Alemman ilmakehän suihkuvirtaus

Rajakerroksen suihkuvirtauksella tarkoitetaan rajakerroksessa esiintyvää tuuli-maksimia, joka ylittää sekä ylä- että alapuolisen tuulen nopeuden vähintään 2 m/s:llä. Tuulivoiman tuotannon kannalta on tärkeätä tietää suihkuvirtauksen voimakkuus, esiintymiskorkeus, ja esiintymisen yleisyys.

Alemman ilmakehän suihkuvirtauksia esiintyy Suomessa tyypillisesti korkeuksilla 100- 600 m. Tietyissä säätilanteissa ehkä jopa 50 m korkeudella. Suihkuvirtaus ei kuitenkaan näy tavallisten sääasemien tuulimittauksissa, jossa tuulta mitataan 10 - 30 m korkeudella. Sen sijaan esimerkiksi tunturisääasemilla, joissa tuulimittarit ovat tunturin laella, mitataan myös suihkuvirtauksen tuulia.

Suihkuvirtaus lisää tuulivoiman tuotantopotentiaalia, mutta aiheuttaa myös ongelmia. Suihkuvirtauksen ala- ja yläpuolella tuulen nopeus muuttuu voimakkaasti korkeuden mukana, mikä aiheuttaa mekaanista kuormitusta voimalalle. Rajakerroksen suihkuvirtaus on yleinen ilmiö, varsinkin yöllä ja talvella, ja sille on useita syntymekanismeja, joista tärkeimmät kuvataan alla.

a) Yöllinen suihkuvirtaus

Yöllä maanpinta jäähtyy ja jäähtyminen ulottuu vähitellen ilmakehän rajakerrokseen. Näin rajakerros muuttuu stabiiliksi, jolloin turbulenttinen sekoittuminen oleellisesti vähenee. Siksi ilma rajakerroksen yläosissa ei enää juurikaan tunne pintakitkan vaikutusta, ja kerrokseen syntyy paikallinen tuulimaksimi.

b) Lämpötilaerojen vaikutus

Jos ilman lämpötila muuttuu horisontaalisessa suunnassa, tuulen nopeus muuttuu pystysuunnassa. Lähellä maanpintaa kitka puolestaan pienentää tuulen nopeutta. Niinpä suihkuvirtaus syntyy tilanteissa, joissa lämpötilaerot pyrkivät pienentämään tuulen nopeutta korkeuden kasvaessa. Tähän mekanismiin liittyvä suihkuvirtaus syntyy tyypillisesti muutaman sadan metrin korkeuteen. Voimakkaimmillaan mekanismi on kylmän ilman sijaitessa tuulen tulosuunnasta vasemmalla.

c) Merituuli

Keväällä ja alkukesällä rannikkoalueilla yleinen merituuli aiheuttaa iltapäivisin mereltä maalle suuntautuvan tuulen ilmakehän rajakerrokseen. Ylempänä vallitsee heikompi tuuli maalta merelle. Aivan pinnan lähellä kitka kuitenkin pienentää merituulta, ja suihkuvirtaus syntyy kerrokseen jossa kitkan vaikutus ei enää ole merkittävä.

d) Laskutuuli

Kylmä laskutuuli eli katabaattinen tuuli syntyy, kun pinnan lähellä yöllä, tai talvella myös päivisin, jäähtynyt ilma valuu raskaampana rinnettä alaspäin. Tuuli esiintyy ohuessa kerroksessa maanpinnan lähellä, mutta aivan pinnan tuntumassa kitka heikentää tuulta. Suihkuvirtaus esiintyy kerroksessa, jossa kitkan vaikutus ei enää ole merkittävä.

e) Rintamat

Kylmän ilmamassan edetessä lämmintä massaa nopeammin ja tunkeutuessa sen alle matalana kielekkeenä tuulimaksimi usein esiintyy kylmän ilmamassan yläosassa.



Suihkuvirtauksen vaikutus keskimääräiseen tuulen nopeuteen ja vertikaalisen tuulen nopeuden profiiliin.



Pystysuora poikkileikkaus pitkin pituuspiiriä 25ºE ajalla 18.-23.1.2006 vallinneesta keskimääräisen tuulen nopeuden (m/s) jakaumasta Suomenlahdella Helsingin kohdalla. Tuulen suunta oli pääosin idästä. Värejä vastaava tuulen nopeuden asteikko on kuvan alalaidassa. LLJ osoittaa suihkuvirtauksen paikan. Ilmatieteen laitoksen sääasemilla mitatut keskinopeudet ko. jaksolta olivat Isosaari 10,0 m/s, Helsinki-Vantaan lentoasema 5,6 m/s. Tallinnan, Isosaaren, Helsingin keskustan ja Helsinki-Vantaan lentoaseman sijainnit on merkitty kuvan ylälaidassa olevilla nuolilla. Kylmän ilman purkua edustava säätilanne on simuloitu mesoskaalamallilla WRF, jossa vaakasuora erottelukyky oli 1 km.



Suihkuvirtauksen vaikutuksen näkyminen toukokuun keskimääräisen tuulen nopeuden
pystysuorassa profiilissa rannikolla ja saaristossa.