Turbulenssi – mitä se on ja miten se syntyy? "Turbulenssi on yleistynyt ja ilmastonmuutos lisää sitä"

Turbulenssilla tarkoitetaan nesteessä tai kaasussa tapahtuvia nopeita muutoksia virtauksessa. Ilmakehässä tämä ilmenee käytännössä niin, että tuulen nopeus ja suunta vaihtelevat eri ilmakerroksissa nopeasti, eli puhutaan myös tuuliväänteestä. Lentokoneessa matkatessa turbulenssi tuntuu tärinänä ja ilmakuoppina.

"Lähestymme heittoisan sään aluetta. Matkustajia kehotetaan kiinnittämään turvavyöt merkkivalon palaessa." 

Näin saattaa kuulua kuulutus, kun lentoreitti lähestyy aluetta, jolla turbulenssin todennäköisyys on kasvanut. Lentoreitit optimoidaan aina mahdollisimman sääturvallisiksi, mutta aina turbulenssilta ei voi välttyä. Lohduttava tieto on kuitenkin, että matkustajalle turbulenssi on vaaratonta, jos noudattaa matkustamohenkilökunnan ohjeistusta ja kiinnittää turvavyöt silloin, kun näin kehotetaan. Mitä isomman osan matkasta istuu turvavyöt kiinnitettyinä, sitä epätodennäköisemmin turbulenssi pääsee yllättämään.

Turbulenssia voisikin verrata kuoppaisella tiellä ajamiseen. Se on epämukavaa, mutta turvavöiden ansiosta vaaratonta. Modernit lentokoneet on suunniteltu kestämään kovempaakin turbulenssia. Mitä suurempi on koneen massa, sitä vähemmän turbulenssi lähtökohtaisesti matkustamossa tuntuu. Suurissa lentokoneissa turbulenssi on siis miedompaa kuin vaikkapa potkurikoneissa. On myös näyttöä, että matkustamon etuosassa turbulenssi tuntuu miedompana kuin koneen takaosassa.

Lue myös: Sää ja liikennelentäjä: Ari Huusela kertoo, onko turbulenssi vaarallista ja miltä tuntuu, kun salama iskee lentokoneeseen

Turbulenssia pilvien sisällä ja niiden ympäristössä

Monelle on tuttu ilmiö se, kun lentokone sukeltaa pilven sisään, alkaa koneen tärinä. Pilvien ylä- tai alapuolella lento tuntuu taas tasaiselta. Kumpu- ja kuuropilvet syntyvät aina epävakaaseen ilmakehään, missä esiintyy nousevia ilmavirtauksia. Voi käydä niin, että hetken aikaa nousuvirtaukset kannattelevat lentokonetta ja pyrkivät nostamaan sitä ylöspäin, kun taas nousuvirtausalueen ulkopuolelle lentäminen voi tuntua ikään kuin lentokone tippuisi näkymättömään kuoppaan, ilmakuoppaan.

Pilvien alueella ilmavirtauksen nopeus ja suunta saattavat vaihdella nopeaan tahtiin, ja varsinkin suurikokoisen ukkoskuuropilven yhteydessä ilmavirtaukset ovat hyvin kaoottisia: on nousuvirtauksia, laskuvirtauksia ja sisäänvirtauksia. Pilven sisällä voi olla myös suurikokoisia rakeita. Tämän vuoksi lentokoneet pyrkivät kiertämään suurimmat kuuropilvet, koska niiden läpi lentäminen aiheuttaisi voimakasta turbulenssia. Lentokoneet kyllä kestävät kovemmankin turbulenssin ja salamaniskut, mutta matkustajille kokemukset voivat olla hyvin epämiellyttäviä.

Kaikki pilvet eivät kuitenkaan aiheuta turbulenssia. Jos ilmakehässä lämpötila laskee korkeuden mukana vain vähän, nousuvirtaukset ja täten myös ilmakuopat ovat vaimeampia. Jos pilvi ei kasva nopeasti korkeutta, voi olla, ettei se aiheuta turbulenssia lainkaan. Pilvien läpi lennettäessä koettava turbulenssi on yleensä voimakkainta lämpiminä vuodenaikoina, kun taas talvisin pilvien korkeus jää keskileveysasteilla ja korkeilla leveysasteilla matalaksi. Talvisin turbulenssia aiheuttaa pohjoisella pallonpuoliskolla ennen kaikkea yläilmakehän suihkuvirtaus, mistä kerrotaan seuraavassa kappaleessa lisää.

Lue myös: Miten ukkonen syntyy?

Yllättävä kirkkaan ilman turbulenssi

Kirkkaan ilman turbulenssi on nimensä mukaisesti kirkkaalla, selkeällä säällä esiintyvää turbulenssia, jonka merkkejä ei välttämättä matkustamosta erota millään tavalla. Kun lentoreitti näyttää pilvettömältä ja edessä on vain selkeää taivasta, ei heittoisaa säätä osaa odottaa. Kirkkaan ilman turbulenssin alalajeja ovat mekaaninen ja terminen turbulenssi.

• Mekaanisessa turbulenssissa tasaisesti vaakasuunnassa etenevään ilmavirtaukseen tulee häiriö.
• Terminen turbulenssi johtuu epävakaan ilmakehän alueella syntyvistä pystysuuntaisista ilmavirtauksista, joita voivat olla sekä lasku- että nousuvirtaukset.

Kirkkaan ilman turbulenssia syntyy erityisesti yläilmakehän suihkuvirtausten alueelle. Suihkuvirtaus on kapea ja putkimainen ympäristöään voimakkaamman tuulen alue, joka jakaa erilaisia ilmamassoja toisistaan. Pohjoisella pallonpuoliskolla voimakkain suihkuvirtaus syntyy yläilmakehään talviajaksi, kun lämpötilaerot eri leveysasteiden välillä ovat suurimmillaan.

Suihkuvirtauksen läpi lennettäessä voidaan kokea turbulenssia varsinkin, jos voimakas sivutuuli osuu koneeseen. Joskus lentokoneet pyrkivät lentämään suihkuvirtauksen sisällä, koska voimakas myötätuuli voi lyhentää selvästi lentomatkaa ja säästää polttoainetta.

Kirkkaan ilman turbulenssia voi esiintyä myös seuraavissa tapauksissa:

• vuoristojen ylitys
• säärintaman läheisyys
• cirruspilvet
• ukkospilvien läheisyys.

Kun ilmavirtaus ylittää vuorijonoa, syntyy virtaukseen aaltoja. Aaltojen vaikutus voi yltää ylemmäs ilmakehään aiheuttaen mekaanista turbulenssia. Myös säärintamien läheisyydessä ilman liike voi olla turbulenttista, samaten cirruspilvien ympäristössä.

Ukkospilvien yläpuolella ja niiden ympäristössä esiintyy termistä turbulenssia, joka johtuu voimakkaista nousu- ja laskuvirtauksista. Termisen turbulenssin vaikutus voi tunkeutua yli kilometrin kuuropilven yläpuolelle. Sitä voidaan havaita myös kymmenien kilometrien päässä varsinaisesta kuuropilvestä.

Turbulenssi ei ole vaarallista, jos muistat turvavyöt

Lentomatkustaminen turbulenssin aikana on vaaratonta edellyttäen, että matkustaja noudattaa matkustamohenkilökunnan ohjeita ja istuu turvavyöt kiinnitettyinä.

Turbulenssi voi tuntua ikävältä, mutta lentokoneet on suunniteltu kestämään kovempaakin tärinää ja henkilökunta on koulutettu näitä tilanteita silmällä pitäen.

Turbulenssi on tietyillä lentoreiteillä yleisempää kuin toisilla. Esimerkiksi kun lennetään suhteellisen matalalla ja lyhyempää reittiä vuoristojen yllä, Euroopan Alpeilla tai vaikkapa Etelä-Amerikan Andien yllä, turbulenssia tuppaa olemaan lentoreiteillä jonkin verran. Samaten turbulenssia esiintyy, kun ylitetään tropiikin läheisyydessä sijaitseva pasaatituulten kohtaamisvyöhyke. Sen yhteydessä kehittyy korkealle kasvavia ja voimakkaita kuuropilviä.

Pasaatituulten kohtaamisvyöhyke mutkittelee pohjoisen pallonpuoliskon kesän aikana päiväntasaajan pohjoispuolella halkoen Pohjois-Afrikkaa, Saudi-Arabiaa ja Kaakkois-Aasian pohjoisia osia (Pakistan, Intia, Kiina). Vastaavasti pohjoisen pallonpuoliskon talvikuukausina vyöhyke laskeutuu etelämmäs ja mutkittelee vain aavistuksen verran päiväntasaajan eteläpuolella yltäen välillä päiväntasaajalle saakka.

Tutkimustulokset: Turbulenssi on yleistynyt ja ilmastonmuutos lisää sitä

Vuonna 2023 julkaistun tutkimuksen mukaan turbulenssi on yleistynyt viimeisten vuosikymmenien aikana. Turbulenssitilanteita tutkittiin Pohjois-Atlantin ja Yhdysvaltojen alueella vuosina 1979–2020 ja huomattiin, että turbulenssin määrä oli kasvanut tarkastelujakson alusta 17 %:lla jakson loppuun tultaessa. Voimakkaan turbulenssin tilanteet olivat yleistyneet jopa 55 %:lla.

Globaalilla tasolla turbulenssitilanteiden kasvu oli tutkimuksen mukaan voimakkainta vilkkaan liikennöidyillä lentoreiteillä Yhdysvaltojen ja Pohjois-Atlantin yllä. On tyypillistä, että näillä alueilla kirkkaan ilman turbulenssi liittyy voimakkaaseen suihkuvirtaukseen ja suuriin lämpötilaeroihin.

Toisen tutkimuksen mukaan kirkkaan ilman turbulenssin yleistymisen takana on todennäköisesti ilmastonmuutos. Sen arvellaan lisäävän tuuliväännettä yläilmakehän suihkuvirtauksen alueella, eli tuulen suunta ja nopeus voivat vaihdella yhä rajummin suihkuvirtauksen ympäristössä.

Lähteet:

Tutkimus Evidence for Large Increases in Clear-Air Turbulence Over the Past Four Decades (2023)

Tutkimus Increased shear in the North Atlantic upper-level jet stream over the past four decades (2019)

Päivitetty 29.5. klo 10.30