtämiseen, mallintamiseen ja ennustamiseen. Otsonikerroksen oheneminen ja siitä seurannut maanpinnalle saapuvan ultraviolettisäteilyn lisääntyminen kiinnitti huomiota ylempien ilmakerrosten ja napa-alueiden virtausten tuntemukseen.

• 2000-luvun alussa jälleen tiedonvälitys sysäsi ennustamista uuteen suuntaan. Kännykät, laajakaista-internet ja digitelevisio mahdollistavat värikuvien ja pienialaisten ennusteiden jakelemisen myös suurelle yleisölle.

Aiheesta muualla

• Ilmatieteen laitos
• Helsingin yliopisto, Ilmakehätieteiden osasto

Meteorologinen data ja muuttujat

• Auringon säteily
• CAPE
• helteen tukaluus
• CIN
• epävakaisuus
• kastepiste
• konvektio
• kosteus
• lämpötila
• lifted-indeksi
• näkyvyys
• pakkasen purevuus
• pilvi
• salama
• sade
• tuuli
• vesihöyry