Vähintään kolme voimakasta matalapainetta viikon sisään tarkoittaa usein korkeita vedenkorkeuksia Itämerellä. Tässä blogitekstissä kerrotaan uuden tutkimuksen päätuloksista.
Kuva: Seppo Knuuttila
Viime vuoden lokakuun 15. päivä merivesi nousi Helsingissä erittäin korkealle. Aamun tunteina Kaivopuiston mareografilla mitattiin +106 cm, eli hieman yli metrin teoreettista keskivedenkorkeutta korkeampi vedenkorkeus. Meritulvan seuraksena esimerkiksi Töölönlahdella vesi nousi rantatielle. Myös muualla Suomenlahdella vedenkorkeus oli poikkeuksellinen. Haminassa vesi nousi jopa 144 cm plussalle.
Tällaiset hetkelliset rannikkotulvat johtuvat lähes aina liikkuvista keskileveysasteiden matalapaineista, jotka toisinaan voimistuvat myrskyiksi asti. Vesi nousee, koska myrskyn keskustassa ilmanpaine on alhaisempi, eli ilma antaa tilaa vedelle nousta. Myös matalapaineen tuulet, jotka kiertävät myrskyn keskustaa vastapäivään, työntävät vettä kohti rannikkoa ja siten voimistavat tulvaa. Lokakuun 15. päivä aamulla maan keskiosan yllä sijaitsi matalapaine, jonka keskustassa ilmanpaine oli laskenut 969 hehtopascaliin. Rannikkotulvalle löytyi siis selitys ilmakehästä.
Voimakas myrsky voi myös kasvattaa Itämeren kokonaisvesimäärää, jos se tuulineen työntää runsaasti vettä Pohjanmerestä Tanskan salmien kautta Itämereen.
Entäpä jos myrskyjä on useita peräkkäin? Voisi kuvitella, että jos kahden myrskyn välinen aika on riittävän lyhyt, vesi ei kerkeä kunnolla karkaamaan Itämerestä takaisin Pohjanmereen. Tällöin seuraava myrsky voisi aiheuttaa edellistä voimakkaamman tulvan. Ja edelleen, sarjan kolmas myrsky, saapuessaan optimaaliseen ajankohtaan, nostattaisi jälleen entistä korkeamman rannikkotulvan. Usea peräkkäinen matalapaine, eli ns. matalapaineiden “klusteri”, voisi todennäköisesti tuoda korkeamman rannikkotulvan kuin vain yksittäinen matalapaine. Tämä oli hypoteesimme uudessa tutkimuksessamme. Osoittautui, että hypoteesi piti suurelta osin paikkansa.
Tällainen usean peräkkäisen matalapaineen vaikutus näkyi mm. tammikuun 2005 huipputulvissa Helsingissä. Tammikuun 9. päivä vuonna 2005 vesi nousi Helsingissä noin 1,5 metriä normaalia ylemmäksi, aiheuttaen noin 12 miljoonan euron vahingot. Myrsky, nimeltään Gudrun, joka tammikuun 2005 rannikkotulvan aiheutti, ei suinkaan ollut yksittäinen voimakas matalapaine, vaan myrskyklusterin neljäs (kuva 1). Edelliset myrskyt, tai oikeastaan voimakkaat matalapaineet, ohittivat Helsingin 2., 5., ja 7. tammikuuta. Vedenkorkeushavainnoissa näkyy selvästi, että matalapaineista johtuvat myrskytulvat nousivat aina edellistä korkeammalle.
Kuva 1. Merivedenkorkeus Helsingin Kaivopuistossa tammikuun 1-13. päivä 2005. Yhtenäinen viiva kuvaa tuntihavaintoja, ja katkoviiva kuvaa liukuvaa 8 päivän keskiarvoa. Vedenkorkeusarvot ovat alunperin N2000 järjestelmässä, josta on poistettu lineaarinen pitkän ajan trendi. Siten lukemat eivät täsmää tarkalleen keskiveden suhteen annettuja havaintoja, mutta ovat kuitenkin lähellä sitä.
Tammikuun 2005 myrsky ja sen aiheuttama tulva oli kuitenkin hyvin poikkeuksellinen, eikä siten välttämättä edusta “normaalia” matalapaineklusterin aiheuttamaa myrskytulvaa. Se kuitenkin toimii alustavana esimerkkinä siitä, että Gudrunia edeltävät matalapaineet saattoivat nostaa Itämeren kokonaisvesimäärän jo tavallista korkeammalle. Tammikuun 9. päivän tulva olisi siis ehkä ollut matalampi, jos edeltäviä myskyjä ei olisi esiintynyt. Tämän osoittamiseksi peräkkäisten matalapaineiden vaikutusta pitäisi katsoa useamman tapauksen otoksesta, eikä vain yhdestä ääritilanteesta.
Tätä tutkimuskysymystä varten uudessa tutkimuksessamme kävimme läpi kaikki matalapaineet loka-maaliskuun ajalta vuosina 1979-2022. Seitsemän päivän matalapainetiheyden mukaan jaottelimme kunkin voimakkaan matalapaineen joko 1) yksittäiseksi, jolloin matalapaineita oli vain yksi seitsemän päivän aikana, 2) klusteriin, jossa matalapaineita esiintyy korkeintaan kaksi seitsemän päivän sisällä tai 3) klusteriin, jossa esiintyy vähintään kolme matalapainetta seitsemän päivän aikana. Sarjassa 2) voi siis esiintyä yhteensä enemmän kuin kaksi matalapainetta, kunhan niiden tiheys on maksimissaan kaksi per seitsemän päivää.
Kuva 2. Yksittäisten (ETC1) ja vähintään kolmen peräkkäisten matalapaineen (SCC3+) aiheuttamat myrskytulvat a) Kemissä, b) Helsingissä, c) Landsortissa ja d) Pärnussa. Värilliset numerot kuvaavat jakaumien keskiarvoa.
Osoittautui, että vähintään kolmen peräkkäisen myrskyn aiheuttama ylin vedenkorkeus on Itämerellä noin 2-3 kertaa korkeampi kuin yksittäisen matalapaineen aiheuttama ylin vedenkorkeus. Esimerkiksi Helsingissä kolmen peräkkäisen matalapaineen huipputulva on keskimäärin 68 cm, kun taas yksittäisen matalapaineen huipputulva on keskimäärin 29 cm (Kuva 2b). Huomaa, että tammikuussa 2005 havaittu ennätystulva aiheutti Pärnussa lähes kolmen metrin tulvan: se näkyy selvänä poikkeushavaintona kuvan 2d jakaumassa. Kuvasta 2 näkyy myös, että klusteritilanteissa on hyvin harvinaista, että vedenkorkeus jää kokonaan miinukselle. Joka tapauksessa, klusteritilanteiden aiheuttamat maksimivedenkorkeusjakaumat ovat selvästi enemmän oikealla kuin yksittäisten matalapaineiden aiheuttamat vedenkorkeudet.
Entäpä äärivedenkorkeudet? Rannikkotulviin varautumisessa tai niitä ennustettaessa on oleellista ymmärtää, johtuvatko äärimmäisen korkeat merivesitilanteet pääosin yksittäisistä sykloneista vai klusteritilanteista. Määrittelimme äärimmäisen merivesitilanteen käyttäen vedenkorkeuden 98. prosenttipistettä. Helsingissä tämä raja-arvo oli +82,3 cm. Jos kaksi raja-arvon ylitystä tapahtuu peräkkäin, tapahtumat määriteltiin erillisiksi, jos niiden välissä oli vähintään 7 päivää. Vuosien 1979-2022 ajalta löysimme Helsingistä yhteensä 51 tällaista äärimmäisen korkeaa vedenkorkeustilannetta, joista yksi oli tuo aloituskuvassa esiintyvä tulva 22.10.2021.
Sen jälkeen tarkastelimme, missä säätilanteissa nämä 51 äärivedenkorkeustilannetta olivat tapahtuneet. Kävi ilmi, että Helsingissä vain kolme (6 %) äärivedenkorkeustilannetta liittyi yksittäiseen matalapaineeseen, ja 23 (45 %) vähintään kolmen matalapaineen klusteriin. Merkillepantavaa oli myös, että 12 kappaletta (24 %) äärivedenkorkeuksista tapahtui tilanteissa, joissa voimakkaita matalapaineita ei ollut ollenkaan lähistöllä (700 km säteellä). Siispä pelkkä voimakas perusvirtaus, ilman itse matalapainetta, voi aiheuttaa suuria vedenkorkeuksia. Tulokset olivat samansuuntaisia myös muilla Itämeren alueen mareografeilla.
Tutkimuksemme oli ensimmäinen laatuaan, jossa on tehty kattava analyysi kaikista Itämeren alueen ylittäneistä matalapaineista pitkältä aikaväliltä. Aiemmat myrskyihin liittyneet tutkimukset ovat keskittyneet vain niihin tapauksiin, jotka ovat aiheuttaneet korkeita tulvia, kuten Gudrun-myrsky tammikuussa 2005. Aiemmissa tutkimuksissa oli kuitenkin jo saatu selville, että meritulvat Itämerellä esiintyvät tyypillisesti tilanteissa, jossa Itämeren keskivesimäärä on jo valmiiksi korkealla. Meidän tutkimuksemme ei ole ristiriidassa tämän havainnon kanssa, mutta saimme selville, että korkea keskivesimäärä on todennäköisesti aikaisempien, jo ohittaneiden myrskyjen tulosta.
Aiheessa riittää vielä paljon mielenkiintoista tutkittavaa. Emme esimerkiksi tutkineet tarkasti mekanismia, joka suosii vedenkorkeuden nousua Itämerellä klusteritilanteissa. Tilanteet todennäköisesti liittyvät pitkäkestoisiin länsituuliin Tanskan salmien läheisyydessä, mutta tämän varmistaminen vaatisi lisätutkimuksia. Yleisesti ottaen matalapaineiden klusteroitumisesta ja niiden vaikutuksista on varsin vähän tutkimuksia Itämeren alueelta. Klusteritilanteet ovat merkittäviä juuri vaikutusten kannalta: monta peräkkäistä matalapainetta sateineen lisäävät kumulatiivisia vaikutuksia, kuten sademäärää. Lämpenevässä talvi-ilmastossa tällaiset tilanteet ovat omiaan kasvattamaan myrskyjen vaikutuksia, kuten metsätuhoja, jokitulvia tai rannikkotulvia.