2. Atmosfäär

Kui suur hulk õhku seisab tükk aega mingi teatud aluspinna kohal, siis tema omadused ühtlustuvad ja tekib teatud omadustega õhumass. Õhumassid võivad olla väga suured – horisontaalselt kuni mandrite või ookeanide suurused ja vertikaalselt terve troposfääri paksused. Tekkimise kohast eemale liikudes hakkavad õhumassi temperatuur ja õhuniiskus tasapisi muutuma.

Tekkekoha aluspinna järgi jagunevad õhumassid merelisteks ja mandrilisteks ning tekkekoha laiuskraadi alusel eristatakse

• ekvatoriaalseid
• troopilisi
• parasvöötme
• arktilisi ja antarktilisi õhumasse

Arktiline (A) õhk on külm ja kuiv. See kujuneb Põhja-Jäämere jääväljade kohal ja jõuab vahel ka Eestisse, eriti talvel ja kevadel.

Parasvöötme õhumassid on mõõdukate temperatuuridega. Parasvöötme mereline (mP) õhk kujuneb ookeanide kohal ja on niiske. Suvel tekitab see jahedaid, pilves või vihmaseid ja tuuliseid ilmasid; talvel suhteliselt sooje sulailmasid. Eestis esineb sellist õhku tihti, sest nagu üldise õhuringluse juures juttu oli, valitsevad meie laiuskraadil läänetuuled ja meist lääne poole jääb Atlandi ookean, kus tekibki mereline parasvöötme õhk. Parasvöötme mandriline (cP) ehk kontinentaalne õhk tekib mandrite kohal, on kuiv, suvel üsna soe, talvel väga külm. Eestis esineb sellist õhku üsna tihti. Suvel toob see kaasa palava, talvel pakaselise ilma.

Troopilised õhumassid tekivad troopilises kliimavöötmes ja on soojemad, kui parasvöötme õhumassid. Troopiline mereline (mT) õhk kujuneb ookeani kohal ning on soe ja niiske. Sellist õhku jõuab Eestisse vahel harva suvisel ajal. Troopiline mandriline (cT) õhumass kujuneb mandrite kohal piirkondades, kus valitsevad laskuvad õhuvoolud (vt. üldine õhuringlus) ja vihma praktiliselt ei saja. Tänu sellele on troopiline mandriline õhk väga kuiv ja palav. Eestisse selline õhk reeglina ei jõua.

Ekvatoriaalne õhumass (mE) kujuneb ekvaatorilähedases madalrõhuvööndis nii ookeanide kui ka mandrite kohal. Seal esinevad võimsad tõusvad õhuvoolud, iga päev sajab paduvihma ja maapind on püsivalt niiske. Sademed ületavad aurumist. Selline õhk on kuum ja väga niiske. Eestisse ekvatoriaalne õhk ei jõua.

Antarktiline õhk (AA) on eriti külm ja kuiv, sest on kujuneb mandrit katva jääkilbi kohal ja sademeid pooluse lähedal peaaegu ei esine (vt. õhuringlus).

Kahe tuntavalt erinevate omadustega õhumassi vahelist u 100 km laiust üleminekuala nimetatakse frondiks. Frondi pind on maapinna suhtes mitte risti vaid mingi muu nurga all. Frondid liiguvad koos õhumassidega ja seejuures nende omadused muutuvad. Väikestel laiustel, kus õhumasside temperatuurierinevused pole suured, fronte üldjuhul ei teki. Ligikaudu 60ndatel laiuskraadidel, kus kohtuvad 30ndatelt laiuskraadidelt tulev soe ja 90ndatelt tulev külm õhk (vt õhuringlus), tekib selgelt eristuv front (polaarfront). See front ei ole pealtvaates ringikujuline vaid on nö „laineline“, sest kohati tungib külm õhk kaugemale lõunasse, kohati soe õhk kaugemale põhja.

Sellist fronti, mille puhul külm õhumass tungib soojemale peale, nimetatakse külmaks frondiks. Sooja frondi puhul tungib peale soe õhumass. Võib-olla mäletate põhikoolist, et reeglina liigub külm (raskem, tihedam) õhk alati soojema (kergema, hõredama) õhu poole. Päris alati see siiski nii ei ole. Kui nt polaarfrondil tungib külm õhk lõuna poole ja tekitab fronti „laine“, siis lükkab ta vastas olevat sooja õhumassi mingis suunas (tänu maakera pöörlemisele ei ole liikumine alati põhja-lõuna suunaline). Sooja õhumassi teine serv lükatakse selle käigus teisel pool oleva külmema õhumassi vastu ja tekib soe front.

Ilma muutumine frontide üleminekul

Soojas frondis liigub soe õhk mööda frontaalpinda ülespoole ja jahtub, selles sisalduv veeaur kondenseerub ja tekivad pilved. Seega sooja frondi lähenedes õhurõhk langeb (kõrgemal on juba soojem ja kergem õhk), tuul tugevneb ja taevas tõmbub pilve. Alguses ilmuvad taevasse kiudpilved, hiljem pilvisus tiheneb ja tekivad ka teist tüüpi pilved. Lõpuks hakkab sadama lausvihma, talvisel ajal lund ja tuiskama. Sadu algab umbes 200 km enne sooja õhu saabumist maapinnal. Talvine soe front põhjustab sageli jäidet, mis tekib siis, kui alajahtunud veepiisad langevad külmunud maapinnale ja kohe jäätuvad. Temperatuur tõuseb peale sooja frondi üleminekut märgatavalt.

Külma frondi puhul tungib peale külm õhk. Edasiliikuv külm õhk on raske ja liigub maapinna lähedal, lükates sooja õhu enda ees üles. Külma frondi üleminekul suureneb õhurõhk, temperatuur langeb väga kiiresti. Soojal ajal tekivad võimsad rünksajupilved, sajab paduvihma ja esineb äikest. Hoovihma võib sadada ka pärast frondi üleminekut, külmas õhumassis.

Tsüklonid ja antitsüklonid

Nagu juba eelpool mainitud, ei ole polaarfront sirgjooneline vaid „lainetab“ – kuskil tungib külm õhk rohkem lõunasse, teisal soe õhk kaugemale põhja (allpool oleval joonisel A ja B). Selle tagajärjel tekivad võimsad õhukeerised, mida nimetatakse tsükloniteks ja antitsükloniteks (joonisel C).

Tsükloni eesosas (idaosas) valitsevad edela- ja lõunatuuled, mis toovad sooja õhku. Seetõttu on tsükloni idapoolses osas ilm soe. Tsükloni tagalas (lääneosas) on ülekaalus loode- ja põhjatuuled, mis muudavad ilma külmaks. Tsükloni põhjapoolses osas valitsevad idakaarte tuuled ja fronte pole. Temperatuur jääb võrdlemisi madalaks, kuid sademeid võib tulla rohkesti. Tsükloni lõunapoolsest osast käib alguses üle soe front ja seejärel külm front. Mõlemaga kaasnevad sademed. Mingil ajal jõuab tagant tulev külm front ees liikuvale soojale frondile järele. Toimub tsükloni sulgumine (oklusioon), mille järel keeris hakkab hääbuma (joonisel D).

Tsükloni keskosas on õhurõhk madal, seetõttu liigub ümbritsevatelt aladelt õhk tsükloni keskme poole. Oletame, et õhk hakkab algselt liikuma lõunast põhja suunas. Coriolisi jõu tõttu kaldub ta paremale ehk kirdesse. Kui otse põhja suunas on samal ajal madalrõhkkond, siis mõjutavad tuule suunda kaks tegurit koos. Coriolisi jõud tõmbab paremale, madalrõhuala tagasi vasakule. Lõpuks jääb madalrõhuala jõud peale ja tekib vastupäeva keerlev õhukeeris. Lõunapoolkeral on kõik peegelpildis ja tekib päripäeva pöörlev õhukeeris.

Kuna tsükloni keskmes on madalrõhuala, valitsevad seal tõusvad õhuvoolud. Tõustes õhk jahtub, veeaur kondenseerub ning tekivad pilved ja sademed. Seega kaasnevad tsükloniga pilvised, tuulised ja sajused ilmad. Talvel on pilvise ilmaga suhteliselt soojem, suvel aga jahedam.

Antitsükloni keskosas on rõhk ümbritsevast õhurõhust kõrgem. Seal valitsevad laskuvad õhuvoolud ja maapinnani jõudnud õhk liigub õhukeerise keskosast äärealade poole. Ka selle õhu liikumise suunda mõjutab Coriolisi jõud, kallutades seda põhjapoolkeral paremale (päripäeva pöörlev keeris) ja lõunapoolkeral vasakule (vastupäeva pöörlev keeris). Õhu laskudes see soojeneb, suhteline õhuniiskus väheneb ja seega pilvi ega sademeid ei teki. Suvel kaasnevad antitsükloniga soojad ja päikesepaistelised ilmad, talvel aga selged ja külmad ilmad. Üldjuhul on antitsüklonid palju ulatuslikumad ja püsivamad kui tsüklonid; nad võivad tsüklonitel tee sulgeda ja nende liikumist aeglustada.

Tsüklonite tüübid

Tsüklonid jaotatakse kolme suurde klassi. Kesklaiustel ja polaaraladel esinevad lainetsüklonid, troopilises ja lähistroopilises vöötmes tekivad ookeanide kohal troopilised tsüklonid ning ning igal laiuskraadil ette tulevaid väikesemõõtmelisi keeriseid atmosfääris nimetatakse trombideks, tornaadodeks ja vesipüksideks.

Lainetsüklonid kujunevad tavaliselt välja frontidel ookeani kohal ning liiguvad enamasti üldises läänevoolus läänest itta, Põhja-Atlandilt Euraasia mandri kohale. Kõige rohkem esineb tsükloneid sügisel ja talvel. Kevadisel ja suvisel ajal mängivad ilma kujundamisel suuremat rolli antitsüklonid. Kuid mõnel aastal võivad ka siis domineerida tsüklonid. Suvel põhjustavad parasvöötmes kõige kontrastsemaid ilmastikutingimusi nn lõunatsüklonid, mis tekivad Vahemere või Musta mere piirkonnas ja liiguvad lõunast põhja poole. Kõige tuntavamad on need soojal poolaastal. Lõunatsüklonitega kantakse kuuma ja niisket troopilist õhku suurtele laiustele. Lõunatsükloni korral sõltub ilmastik Eestis suurel määral sellest, millist trajektoori mööda tsüklon liigub. Kui tsüklon liigub Läänemerele ning Eesti jääb tsükloni idapoolsele äärealale, siis mõjutab meid tsükloni soe õhumass. Valitsevate lõunatuultega võib õhutemperatuur tõusta isegi üle +30 °C. Kui lõunatsüklon liigub lõunast põhja mööda Ida-Euroopa lauskmaad, siis jääb Eesti tsükloni lääneossa, kus valitsevad põhjakaarte tuuled ning pilves ja sajune ilm. Õhutemperatuur ei tõuse eriti üle +15 °C.

Kahe vastupidises suunas liikuva õhuvoolu vahele jääb peamiselt lõunast põhja kulgev frontaalvöönd. Õhutemperatuuri erinevus kahel pool fronti võib olla kuni 15 kraadi. Sellise frondiga kaasnevad meil suvisel ajal kõige äärmuslikumad ilmastikunähtused – väga võimas äike paduvihma, rahe ja tugevate tormi-iilide, trombide ning vesipüksidega.

Troopilised tsüklonid

Troopilisi tsükloneid nimetatakse Ameerikas orkaanideks ja Ida-Aasias taifuunideks. Parasvöötme tsüklonitega võrreldes on nende läbimõõt väiksem (keskmiselt 1000 km), kuid õhurõhk keskmes tunduvalt madalam. Kuna õhurõhu gradient on suur, on tuul äärmiselt tugev, puhanguti isegi üle 100 m/s. Selline torm purustab oma teel peaaegu kõik, mis ette jääb. Marutuulele lisanduvad eriti tugevad paduvihmad, mis tekitavad suurtel aladel üleujutusi. Troopilised tsüklonid tekivad ookeanide kohal 5.-25. põhja- ja lõunalaiuse piirkonnas, kus pinnavee temperatuur on kõrge (üle +26°C). Tekkinud õhukeerised liiguvad üldises idavoolus, kaldudes pooluste poole. Mandrite kohal tsüklonid hääbuvad kiiresti, ookeanide kohal võivad aga liikuda isegi parasvöötmesse.

Troopilisel tsüklonil on kindel ehitus. Tegu on võimsa õhukeerisega, kus toimub õhu intensiivne tõusev liikumine. Kogu tsükloni ala katavad paksud rünksajupilved. Keerise keskel on nn tsükloni silm, umbes 50 km läbimõõduga tuulevaikne ja selge taevaga ala, kus õhk laskub. Silma ümber on silma sein, kuhu on koondunud kõige võimsamad pilved, kus sajab kõige rohkem ja kus on kõige tugevam tuul.

Alates 1953. aastast hakkas USA ilmateenistus orkaane tähistama naisenimedega. Hooaja esimese orkaani nimi algas A-ga, teine B-ga jne. Alates 1978. aastast pannakse vaheldumisi naise- ja mehenimesid, nii inglise, hispaania kui prantsuse omi. Nime saab troopiline tsüklon alles pärast seda, kui on arenenud oma kõige võimsamasse staadiumi. Kui orkaan saab kuulsaks ja teeb palju kahju, siis jääb tema nimi kasutusest välja vähemalt kümneks aastaks.

Väiksemad keerised

Atmosfääris esineb ka väikesemõõtmelisi väga tugevaid keeriseid. Tornaadod Põhja-Ameerika preeriavööndis on läbimõõduga mõnisada meetrit. Nad kannavad ära pinnast ja lõhuvad oma teel kõik, mis ette jääb. Euroopas nimetatakse sama nähtust trombiks. Euroopa trombid on enamasti väiksemad, läbimõõduga mõnikümmend meetrit. Mere kohal esinevaid väiksemaid õhukeeriseid tuntakse vesipüksidena. Mõnemeetrise läbimõõduga tuulekeerist nimetatakse tuulispasaks.

Kõik sellised keerised tekivad soojal ajal. Kui päike on maapinda tugevalt soojendanud, moodustuvad tõusvad õhuvoolud. Intensiivse konvektsiooni tagajärjel kasvavad rünkpilved üle rünksajupilvedeks. Trombe esineb Eestis koos külma frondiga kaasneva äikesega, eriti just lõunatsüklonite korral, kui temperatuuride kontrast on väga suur. Tromb kujutab endast londikujulist õhukeerist, mis ulatub äikesepilvest alla maapinnani. Selle sees on õhurõhk väga madal. Suure hõrenduse tõttu imeb tromb endasse pinnast, prahti ja puulehti ning tõstab need spiraalikujuliselt kõrgele üles. Tahket materjali täis tromb või tornaado paistab eemalt tumeda sambana. Tromb võib ka rebida majalt katuse, sest maja sees on rõhk palju kõrgem. Metsast läbi minnes murrab tromb oma teel kõik puud. Vesipüks imeb endasse merest vett, olles justkui veest sammas. Sageli võib neid sambaid merepinna ja äikesepilve vahel olla mitu.