Ilman virtaus ei ole tasaisasta laminaarista, vaan turbulenttista (eli pyörteistä). Kuten oheisista Ilmatieteen laitoksen Inkoon Koparnäsissä Gåsörenin pienellä saarella sijaitsevalla tutkimusmastolla tehdyistä mittauksista voidaan todeta, tuulen nopeus ja suunta vaihtelevat jatkuvasti. Mittaukset on tehty 10 Hz:n taajuudella eli 10 mittausta sekunnissa. Kuvissa tuulen nopeus on esitetty 1 s keskiarvoina. Ensimmäisessä kuvassa tuulen suunta on mereltä maalle (tuulensuunta 170-180 astetta, keskinopeus 9,6 m/s) ja toisessa maalta merelle (tuulen suunta 40-60 astetta, keskinopeus 8,4 m/s).
Kuvia tarkastelemalla voidaan todeta selkeä ero tuulen nopeuden ja suunnan vaihteluiden suuruudessa kuvien välillä. Ylemmässä kuvassa tuuli tulee mereltä (pieni rosoisuus) ja alemmassa kuvassa metsäiseltä mantereelta (suuri rosoisuus). Virtauksen turbulenttisuuteen vaikuttaa maaston rosoisuuden ja mahdollisten esteiden (mm. puut, rakenukset, mastot) aiheuttaman mekaanisen turbulenttisuuden ohella alueen termiset olot (stabiilius, lämpötila) eli terminen turbulenssi. Yleensä termisen turbulenssin osuus on merkityksetön, kun tuulen nopeus on yli 10 m/s.
Turbulenttinen virtaus
- on epäsäännöllistä: suunta ja nopeus vaihtelevat
- sekoittaa ilmakehän eri ominaisuuksia ja siirtää mm. lämpöä ja kosteutta
- syntyy kun virtausnopeus on selvästi suurempi kuin virtauksen sisäinen kinemaattinen kitka (lähellä maanpintaa 1 m/s riittää hyvin)
- koostuu kolmdimensionaalisesta vorticityfluktuaatiosta
- turbulenssi tarvitsee energianlähteen
Turbulenssin intensiteetti
Tuulen nopeuden u turbulenssin intensiteettiä Iu kuvataan hetkellisten havaintojen (0,01 – 3 s) keskihajonnan suhteella tarkastelujaksolle mitattuun (tyypillisesti 10-30 mi-nuuttia) tuulen keskinopeuteen.
Sääasemien tuulimittauksissa ei yleensä ole mitattu tuulen turbulenttisuutta. Vanhemmissa mittauksissa on kylläkin etenkin lentosääasemilla ja Ilmatieteen laitoksen observatorioissa mitattu keskinopeuden lisäksi myös havaintoaikaa vastaavan 10 minuutin jakson puuskanopeutta eli 1-3 sekunnin otosaikaa edustavaa nopeusmaksimia.
Tutkimusasemilla turbulenssin mittaaminen on eräs keskeisiä asioita. Inkoon Kopparnäsissä ja Pelkosenniemen Pyhätunturin laella tehtyjen turbulenssimittausten mukaan keskimääräinen turbulenssin intensiteetti 50 m korkeudella yli 5 m/s olevilla tuulilla on rannikolla avoimelta mereltä tulevissa tuulissa suuruusluokkaa 0,05-0,07 ja sisämaasta tulevilla 0,2-0,3 sekä tuntureiden paljailla lakialueilla 0,1-0,15.
Lisätietoja:
Turbulenttisuus tuuliatlas-sivuilla