Sään ennustaminen – taitoa vaativa tieteenala

HERÄTKÄÄ!-LEHDEN KIRJOITTAJALTA BRITANNIASTA

OLI 15. LOKAKUUTA 1987. BRITANNIASSA MUUAN NAINEN SOITTI TV-ASEMALLE JA ILMOITTI KUULLEENSA, ETTÄ ON TULOSSA MYRSKY. ILMATIETEILIJÄ KUITENKIN RAUHOITTELI YLEISÖÄÄN JA SANOI: ”EI HUOLTA. MITÄÄN MYRSKYÄ EI OLE TULOSSA.” MUTTA VIELÄ SAMANA YÖNÄ ETELÄ-ENGLANTIA RAVISTELI MYRSKY, JOKA KAATOI 15 MILJOONAA PUUTA, TAPPOI 19 IHMISTÄ JA AIHEUTTI NOIN 9 MILJARDIN MARKAN VAHINGOT.

JOKA aamu miljoonat meistä avaavat radion tai television saadakseen tietää, millaista säätä on luvassa. Merkitseekö pilvinen taivas sadetta? Jatkuuko varhaisaamun auringonpaiste? Tuoko lämpötilan nousu suojasään, joka saa lumen ja jään sulamaan? Sääennusteen perusteella me sitten päätämme, mitä puemme yllemme ja otammeko mukaan sateenvarjon.

Sääennusteet ovat kuitenkin silloin tällöin osoittautuneet selvästikin epätarkoiksi. Vaikka ennusteet ovatkin viime vuosina tulleet huomattavasti tarkemmiksi, sään ennustaminen on kiehtova yhdistelmä taitoa ja tiedettä, joka ei tosiaankaan ole erehtymätöntä. Mitä sään ennustamiseen liittyy, ja miten luotettavia sääennusteet ovat? Tarkastelemme ensin sitä, miten sään ennustaminen sai alkunsa.

Sään mittaaminen

Raamatun aikoina sääennusteet perustuivat pääasiassa paljain silmin tehtyihin havaintoihin (Matteus 16:2, 3). Nykyään meteorologien eli ilmatieteilijöiden käytössä on joukko monimutkaisia välineitä, joista tärkeimmät mittaavat ilmanpainetta, lämpötilaa, kosteutta ja tuulta.

Vuonna 1643 italialainen fyysikko Evangelista Torricelli keksi ilmapuntarin – yksinkertaisen laitteen, joka mittaa ilmanpainetta. Pian huomattiin, että ilmanpaine nousee ja laskee sään muuttuessa ja että paineen lasku enteilee usein myrskyä. Kosteusmittari kehitettiin vuonna 1664. Ja vuonna 1714 saksalainen fyysikko Daniel Fahrenheit kehitti elohopealämpömittarin, jonka avulla lämpötila voitiin mitata täsmällisesti.

Vuoden 1765 tienoilla ranskalaistiedemies Antoine-Laurent Lavoisier ehdotti, että ilmanpaine, ilmankosteus sekä tuulen nopeus ja suunta mitattaisiin päivittäin. ”Kaikkien näiden tietojen avulla”, hän julisti, ”voidaan lähes aina ennustaa tuleva sää verraten tarkasti päivää tai paria etukäteen.” Ikävä kyllä tämä osoittautui kaikkea muuta kuin yksinkertaiseksi.

Sään havainnointi

Vuonna 1854 ranskalainen sotalaiva ja 38 kauppalaivaa upposi rajussa myrskyssä Krimin sataman Balaklavan edustalla. Ranskan viranomaiset pyysivät, että Pariisin observatorion johtaja Urbain-Jean-Joseph Leverrier tutkisi tapausta. Hän kävi läpi meteorologisia muistiinmerkintöjä ja huomasi, että myrsky oli muodostunut jo kaksi päivää ennen onnettomuutta ja pyyhkäissyt halki Euroopan luoteesta kaakkoon. Jos olisi ollut olemassa jokin järjestelmä myrskyjen liikkeiden seuraamiseksi, aluksia olisi voitu varoittaa etukäteen. Niinpä Ranskaan perustettiin myrskyvaroituspalvelu, ja näin sai alkunsa nykyaikainen meteorologia eli ilmatiede.

Kaivattiin kuitenkin jotakin keinoa, jonka avulla tutkijat saisivat nopeasti tietoa muiden seutujen säätilasta. Niinpä Samuel Morsen hiljattain keksimä sähkölennätin tuli hyvään tarpeeseen. Sen ansiosta Pariisin observatorio saattoi vuonna 1863 ryhtyä julkaisemaan ensimmäisiä nykyaikaisen kaltaisia sääkarttoja. Vuonna 1872 Britannian Ilmatieteen laitos teki samoin.

Mutta mitä enemmän ilmatieteilijät saivat tietoa, sitä selvemmin he näkivät sään tavattoman monimutkaisuuden. Niinpä kehitettiin uusia graafisia ilmaisutapoja, jotta sääkartoista saataisiin entistä seikkaperäisempiä. Esimerkiksi isobaarit eli ilmanpainekäyrät yhdistävät sääkartalla pisteet, joissa on sama ilmanpaine. Isotermit eli lämpökäyrät puolestaan yhdistävät ne pisteet, joissa on sama lämpötila. Lisäksi sääkartoissa käytetään symboleja, jotka ilmaisevat tuulen suunnan ja voimakkuuden, sekä viivoja, jotka osoittavat lämpimän ja kylmän ilmamassan kohtaamisen.

On myös kehitetty erilaisia mutkikkaita laitteita. Nykyään sadat säähavaintoasemat kaikkialla maailmassa lähettävät ilmaan säähavaintopalloja, jotka kuljettavat mukanaan radioluotainta – ilmakehän oloja mittaavaa välinettä, joka lähettää radioteitse tietoja asemalle. Lisäksi käytetään tutkaa. Kun radioaallot heijastuvat takaisin pilvissä olevista sadepisaroista ja jääkiteistä, ilmatieteilijät voivat seurata myrskyjen liikkeitä.

Vuonna 1960 sään havainnointitarkkuudessa otettiin harppaus eteenpäin, kun taivaalle laukaistiin maailman ensimmäinen sääsatelliitti Tiros I, johon oli sijoitettu TV-kamera. Nykyään sääsatelliitit kiertävät maapalloa napojen yli. On olemassa myös geostationaarisia satelliitteja, jotka pysyvät maanpinnan suhteen paikallaan ja tarkkailevat lakkaamatta jotakin nimenomaista maapallon osaa. Molemmantyyppiset satelliitit muodostavat kuvia säästä ylhäältä käsin.

Sään ennustaminen

On aivan toista tietää täsmälleen, millainen säätila on juuri nyt, kuin ennustaa, millainen se on tunnin, päivän tai viikon kuluttua. Vähän ensimmäisen maailmansodan jälkeen brittiläinen ilmatieteilijä Lewis Richardson laski, että koska ilmakehä noudattaa fysiikan lakeja, hän voisi käyttää sään ennustamisessa matematiikkaa. Kaavat olivat kuitenkin niin monimutkaisia ja laskutoimitukset niin aikaa vieviä, että säärintamat olivat menneet menojaan ennen kuin ilmatieteilijät saivat laskelmansa valmiiksi. Lisäksi Richardson käytti hyväkseen säästä kertovia mittaustuloksia, joita luettiin kuuden tunnin välein. Ranskalainen ilmatieteilijä René Chaboud kuitenkin toteaa: ”Jotta sään ennustaminen onnistuisi edes jotenkuten, mittaustuloksia on luettava vähintään puolen tunnin välein.”

Tietokoneiden ilmaantuessa tuli lopulta mahdolliseksi suorittaa pitkät laskutoimitukset nopeasti. Ilmatieteilijät kehittivät Richardsonin laskutoimituksista mutkikkaan numeerisen säänennustusmallin – sarjan matemaattisia yhtälöitä, jotka kattavat kaikki tunnetut säätä hallitsevat fysiikan lait.

Voidakseen hyödyntää näitä yhtälöitä ilmatieteilijät jakoivat maanpinnan ruudukoksi, jota kutsutaan hilaksi. Tätä nykyä Britannian Ilmatieteen laitos käyttää koko maapallon kattavaa mallia, jossa ruudukon yhtymäpisteiden eli hilapisteiden etäisyys toisistaan on noin 80 kilometriä. Kunkin neliön muotoisen alueen yläpuolella olevaa ilmakehää sanotaan hilalaatikoksi, ja tuulista, ilmanpaineesta, lämpötilasta ja kosteudesta kirjataan havaintoja 20:ssä eri tasossa. Tietokone analysoi tiedot, joita se saa yli 3500 havaintoasemalta ympäri maailmaa, ja laatii niiden perusteella seuraavien 15 minuutin sääennusteen, joka koskee koko maapallon säätä. Heti tämän jälkeen tehdään nopeasti taas sitä seuraavien 15 minuutin ennuste. Kun tämä toistetaan moneen kertaan, tietokone voi tehdä kuuden vuorokauden maapallonlaajuisen sääennusteen vain neljännestunnissa!

Jotta paikalliset sääennusteet saataisiin yksityiskohtaisemmiksi ja tarkemmiksi, Britannian Ilmatieteen laitos käyttää Limited Area Model -säänennustusmallia, joka käsittää Pohjois-Atlantin ja Euroopan alueet ja jonka hilapisteiden väli on noin 50 kilometriä. Lisäksi on olemassa malli, johon kuuluvat vain Brittein saaret ja niitä ympäröivät meret. Siinä on 262384 hilapistettä 15 kilometrin välein ja 31 tasoa!

Ilmatieteilijän rooli

Sään ennustaminen ei kuitenkaan ole pelkkää tiedettä. The World Book Encyclopediassa sanotaankin: ”Tietokoneiden käyttämät mallit ovat vain likimääräisiä kuvauksia ilmakehän käyttäytymisestä.” Sitä paitsi täsmällinenkään ison alueen sääennuste ei ehkä ota huomioon sitä, miten jonkin nimenomaisen seudun maasto vaikuttaa säähän. Niinpä ennustamisessa on jossain määrin kyse myös taidoista, ja tässä kohdin ilmatieteilijä astuu mukaan kuvaan. Hän käyttää kokemustaan ja päättelykykyään sen ratkaisemisessa, miten hän suhtautuu saamiinsa tietoihin. Näin hän voi laatia melko täsmällisen ennusteen.

Esimerkiksi Euroopan mantereen ylle muodostuu usein ohut pilvikerros, kun sen yli kulkeutuu kylmää ilmaa Pohjanmereltä. Se, saadaanko Manner-Euroopassa seuraavana päivänä sadetta vai haihduttaako auringon lämpö tuon pilvikerroksen, riippuu vain asteen kymmenyksistä. Ilmatieteilijä voi saamiensa tietojen ja sen kokemuksen perusteella, joka hänellä on vastaavanlaisista tilanteista, laatia luotettavan säätiedotuksen. Tämä taidon ja tieteen yhdistelmä on ratkaisevan tärkeä tarkkojen sääennusteiden laatimisessa.

Entä luotettavuus?

Britannian Ilmatieteen laitos sanoo 24 tunnin ennusteidensa tarkkuuden olevan tätä nykyä 86 prosenttia. Keskipitkien sääennusteiden Euroopan keskuksen (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) viiden vuorokauden ennusteiden tarkkuus on 80 prosenttia, eli ne lyövät tarkkuudessa 1970-luvun alun kahden vuorokauden sääennusteet. Vaikuttavaa muttei suinkaan täydellistä. Miksi sääennusteet eivät ole tämän luotettavampia?

Siitä yksinkertaisesta syystä, että sääjärjestelmät ovat tavattoman monimutkaisia. Ei liioin ole mahdollista suorittaa kaikkia mittauksia, joita täysin varmojen ennusteiden laatimiseen tarvittaisiin. Merillä on suuria alueita, joilla ei ole säähavaintopoijuja lähettämässä satelliittien kautta tietoa maa-asemille. Ja säänennustusmallin hilapisteet ovat harvoin täsmälleen samalla kohtaa säähavaintoasemien kanssa. Lisäksi tutkijat eivät vielä ymmärrä kaikkia säähän vaikuttavia luonnonvoimia.

Sään ennustamisessa tapahtuu kuitenkin jatkuvasti kehitystä. Esimerkiksi aivan viime aikoihin asti sään ennustaminen perustui pitkälti ilmakehän tarkkailuun. Mutta koska 71 prosenttia maapallon pinta-alasta on meren peitossa, tutkijat keskittävät nyt huomionsa siihen, miten energia varastoituu ja siirtyy merestä ilmaan. Maapallon meriä havainnoiva järjestelmä (Global Ocean Observing System) antaa poijujen välityksellä tietoa jollain alueella tapahtuvasta vähäisestäkin veden lämpötilan noususta, joka voi vaikuttaa dramaattisesti säätilaan hyvinkin kaukana.a

Patriarkka Jobilta kysyttiin: ”Kuka voikaan ymmärtää pilvikerrokset, hänen [Jumalan] majansa jyrähdykset?” (Job 36:29.) Ihmiset tietävät edelleenkin suhteellisen vähän sään synnystä. Sään ennustaminen on kuitenkin nykypäivänä sen verran tarkkaa, että siihen voidaan suhtautua vakavasti. Kun siis ilmatieteilijä seuraavan kerran ilmoittaa, että odotettavissa on sadetta, otat varmaankin kernaasti mukaasi sateenvarjon!

[Alaviite]

[Kuvat s. 13]

Leverrier

Torricelli

Lavoisier laboratoriossaan

Ensimmäisiä lasisia lämpömittareita

[Lähdemerkinnät]

Leverrier’tä, Lavoisier’ta ja Torricellia esittävät kuvat: Brown Brothers

Lämpömittari: © G. Tomsich, Science Source/Photo Researchers

[Kuvat s. 15]

Satelliitit, säähavaintopallot ja tietokoneet ovat joitakin ilmatieteilijöiden työvälineitä

[Lähdemerkinnät]

Sivut 2 ja 15: satelliitti: NOAA/Department of Commerce; pyörremyrsky: NASA

Commander John Bortniak, NOAA Corps