Meteorologia

Meteorologia (kreikan sanasta meteōrología, joka on johdos sanoista metéōron suom. korkealla, ilmassa oleva (kappale tai ilmiö) ja kreik. λόγος, lógos, suom. tutkiminen, puhuminen) eli ilmatiede tutkii ilmakehää ja sen käyttäytymistä. Tunnetuin meteorologinen sovellus on sään ennustaminen. Klimatologia tutkii ilmakehän pitemmän ajan tapahtumia, ilmastoa ja sen muutoksia, kuten kasvihuoneilmiön voimistumista. Ilmakemia tutkii kemiallisia prosesseja ilmakehässä, tärkeimmät sovellukset liittyvät ilmansaasteisiin.

Ilmatieteen asiantuntija on meteorologi eli ilmatieteilijä. Suomessa meteorologiksi voi opiskella Helsingin yliopiston matemaattis-luonnontieteellisen tiedekunnan ilmakehätutkimuksen keskuksessa (INAR). Aiemmin itsenäinen meteorologian laitos yhdistettiin vuonna 2002 yliopiston fysikaalisten tieteiden laitokseen, joka vuonna 2008 nimettiin fysiikan laitokseksi. Vuonna 2018 fysiikan laitos jaettiin fysiikan osastoksi ja ilmakehätutkimuksen keskukseksi (INAR); INARia johtaa akateemikko Markku Kulmala.

Meteorologi on ammattinimike, tutkinto on luonnontieteiden kandidaatti tai filosofian maisteri. Sään ennustaminen on eräs näkyvimpiä ilmatieteilijöiden työtehtäviä. Useimmissa maissa meteorologin tehtäviin vaaditaan korkeakoulututkinto. Meteorologit toimivat kansallisissa ilmatieteen laitoksissa, yliopistoissa, tutkimuslaitoksissa, puolustusvoimissa, ilmailulaitoksissa, tiehallinnoissa, sääalan yrityksissä (esimerkiksi Foreca) sekä ilmakehän ja sen lähialojen mittausteknologiayrityksissä (kuten Vaisala ja Iceye, tuulienergiamittausyritykset), joukkoviestimissä (esimerkiksi YLE, Mtv3) sekä muissa yrityksissä (isot voimayhtiöt, vakuutusyhtiöt), ja alan ministeriöissä. Alalla on myös kansainvälisiä tehtäviä.

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).

Ilmakehän fysiikkaa

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

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.

Lähteet

Aiheesta muualla

• Kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Meteorologia Wikimedia Commonsissa

• Ilmatieteen laitos
• Helsingin yliopisto, Ilmakehätieteiden osasto