Browsing by discipline "Meteorology"

Tämän tutkielman tavoitteena oli selvittää erimittaisten sään ääri-ilmiöiden jaksojen (lämpötila ja sademäärä) ja sään ääri-ilmiöiden yhdistelmien esiintymistä sekä todennäköisyyttä Suomessa nykyisessä ilmastossa havaintojen (1950-2009) ja ilmaston sisäistä luonnollista vaihtelua kuvaavan ilmastomallikokeen, ns. Millennium0001-kontrolliajon (1200 vuotta) tulosten pohjalta. Tutkielmassa tarkastellaan sään ääri-ilmiöiden yhdistelmien esiintyvyyttä myös kirjallisuuden ja synoptisten tarkastelujen avulla sekä arvioidaan niiden esiintymisten mahdollisia muutoksia ilmaston lämmetessä. Aluksi tutkittiin, miten malliaineisto ja havainnot poikkeavat toisistaan tilastollisesti lämpötilojen ja sademäärien osalta, minkä jälkeen kontrolliajon tuottamia suureita korjattiin havaittua keskimääräistä ilmastoa vastaaviksi. Keskeiset tulokset johdettiin erimittaisille äärimmäisen kylmille tai kuumille jaksoille ja äärimmäisen sateisille jaksoille. Tutkitut kuukaudet olivat tammi- ja heinäkuu. Esimerkiksi vuorokauden keskilämpötila 25,5 °C ylittyy heinäkuussa keskimäärin suuren osan Etelä- ja Keski-Suomea peittävän hilaruudun (300 km x 300 km) alueella 0,2 %:n todennäköisyydellä, sademäärä 29,7 mm samoin 0,2 %:n todennäköisyydellä. Tammikuussa samassa hilapisteessä seitsemän vuorokauden kylmin jakso -30,2 °C ja sateisin jakso 50,1 mm toistuu kerran n. 500 vuodessa. Kuukauden keskilämpötiloille ja sademäärille tehtiin korrelaatioanalyysejä, joiden perusteella saatiin selville, että Suomessa vähäsateinen loppukevät (huhti-kesäkuu) tai pelkkä kesäkuu edesauttavat keskimääräistä lämpimämmän heinäkuun esiintymistä. Selityksenä voidaan pitää maaperän pientä kosteussisältöä. Korrelaatiot kesäkuun sademäärän ja heinäkuun keskilämpötilojen välillä vaihtelivat -0,26 ja -0,36 välillä tilastollisen merkitsevyystason ollessa yli 99,9 %. Ilmastonmuutos muuttaa sään ääri-ilmiöiden esiintyvyyttä ja voi mahdollisesti lisätä sään ääri-ilmiöiden yhdistelmien todennäköisyyttä tai yhteiskunnan ja luonnon haavoittuvuutta ääri-ilmiöille tai niiden yhdistelmille. Ääri-ilmiöt voivat aiheuttaa mittavia vahinkoja niin yhteiskunnalle kuin luonnollekin, joten tällaisiin tapahtumiin olisi tärkeää voida varautua etukäteen mahdollisten tuhojen minimoimiseksi. Olisikin tärkeää lisätä tutkimusta tästä aiheesta.

Tässä Pro Gradu-tutkielmassa selvitettiin kahden jälkiprosessointimenetelmän, Kalman-suodatuksen sekä MOS-käsittelyn (Model Output Statistics), vaikutusta vuorokauden päähän ulottuviin pintalämpötilaennusteisiin. Tutkimuksessa oli käytössä kolmen eri säänennustusmallin, Euroopan keskipitkien sääennusteiden keskuksen ennustemallin (ECMWF) sekä Ilmatieteen laitoksen HIRLAM- ja HIRLAM-MBE-ennustemallin, ennusteet 33 eri paikkakunnalle Suomessa vuosien 2008-2009 ajalta sekä niitä vastaavat lämpötilahavainnot. Tutkimuksessa pyrittiin selvittämään, miten jälkiprosessointi vaikuttaa kunkin ennustusmallin lämpötilaennusteiden laatuun, jonka lisäksi ECMWF:n ennustemallin osalta pyrittiin selvittämään, löytyykö suursäätilasta yhteneväisyyksiä niissä tapauksissa, joissa mallin ennustevirhe on ollut suuri. Aineisto tutkittiin koko maan kattavana kokonaisuutena, jonka lisäksi se jaettiin myös alueellisesti sekä vuodenaikojen perusteella ajallisesti osiin. Tutkimuksessa laskettiin ennustemallien lämpötilaennusteista sekä niitä vastaavista havainnoista ennusteille keskivirhe, absoluuttinen keskivirhe, neliöllinen keskivirhe sekä osuvuus. Niiden tarkastelusta käy ilmi, että sekä MOS-menetelmä että Kalman-suodatus ovat varsin käyttökelpoisia menetelmiä lämpötilaennusteiden parantamiseksi. Esimerkiksi ECMWF-ennustemallin lämpötilaennusteen osuvuus koko tutkimuksen aineistossa paranee Kalman-suodatinta käyttämällä 80 prosentista 84 prosenttiin ja missään tutkimuksen aineiston osassa Kalman-suodatin ei tilastollisesti huonontanut ennustetta verrattuna suodattamattomaan malliin. Toisaalta yksittäistapauksissa, joissa suursäätila on nopeasti vaihtunut, on Kalman-suodatin myös huonontanut yksittäistä ennustetta. Eniten Kalman-suodatin, samoin kuin MOS-menetelmä, parantaa lämpötilaennusteita tilanteissa, joissa esiintyy suuri systemaattinen ennustevirhe. Ennustemallien hilapisteikön rajallisuudesta johtuen, suuri systemaattinen ennustevirhe esiintyy säännöllisesti esimerkiksi joillakin rannikkoasemilla tai havaintoasemilla, joiden ympäristössä maaston muodot vaihtelevat paljon. Esimerkiksi Kilpisjärven havaintoasemalla Enontekiössä ennusteiden osuvuus parani kaikilla ennustemalleilla Kalman-suodatuksen jälkeen yli 20 prosenttiyksikköä. Suurten ennustevirheiden ja suursäätilan välistä riippuvuutta tutkittiin vain ECMWF:n ennustemallista sekä sen Kalman-suodatetusta aineistosta. Tätä varten valittiin kustakin aineiston osasta 20 suurimman ennustevirheen käsittävää tapausta. Näiden tapausten päivämääristä määritettiin keskimääräiset jakaumat Euroopan alueella pintapaineesta, 850 hPa:n painepinnan lämpötilasta, 700 hPa:n painepinnan kosteudesta, 500 hPa:n painepinnan geopotentiaalikorkeudesta sekä 300 hPa:n painepinnan tuulivektoreista. Lisäksi edellä mainituista määritettiin anomaliajakaumat samalla alueella suhteessa normaalijaksoon 1968–1996, käyttäen Yhdysvaltain liittovaltion sää- ja valtamerentutkimusorganisaation NOAA:n kehittämän säänennustusmallien ja havaintojen uudelleenassimilointimenetelmän aineistoa. Lupaavimmat tulokset suursäätilan ja ennustevirheiden välisestä riippuvuudesta saatiin talviaikana sekä kevätaikana iltapäivän ennusteissa, mutta tarkempia johtopäätöksiä varten tarvitaan vielä lisätutkimuksia. Tutkimuksesta käy ilmi, että Kalman-suodatin on säämallien lämpötilaennusteiden jälkiprosessoinnissa erittäin käyttökelpoinen menetelmä sekä meteorologin apuna että Ilmatieteen laitoksen sääennusteiden tuotantoprosessin kannalta. Erityisen paljon Kalman-suodatus parantaa Hirlam- ja Hirlam-MBE-mallin lämpötilaennusteita sekä ennusteita alueilla, joissa esiintyy suuri systemaattinen ennustevirhe. Toisaalta huonoimmillaan Kalman-suodatin on tilanteissa, joissa lämpötilatrendi muuttuu äkisti. On kuitenkin erittäin suositeltavaa, että Kalman-suodatus otetaan mahdollisimman nopeasti osaksi Ilmatieteen laitoksen sääennusteiden tuotantoprosessia.

Alueellisten ilmastomallien vaakasuuntainen erottelukyky on globaaleja malleja huomattavasti tarkempi, minkä vuoksi niillä on useita käyttökohteita ilmastonmuutoksen vaikutusten arvioinnissa. Tässä Pro Gradu – työssä tutkittiin alueellisten ilmastomallien tuottamia sademääräsimulaatioita sekä sadehavaintoaineistoja Euroopassa. Aineistona käytettiin ENSEMBLES-hankkeen tarjoamia 10 alueellista ilmastosimulaatiota, kahta hilamuotoista havaintoaineistoa sekä Ilmatieteen laitoksen sadeasemahavaintoja. Aineisto oli päiväkohtaista. Vuositasolla ilmastomallit ovat pääsääntöisesti sademäärää yliennustavia, mutta harha vaihtelee alueiden ja vuodenaikojen kesken. Osa tästä harhasta selittyy kuitenkin sillä, että havaintoaineistoihin sisältyy tyypillisesti sademäärän mittaustapahtumasta aiheutuva virhe. Alueellisten simulaatioiden harha pyritään minimoimaan kun halutaan kvantifioida tulevaisuuden sademääriä ilmastomallitulosten avulla. Tutkimuksessa sovellettiin tähän tarkoitettua empiiristä korjausmenetelmää tapauskohtaisella testialueella Suomessa. Korjausmenetelmä huomioi sadetapahtumien harhan niiden intensiteetin mukaan, jolloin se periaatteessa soveltuu paremmin myös rankkasateiden korjaamiseen. Korjausmenetelmässä harhan riippuvuus sadetapahtuman intensiteetistä oletetaan skenaariojaksolla samaksi kuin vertailujaksolla. Edellytyksenä korjausmenetelmän käytölle on se, että sadetapahtumien intensiteettijakauma simulaatioaineistoissa on kohtuullisen lähellä havaittua jakaumaa. Korjausmenetelmä parantaa sademäärän vuodenaikaiskeskiarvoja tarkastelualueella vertailujaksolla, vuoden kokonaissadekertymän harhan suuruus aineiston keskiarvossa on vain 7 mm. Koska sadetapahtumien intensiteettijakauma muuttuu simulaatioissa vertailu- ja skenaariojaksojen välillä, korjausmenetelmä vaikuttaa kuitenkin sademäärän muutoksen suuruuteen. Lisäksi menetelmän vaikutus sademäärän muutokseen jakautuu epätasaisesti sadetapahtuman intensiteetistä riippuen: menetelmä pienentää rankkasateiden kertymien muutosta, mutta kasvattaa sitä tavallisten sadetapahtumien osalta. Rankkasadetapahtumien erilliskäsittely korjausmenetelmässä aiheuttaa sen, että korjatusta sadetapahtumien intensiteettijakaumasta tulee epäjatkuva riippumatta siitä, mikä tarkastelujakso on kyseessä. Tässä työssä käytetty korjausmenetelmä ei ole ainoa laatuaan, perinteisesti mallitulosten korjaamiseen on käytetty vakiokertoimiin perustuvaa menetelmää kaikille sadetapahtumille. Korjausmenetelmien testaaminen on monien sovellusten kannalta tärkeää, mutta parhaan menetelmän löytäminen ei ole yksiselitteisen helppoa. Globaaleihin malleihin verrattuna alueellisten ilmastomallien ja korjausmenetelmien käyttö aiheuttavat molemmat ylimääräisen epävarmuuslähteen ilmastosimulaatioihin.

Sateen intensiteettiä (R) oli ennen tätä työtä tutkittu Suomessa pääasiassa maanpinnalla tehdyistä sademittarimittauksista. Tässä työssä hyödynnettiin säätutkan ylivoimaista ajallista ja alueellista resoluutiota havaita sadetta sademittareihin verrattuna, vertailtiin säätutkan ja sademittarin mittaamaa sateen intensiteettiä ja muodostettiin valtavasta havaintoaineistosta sateen intensiteetin todennäköisyysjakaumia, joilla on sovellusarvoa mm. mitoitettaessa kaupunkien viemäriverkostoja. Teoreettisena sateen intensiteetin todennäköisyysjakaumana käytettiin lognormaalijakaumaa. Säätutka-sademittarivertailussa havaintoaineistona oli noin 60000 Vaisalan FD12P:llä mitattua havaintoa kymmenen minuutin sateen intensiteetistä. Säätutkamittauksia Ilmatieteen laitoksen säätutkilta oli kaikkiaan noin 10 miljardia Suomen maa-alueilta Lappia lukuun ottamatta, joista saderajaksi valittu 10 dBZ-yksikköä ylittyi noin 6,7 % havainnoista. Havaintoaineistot oli kerätty kesä-, heinä- ja elokuilta 2000-2002. Säätutka mittaa tutkaheijastavuustekijää (Z) vaikutustilavuudesta, joka kasvaa ja nousee ylemmäs maanpinnasta mitä kauempana tutkasta mittaus tehdään. Vaikutustilavuudessa voi olla vesipisaroiden lisäksi mm. lumihiutaleita, rakeita, lintuja, hyönteisiä ja korkeita rakennuksia. Kun otetaan aineistoa vain 40-100 km:n etäisyydeltä tutkista ja tehdään siihen raekorjaus, on saaduissa Z:n todennäköisyysjakaumissa lähinnä vesipisaroista saatuja mittausarvoja. Näin voidaan käyttää R(Z)-muunnosta Z=250R1,5 ja saada hetkellisen aluesadannan todennäköisyyksiä 0-1,2 km2:n kokoisille alueille. Tällaiset hetkellisen aluesadannan todennäköisyysjakaumat voidaan samaistaa 0-2,4 minuutin pistesadannan mittauksiksi, kun oletetaan, että satava alue liikkuu keskimäärin 10 m/s. Saatujen tulosten mukaan 1,5 minuutin pistesadannan intensiteetti ylittää yksittäisessä havaintopaikassa Suomen maa-alueilla kerran vuodessa noin 90 mm/h, kerran sadassa vuodessa noin 400 mm/h ja kerran 10000 vuodessa noin 1200-1600 mm/h.

Työssä tarkastellaan ilmakehän sekoituskorkeuden arvioimista eri menetelmin Loviisan ydinvoimalaitoksen läheisyydessä. Sekoituskorkeus on keskeinen parametri arvioitaessa voimalaitokselta ilmaan tapahtuvien radioaktiivisten aineiden leviämistä ilmakehässä sekä niiden vaikutuksia voimalaitoksen lähialueella. Sekoituskorkeus arvioidaan LIDAR-mittausten perusteella sekä Loviisan ydinvoimalaitoksen säähavaintojärjestelmän mittauksista parametrisoimalla aikavälillä 10.4. - 5.6.2015. Käytettävän parametrisointiyhtälön muoto riippuu rajakerroksen stabiiliusolosuhteista. Stabiiliusolosuhteiden erottelu tehdään säähavaintojärjestelmältä saatavan Obukhov-pituuteen perustuvan Pasquill-stabiiliusluokan perusteella. Stabiileissa ja neutraaleissa olosuhteissa parametrisointiyhtälön kertoimet arvioidaan LIDAR-mittausten avulla. Eri menetelmin arvioituja sekoituskorkeuksia verrataan Loviisan ydinvoimalaitoksella käytettyyn Pasquill-stabiiliusluokkaan perustuvaan lähestymistapaan. Työn tulosten mukaan LIDAR-mittauksista saadaan melko harvoin arvio sekoituskorkeudesta ja saantoon liittyy vuorokaudenaikaista vaihtelua. LIDAR-mittausten tulokset eivät myöskään vastaa Pasquill-stabiiliusluokan mukaan labiileissa olosuhteissa parametrisoitua sekoituskorkeutta. Voimakkaan sekoittumisen tilanteissa LIDAR-mittauksien avulla ei pystytty arvioimaan sekoituskorkeutta luotettavasti. Lisäksi Pasquill-stabiiliusluokan mukaan olosuhteet ovat toisinaan labiilit, vaikka ne todellisuudessa ovat neutraalit tai stabiilit. Näiden epävarmuustekijöiden vuoksi sekoituskorkeuden tyypillisestä käyttäytymisestä ei voida tehdä johtopäätöksiä labiileiden tilanteiden osalta. Tulokset osoittavat, että neutraaleissa ja stabiileissa olosuhteissa eri menetelmin arvioidut sekoituskorkeudet käyttäytyvät samaan tapaan Loviisan ydinvoimalaitoksella sovelletun menetelmän kanssa, joskin LIDAR-mittausten ja parametrisointiyhtälön mukaiset sekoituskorkeudet ovat erityisesti neutraaleissa ja lievästi stabiileissa olosuhteissa selvästi matalampia. Tämä on merkittävää, koska rajakerros on Loviisan mittausympäristössä useimmiten likimain neutraalisti kerrostunut. Keväisen mittausjakson tuloksien perusteella Loviisan ydinvoimalaitoksen käyttämä sekoituskorkeuden arviointimenetelmä vaikuttaa yliarvioivan sekoituskorkeutta rantaviivan läheisyydessä stabiileissa ja neutraaleissa olosuhteissa. Mahdollisen vuodenaikaisen vaihtelun selvittämiseksi tulisi tarkastella sekoituskorkeuden käyttäytymistä muina vuodenaikoina tehtyjen LIDAR-mittausten perusteella. Pasquill-stabiiliusluokkiin perustuvia sekoituskorkeusarvioita on syytä tarkentaa, tai vaihtoehtoisesti arvioida sekoituskorkeus jollain toisella menetelmällä. Parametrisointi vaikuttaa työn tulosten perusteella lupaavalta vaihtoehdolta sekoituskorkeuden arvioinnille ainakin neutraaleissa ja stabiileissa olosuhteissa.

Vinterhalkan överraskar årligen både bilister och fotgängare. I Finland besöker omkring 50 000 fotgängare läkare eftersom de halkat som en följd av dåligt väglag. Halkolyckornas sjukkostnader orsakar stora ekonomiska förluster för det finska samhället. Av den orsaken har Meteorologiska institutet (FMI), utgående från FMI:s trafikvädermodell, utvecklat en vädermodell för fotgängare för att minska antalet halkolyckor. Vädermodellens prognos beskriver med hjälp av ett gångindex väglaget på gångvägarna (normalt, halt eller mycket halt). Bristen på friktionsobservationer har försvårat utvecklingsprocessen av vädermodellen. Sedan november 2004 har FMI gett ut vädermeddelanden för fotgängare i hela landet ifall väglaget är eller förutses bli mycket halt. Väglaget är mycket halt för fotgängare ifall en isig yta täcks av ett tunt lager av snö eller vatten. Även en riklig mängd snö som packas ihop, orsakar mycket svåra väglagsförhållanden för fotgängare. Ofta varierar väglaget mycket lokalt, vilket komplicerar utgivandet av vädermeddelanden. Exempelvis på vårvintern då trottoarerna i förorterna fortfarande är täckta av snö och is kan gatorna i innerstaden redan vara bara. I denna studie är mycket hala dagar under vintersäsongerna 2008–2013 undersökta med hjälp av olika väder parametrar och de assisterande meteorologernas väglagsobservationer. De mycket hala dagarna är fastställda utgående från två källor av olycksstatistik: Helsingfors ambulanstransporter och TVL:s (Tapaturmavakuutuslaitosten liitto) fallstatistik. Dagarna är jämförda med FMI:s vädermeddelanden och med vädermodellen för fotgängare. Vaisalas friktionsmätinstruments, DSC111, observationer är även använda i denna studie. Det finns endast två DSC111-mätinstrument som mäter friktionen på trottoarerna, vilket orsakar problem eftersom väglaget ofta är mycket lokalt varierande. Det inträffar flest halkolyckor ifall det har förekommit snöfall, eller ifall medeltemperaturen är omkring eller under noll grader. Vädermodellensprognos är riktgivande men den har ofta svårigheter med att ge en för tidpunkten korrekt prognos angående trottoarernas väglag. I vissa situationer underskattar vädermodellen väglagets halka. Då friktionen drastiskt sjönk i samband med ett snöfall tolkade DSC111-mätintrumentet oftast friktionen korrekt men den underskattade friktionen ifall trottoaren under en längre tid hade varit täckt av snö. Meteorologiska institutet har i jämförelse med halkolycksstatistiken inte lyckats ge ut vädermeddelanden på alla de dagar det skulle ha behövts. Över hälften av vädermeddelandena var utgivna under dagar som på basis av antalet halkolyckor kan anses vara normala. Således förefaller det som om det för närvarande är mycket svårt att göra en korrekt prognos gällande trottoarernas väglag. Orsakerna är det mycket lokalt varierande väglaget, att vädermodellen ännu inte klarar av att förutse de hala väglagen tillräckligt bra och bristen på observationer.

Tässä Pro Gradu -tutkielmassa oli tarkoitus määrittää ne lämpötilan ääriarvojen maksimi ja minimi arvot, jotka ovat vielä fysikaalisesti mahdollisia Suomen ilmastossa. Työssä käytettiin hyväksi kahta eri yksidimensioista ilmakehämallia, 1D-H634 sekä 1D-RCA3. Ensiksi mainittu pohjaa HIRLAM 6.3.4- malliin. Jälkimmäisessä mallissa HIRLAMin pintaprosessit on korvattu ruotsalaisen Rossby-keskuksen RCA3 -mallin fysiikalla. Tutkimukseen otettiin mukaan kaikki kolme luotausasemaa Suomesta (Jokioinen, Jyväskylä ja Sodankylä). Työ aloitettiin poimimalla Ilmatieteen laitoksen ilmastotietokannasta ne ajankohdat, joina kahden metrin lämpötila on ylittänyt kesällä +30°C ja alittanut talvella -35°C. Seuraavaksi etsittiin näitä ajanjaksoja vastaavat luotaustiedot. Luotauksia tutkimalla pyrittiin selvittämään mitkä tekijät vaikuttivat äärilämpötilojen esiintymiseen. Tämän jälkeen nämä luotaustiedot interpoloitiin vastaamaan mallin 40 vertikaalitasoa. Nämä tiedot syötettiin malleille yhdessä päivämäärän, kellonajan sekä koordinaattien kanssa ja tulokseksi saatiin vuorokauden kahden metrin lämpötilakäyrät. Koska yksidimensioiset mallit eivät ota huomioon lämmön advektiota, laskettiin Euroopan keskipitkien sääennusteiden keskuksen (ECMWF) ERA40-uusanalyysien pohjalta kyseisiä ajanhetkiä vastaavat lämmön advektiot. Lisäksi laskettiin keskimääräiset advektion vuorokausirytmit kesällä (kesä-heinä-elo) ja talvella (tammi-helmi). Suomesta saatujen luotaustietojen pohjalta tehtyjen ajojen kahden metrin lämpötilat eivät kesätilanteessa kyenneet ylittämään Turussa vuonna 1914 mitattua lämpötilaennätystä +35,9°C. Verrattaessa kuitenkin malliajojen tuloksia tehtyihin havaintoihin, voitiin kesätilanteissa todeta mallin antavan jopa 5°C lämpimämpiä arvoja kuin kyseisissä tilanteissa on mitattu. Lopuksi päätettiin tehdä malliajo, jossa luotaus otettiin Tallinnan lentoasemalta elokuulta 1992. Tämän luotaustiedon pohjalta tehdyn ajon tulos (+36,4°C) ylitti Suomessa havaitun lämpötilaennätyksen. Talvitilanteissa 1D-H634-malli ei puolestaan kyennyt saavuttamaan Suomen pakkasennätystä (-51,5°C), joka mitattiin Kittilässä vuonna 1999. Mallitetut pakkaslukemat olivat kuitenkin suurimmassa osassa ajoja kireämpiä kuin mitä kyseisten tilanteiden havainnot kertovat. Käytettäessä 1D-RCA3-mallia päästiin pakkasissa -53,8°C:seen ja pakkaslukemat olivat muutenkin paljon alhaisempia verrattuna 1D-H634- mallin tuloksiin.

Työssä tutkitaan epästabiilista ilmamassasta muodostuvaa ja paikallisesti vaikeasti ennustettavissa olevaa konvektiivista säätä. Tapaustutkimus käsittää kolmen vuorokauden jakson Yhdysvalloissa Atlantan Hartsfield-Jackson lentokentän lähestymisalueella heinäkuussa 2016. Tarkoituksena on tutkia, miten konvektiiviset pilvet vaikuttavat lentoliikennevirran kulkuun lähestymisalueella, jossa koneiden lukumäärä on suuri ja liikkumatila rajattua. Tapaustutkimus keskittyy Atlantan lentokenttään, mutta osa tuloksista voidaan yleistää muihin samankokoisiin lentokenttiin, joilla konvektiivinen sää on yleistä. Turvallisuusmääräysten mukaan lentäjien tulisi välttää konvektiiviset alueet vähintään 18 kilometrin etäisyydellä, mutta turvaetäisyyksistä huolimatta konvektiivisen sään läpäisyjä ja etäisyyksien alituksia tapahtuu lähestymisalueella usein. Tapaustutkimuksessa tutkittiin tilanteet, joissa turvaetäisyys lentokoneen ja konvektiivisen sään välillä oli alle 15 kilometriä. Tutkimus toteutettiin mittaamalla konvektiivisten solujen tutkakaikuja ja vertaamalla niitä lentokoneiden sijaintitietoihin. Konvektion raja-arvoksi määritettiin työssä 40 dBZ:n tutkaheijastuvuuden raja-arvo, jonka ylittyessä konvektion katsottiin olevan lentoliikenteelle haitallista. Edellä mainittujen aineistojen lisäksi käytettiin salamahavaintotietoja selvittämään vaikuttaako salamointi säänläpäisyyn. Salamahavaintojen sijaintitiedolla voitiin varmistaa myös salamoivan konvektiivisen pilven sijainti. Konvektiivisen sään läpäisyjä tapahtui tapaustutkimuksen aikana yhteensä 12 kertaa. Kaikki sään läpäisyt tapahtuivat alle 30 kilometrin etäisyydellä lentokentästä, jolloin koneet ovat alttiimmillaan tuuliväänteestä aiheutuville vaaratilanteille. Kauempana lentokentästä, noin 40–70 kilometrin etäisyydellä, kohdattu konvektiivinen sää sen sijaan pääsääntöisesti kierrettiin riippumatta konvektion voimakkuudesta tai laajuudesta. Lentäjien suorittamat väistöliikkeet olivat väistötilanteessa lyhimmillään keskimäärin noin 4–5 kilometrin etäisyydellä 40 dBZ:n tutkakaiuista. Kyseisen etäisyyden voidaan tulkita olevan lentäjien näkemys turvaetäisyydeksi konvektiopilveen. Lentäjien lentokokemuksilla konvektiivisessa säässä lentämiseen on tuloksien kannalta paljon merkitystä. Konvektiopilven läpäisyn todennäköisyys kasvaa, kun lentäjä seuraa edellä olevaa konetta tai kone on aikataulustaan myöhässä. Viime vuosien havaintojen perusteella tarpeettoman konvektiivisen sään läpäisyn kehityssuunta on nousussa, ja lentoliikenteen odotetaan vain kasvavan lähitulevaisuudessa. Kasvava lentoliikenne ja entistä ruuhkaisemmat lähestymisalueet voivat entisestään laskea lentäjän kynnystä lentää konvektiivisten alueiden läpi. Tapaustutkimuksen tutkimusjaksoa tulisi laajentaa huomattavasti, jotta tulokset olisivat luotettavampia ja saatavilla olisi tiedot kaikista tapaustutkimuksen aikana lähestymisalueella lentäneistä lentokoneista.

In recent decades, rapid urbanization together with industrialization has led to an increase in anthropogenic emissions, resulting in high air pollution concentrations and poor air quality particularly in developing countries, such as in China. Due to both the enhanced environmental and severe public health risks poor air quality is causing and the climate impacts of aerosols, it is of great interest to study and understand aerosol particles and their impact on our surroundings. Aerosols affect the radiative properties of the atmosphere and the surface energy balance. The impact of aerosols on the surface radiative fluxes of the urban surface energy balance is widely known, but the impact on the turbulent energy fluxes, which are important components in the energy balance, has until now remained unclear. To extend the knowledge of aerosol impacts on all the energy balance components, a simple urban land surface model (SUEWS) during the period of 2006-2009 is used, together with aerosol data, Aerosol Optical Depth (AOD), received from an AERONET station located in Beijing. With the use of commonly measured meteorological variables together with parameters defined for the study area of 1 km radius around a meteorological tower, the components of the urban surface energy balance are simulated by the model. For further data analysis, the data are divided into thermal seasons and pollutant categories according to the available AOD-data. Extreme polluted conditions are achieved during 24 % for the time of available AOD-data, additionally showing relatively less situations with poor air quality (8 %) in winter compared to 27 % observed in summer. The aim of this study is to analyse how much aerosol particles can modify the different surface energy balance components, particularly focusing on the turbulent fluxes. The model is evaluated against observed turbulent fluxes in the same tower, showing an overestimation of the sensible heat flux and an underestimation and a better model performance of the latent heat flux. Still, the diurnal behaviour of the fluxes is shown to be well reproduced by the model. The behaviour of the modelled components is further investigated, showing a clear monthly variation for almost all the fluxes contributing to the surface energy balance. The behaviour of the total energy balance is in general controlled by the wet (occurring from May to October) and dry periods, distinguishing the climate in Beijing. The sensible heat flux is the dominant flux in March, accounting for 59 % of the available energy, whereas during the wet periods, higher portion of the available energy is consumed by the turbulent latent heat flux (61 % in August). Adding the effect of aerosols, the results clearly show how the net radiative flux is decreased in poor air quality conditions, giving differences of 138 W/m2 in the median flux due to aerosol loading in the atmosphere. The main finding of this study is that aerosols also influence the turbulent fluxes, with largest aerosol impact on the sensible heat flux occurring during thermal spring (66 W/m2 difference between clean and polluted air conditions). Likewise, in summer, when the latent heat flux is the largest contributor for consuming the available energy, the influence of aerosols is most visible (25 W/m2 difference). This study highlights the importance of maintaining measurements of aerosol concentrations and characteristics of the pollutants over urban areas due to their influence not only on the radiative fluxes, but all the components of the surface energy balance, which can further alter the water circulation and give rise to other environmental risks. These findings can therefore be used in urban planning and issues related to water management and air pollution regulations.

Still to this day, not all factors affecting the behavior of deep moist convection are completely understood. These factors should be understood in order to produce better forecasts of the behavior of deep convection. It is known that deep convection depends on the vertical profiles of temperature and relative humidity (RH). Because in the tropics mean horizontal temperature gradients are small, it is important to know what processes are associated with anomalies of temperature and RH in the tropics. One important process is deep convection itself. This study investigates how deep convection occurring as mesoscale convective systems (MCSs) influences the vertical profiles of temperature and RH. Radiosonde observations obtained in the tropics were binned into groups based on the amount of area-averaged precipitation obtained during 24 hours before the observation. Anomalies of temperature and RH were calculated by subtracting the bin-average vertical profile of the non-precipitating group from the bin-average vertical profile of a group with certain amount of precipitation. This way it is possible to compare how the temperature and RH profiles associated with precipitation differ from those that are associated with a non-precipitating atmosphere. An investigation of the vertical profiles of RH anomaly in the different groups suggests that precipitation is associated with a positive RH anomaly throughout the troposphere and that the anomalies are largest in the 300-800 hPa layer. Four separate layers were distinguished from the vertical profiles of temperature anomalies, which yields information of the processes occurring in MCSs. The 300-500 hPa layer is characterized by a positive temperature anomaly, most likely associated with condensation of water vapor in the anvil cloud portion of MCSs. The 500-800 hPa layer is characterized by a negative temperature anomaly, most likely associated with evaporation of stratiform precipitation falling from the anvil cloud. Between 800-950 hPa the negative temperature anomalies are smaller than in the 500-800 hPa and 950-1000 hPa layers, which is hypothesized to be due to evaporatively driven mesoscale unsaturated downdrafts. The layer below 950 hPa is characterized by a strong negative temperature anomaly, likely due to convective-scale saturated downdrafts induced by deep convective precipitation. The anomalies of temperature and RH were larger with higher amounts of precipitation at almost all altitudes. In addition, the vertical profiles of horizontal wind speed were investigated. Advection by the horizontal wind may have influenced the results of this study so that the radiosonde did not measure air affected by precipitation. This study has therefore shown that precipitation is associated with a larger RH relative to a non-precipitating atmosphere throughout the troposphere. In addition, this study has shown for the first time that precipitation is associated with a complex vertical temperature anomaly structure. These results are the first step in a research project that aims to understand and thus parameterize deep convection better than before.