föhn-tuuli ja sen kuivaamia pilviä

Föhn-tuuli – ilmakehän oma lämpöpumppu

Föhn-tuuli on ilmiö, jonka lopputuloksena ilma lämpenee ja kuivuu. Yksinkertaistettuna Föhn-ilmiössä ilman sisältämä kosteus muutetaan suoraan lämmöksi. Energia ei koskaan katoa. Niinpä sama määrä energiaa, joka käytetään veden haihduttamiseksi nesteestä kaasuksi, vapautuu kaasun eli vesihöyryn tiivistyessä takaisin nesteeksi.

Käytännössä ilman näkymätön vesihöyry tiivistyy, kun ilma jostain syystä jäähtyy kastepistelämpötilaansa (Kastepistelämpötila kuvastaa ilman sisältämän latentin lämmön määrää eli siihen kosteuden muodossa ladattua energiaa).

Föhn-tuuli puristaa ilmankosteudesta lämpöä

Föhn-ilmiössä ilman sisältämä latentti lämpö vapautetaan. Toisin sanoen ilman näkymätön vesihöyry tiivistetään vesisateeksi ja tiivistymisessä vapautunut lämpö kerätään tuulen kuljetettavaksi varsin erikoisella tavalla. Föhn-tuulen syntymiseen vaaditaan riittävän korkea vuori, jonka yli tuuli puhaltaa.

Miten luonnon oma lämpöpumppu sitten toimii? Ilmiössä suurta osaa näyttelee paineen ja lämpötilan välinen yhteys. Aina, kun kuiva ilma kohoaa 100 metriä ylöspäin, se jäähtyy yhden asteen. Vastaavasti ilman laskeutuessa 100 metriä alaspäin, se lämpenee yhden asteen. Kostea ilma puolestaan jäähtyy 100 metriä kohotessaan vain 0,6 astetta.

Tuulen puhaltaessa suoraan kohti vuoristoa joutuu ilma kohoamaan vuorenrinnettä ylöspäin. Ylöspäin mennessään kuivan ilman lämpötila laskee 10 astetta kilometriä kohden, mutta kastepistelämpötila ei kuivan ilman kohoamisessa muutu lainkaan. Lopulta, kun lämpötila on laskenut omaan kastepistelämpötilaansa, näkymätön vesihöyry tiivistyy. Tähän kohtaan vuorenrinnettä syntyy pilven alaraja. Kosteuden tiivistymisen myötä vapautuu myös koko ajan lämpöä. Tämän johdosta kostea ilma jäähtyykin enää vain noin 6 astetta kilometriä kohden. Vuorenhuipun jälkeen ilma alkaa välittömästi laskeutua ja niin se alkaa lämmetä. Koska ilma lämpenee ja kosteutta ei saada ilmaan mistään lisää, alkaa ilma heti vuoren ylitettyään kuivua. Laskeutuessaan kuiva ilma lämpenee 10 astetta kilometriä kohden. Tullessaan vuoren rinnettä alas ilma siis lämpenee enemmän kuin mitä se jäähtyi vuorenhuipulle kivutessaan.

Vuoren tuulen puolella ilma jäähtyy osan matkasta 10 C/km, mutta pilven synnyttyä ainoastaan 6 C/km. Vuoren suojanpuolella ilma puolestaan lämpenee koko matkan ajan 10 C/km.

Yksinkertaistettu kuva Föhn-ilmiöstä
Föhn-ilmiössä kosteus tiivistyy vuoriston tuulenpuoleiselle rinteelle. Vuoriston suojanpuolella ilma kuivuu ja lämpenee (kuva: Säävuosi 2019/Ajasto)

Föönauksen voima riippuu vuoren korkeudesta sekä vuorille saapuvan ilman kosteudesta

Katsotaan vielä tarkemmin kuvan tilannetta, jossa vuori on 2 km korkea ja sen yli puhaltaa tuuli alueelta, jossa ilman lämpötila on 12 astetta ja sen kastepistelämpötila on 2 astetta.  Vuorenrinteellä ilma jäähtyy 10 astetta kilometriä kohden. Niinpä kilometrin korkeudessa ilma on enää 2 asteista. Kilometrin korkeudella lämpötila siis on sama kuin kastepistelämpötila ja niin kosteus tiivistyy ja siihen syntyy pilven alaraja. Tästä eteenpäin ilma jäähtyy vain 6 astetta kilometriä kohden. Kosteuden tiivistyessä vapautuu energiaa eli näkymätöntä kosteutta vapautetaan lämmöksi. Tästä eteenpäin myös kastepistelämpötila jäähtyy 6 astetta kilometriä kohden.

Vuorenhuipulla ilma (ja kastepistelämpötila) on siis -4 asteista. Huipun jälkeen ilma alkaa heti lämmetä ja koska kosteutta ei enää tiivisty, kastepistelämpötila pysyy koko laskeutumisen ajan -4 asteisena ja lämpötila kohoaa koko matkan alaspäin 10 astetta jokaista kilometriä kohden. Kahden kilometrin korkuisella vuorella se tekee 20 (2×10) astetta. Niinpä vuoren jälkeen ilma on 16 (-4+20) asteista eli vuoriston ylityksessä Föhn-tuuli on lämmittänyt ilmaa 4 astetta. Tämä on saatu aikaiseksi ilmaa kuivattamalla eli latenttia lämpöä vapauttamalla. Neljän asteen lämmitykseen kului kosteutta ja sen takia kastepistelämpötila laski 6 astetta.

Mikäli ilma olisi ollut tuulen puolella jo valmiiksi sumuksi tiivistynyttä, olisi ilman lämpötila jäähtynyt kohotessaan 12 (2×6) astetta. Tällöin vuoren huipulla ilma olisi ollut nolla-asteista ja vuoren ylityksen jälkeen 20 asteista.

”Luoteistuuli taivaan lakaisee” ja ”länsituuli on taivaan luuta.”

Pitkälti juuri Föhn-ilmiön ansiosta länsi- ja luoteistuulet ovat Suomen aurinkovarmimmat tuulensuunnat. Föhn-tuulesta ja sen aurinkoisesta säästä päästään meillä nauttimaan lännen puoleisilla tuulilla, silloin Atlantin kostea ilma Köli-vuoriston ylityksessä kuivuu ja lämpenee. Kevättalvi on tyypillisintä aikaa voimakkaille Föhn-tilanteille, mutta esiintyy niitä Suomessa ympäri vuoden. Ajankohdasta riippumatta sää on yleensä vuodenaikaan nähden huomattavan lämmintä ja kuivaa. Tulevaisuuden talvien lämpöennätykset tullaan meillä todennäköisimmin saavuttamaan juuri Föhn-tuulitilanteissa, joissa ilman lisääntynyt kosteus vapautetaan lämmöksi!

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *

HTML Snippets Powered By : XYZScripts.com
%d bloggaajaa tykkää tästä: