Matalapaine

Matalapaineessa ilmanpaine on pienempi kuin ympäröivillä alueilla. Yleensä matalapaineeseen liittyy voimakkaita tuulia, sateita ja ukkosiakin.
Matalapaine kehittyy monesti kylmän ja lämpimän ilmamassan rajalle. Huonoa säätä on varsinkin matalapaineeseen liittyvien säärintamien ja solien alueella, mutta voi olla myös yksittäisiä sadekuuroja.
Suomen säärintamat liittyvät keskileveysasteiden liikkuviin matalapaineisiin, jotka keskimäärin syntyvät Atlantilla ja kuolevat Siperiassa. Hurrikaanit ja muut trooppiset hirmumyrskyt ovat myös voimakkaita matalapaineita.
Jos matalapaineeseen ei liittyisi sopivasti pyörivää tuulta, ilma virtaisi kohti matalapaineen keskusta ja täyttäisi sen. Jotta matalapaine voisi säilyä useita päiviä, ilman pitää liikkua niin, että pohjoisella pallonpuoliskolla tuuli kiertää matalapaineen keskusta vastapäivään, eteläisellä myötäpäivään. Tällöin paine-erovoima, kitka ja maapallon pyörimisen vaikutus eli Coriolis-ilmiö ovat keskenään tasapainossa. Liikkuvaa ja pyörimisliikkeessä olevaa matalapainetta kutsutaan toisinaan nimellä sykloni.

Yleiskatsaus

Suomessa matalapaineet ovat tavallisimmin keskileveysasteiden matalapaineita. Matalapaine on yleensä polaaririntamassa oleva häiriö. Rintama on yleensä kahden eri lämpöisen ilmamassan raja. Polaaririntama on lämpimämmän keskileveysasteiden ilman ja kylmemmän polaarisen ilman välinen raja. Kesällä keskileveysasteiden ilma on yleensä helteistä ja polaarinen ilma viileää.
Matalapaineen keskustan laidoilla, eli siellä missä paine muuttuu jyrkimmin, ovat voimakkaimmat tuulet ja sateet. Matalapaine on Suomen leveysasteilla tavallinen sääilmiö, joka elää 3–5 päivää ja kulkee sinä aikana 3 000–5 000 km.
Tyypillisessä nuoressa matalapaineessa on lämmin rintama ja kylmä rintama. Lämpimässä rintamassa lämmin ilma tunkeutuu kylmän ilman alueelle, tuoden yleensä tasaista sadetta. Lämpimän ilman aluetta sanotaan usein lämpimäksi sektoriksi, koska se muistuttaa monesti matalapaineen keskustasta vedettyä viipaletta. Kylmässä rintamassa kylmä ilma tunkeutuu lämpimän ilman alueelle, laittaen sen nousemaan korkeiksi kuuropilviksi.
Keski-ikäisessä matalapaineessa syntyy okluusiorintama, joka säilyy matalapaineen täyttyessä pisimpään. Siinä on tilanteesta riippuen enemmän lämpimän tai kylmän rintaman piirteitä. Kuoleva matalapaine on pelkkä kuurosadealue, jossa kuuropilvet kiertävät spiraalina matalan keskustaa, kunnes häviävät.

Matalan kehitys

Keski- ja ylemmän ilmakehän isobaarit, ilmanpainekäyrät ovat aaltomaisia tai mutkaisia ja avoimia, alemman ilmakehän suljettuja. Tämä kertoo erilaisesta ilmanpainejakautuman kuviosta ylhäällä ja alhaalla ilmakehässä. Matalapaine saa alkunsa kylmän ja lämpimän ilmamassan rajalla olevasta polaaririntaman aaltohäiriöstä, joka näkyy muun muassa ylemmän ilmakehän ilmanpainekartalla. Polaaririntaman kohdalla kulkee yläkartalla paikoitellen hyvin selvästi näkyvä polaarinen suihkuvirtaus, jonka keskustassa on hyvin nopean ylätuulen putki. Suihkuvirtauksen suunta muuttuu pitkissä ja lyhyissä jaksoissa. Tällöin suihkuvirtaus muuttuu kuin kiemurtelevaksi käärmeeksi. Suihkuvirtauksessa näkyy pitkiä, hitaita aaltoja, ja nopeampia, lyhyitä aaltoja. Suihkuvirtauksen pitkät aallot määräävät suursäätilan, ja lyhyet aallot synnyttävät matalapaineita.
Pohjoisen pallonpuoliskon polaarinen matalapaine on suihkuvirtauksen pohjoiseen osoittava mutka, jos suihkuvirtaus kulkee alun perin suoraan leveyspiirien suuntaisesti. Sääkartalla tällaisen mutkan ”huippu” näyttää pohjoiseen. Tarkemmin ottaen maanpintamatalan keskus on suihkuvirtauksen mutkan ”huipusta” länteen ja hieman pohjoiseen, eli länsiluoteeseen.
Häiriintymätön polaaririntama on monesti vakaa, stationaarinen rintama. Mutta siihen syntyy helposti aaltomaisia häiriöitä. Aluksi syntynyt aaltohäiriö on matala mutka. Aalto alkaa heti syntymisensä jälkeen pyöriä, jolloin lämmin ilmamassa muuttuu ylhäältä eli sääkartalta katsoen aaltomaisesta leveän V-kirjaimen muotoiseksi.
Näin matalapaineessa on kapeahko lämmin sektori ja leveämpi kylmä sektori. Kylmä ilmamassa on monesti pohjoisten leveysasteiden polaarista ilmaa ja lämmin keskileveysasteiden ilmaa, mutta joskus kylmä ilma on arktista ilmaa ja lämmin polaarista ilmaa. Lämpimälle ilmamassalle ovat usein tyypillisiä kerrosmaiset pilvet, kylmälle kumpupilvet.
Pohjoisen pallonpuoliskon matala pyörii vastapäivään. Lämmin rintama jonka havaitsija huomaa ensin, on etenevän lämpimän ja väistyvän kylmän ilmamassan raja. Lämmin rintama on leveä ja siihen liittyy kerrospilviä ja pitkäkestoista sadetta laajalla alueella. Lämmintä rintamaa ajaa kiinni nopeammin liikkuva kylmä rintama, johon liittyy lyhyehköjä sadekuuroja ja korkeita kuuropilviä. Kylmää rintamaa seuraa kylmän ilman virtaus pohjoisesta, ns. kylmänpurkaus ja monesti epävakainen, vaihteleva sää. Matalapaineeseen liittyy rintamien lisäksi myös kylmän rintaman tapaisia matalan solia, joissa on voimakasta sadetta ja tuulta. Voimakkaimmillaan matalaan liittyvät tuulet ovat syvenevien matalapaineiden reunoilla.
Koska kylmä rintama on lämmintä nopeampi, matalapaineen vanhetessa sen V kapenee, kunnes matala alkaa okludoitua – siihen syntyy kylmän ja lämpimän ilman törmätessä okkluusiorintama. Kun matalapaine okludoituu, se muistuttaa ylhäältä katsoen T- tai Y-kirjainta. Okludoitumisessa kylmä ilmamassa nostaa ylös lämpimän ilman. Ensiksi matalan keskustan lähelle syntyy okluusiorintama, joka voi muistuttaa enemmän kylmää tai lämmintä rintamaa. Matalapaine syvenee yhä okkludoitumisen kestäessä.
Täysin okludoitunut matalapaine muistuttaa sääkartalla J-kirjainta ja lopulta spiraalia. Kun okkludoituminen on lopussa, matalan ilmanpaine alkaa nousta.
Kun okluusiorintama häviää, matalapaineesta jää jäljelle vain kuuropilvistä koostuva pyörre. Ajan myötä kuuropilvet haihtuvat pois. Niiden viimeiset merkit ovat untuvapilviä tai kumpukerrospilviä.

Matalapaineen kehityksestä

Matala liikkuu yläaallon mukana 1 000–8 000 km ja kestää 3–7 päivää. Matalapaine liikkuu aluksi nopeasti mutta hidastuu tai pysähtyy loppua kohti kokonaan. Matalapaine liikkuu suunnilleen lämpimän sektorin tuulen suuntaisesti. Tulosuuntaan päin katsottaessa lämmin sektori on vasemmalla puolella. Matalan reitti on suora tai kaartuva, U:ta, J:tä, joskus S:ää tai ):ää muistuttava. Matalapaineen keskustan paine laskee okkluusion syntymään asti tai vielä 12 tuntia tämän jälkeenkin.

Matalapainesarjat, keskusmatalat ja sivumatalat

Matalapaineet kehittyvät monesti polaaririntamaan sarjoina. Matalapaineen omiin rintamiin voi kehittyä pienempiä sivumataloita tai matalan osakeskuksia, monesti okkluusiopisteeseen, jossa kylmä ja lämmin rintama kohtaavat. Monesti matalapaineet esiintyvät sarjoina, joissa ensimmäinen matalapaine voi olla hyvin pitkälle okludoitumassa, toinen matalapaine vasta okludoitumisen alussa, kolmannessa lämmin ja kylmä rintama vielä erillään jne. Näitä matalapaineita erottaa toisistaan välikorkea eli korkean selänne, joka tarkoittaa päivän parin kaunista jaksoa huonon sään välillä. Joillakin alueilla, kuten Islannin eteläpuolella on suuria keskusmataloita, jotka pysyvät pitkään paikoillaan.

Ylätuulisääntö

Matalapaineella on oma kuvionsa, johon liittyy tiettyyn suuntaan kulkeva ylätuuli ja suihkuvirtaus, ja alatuuli. Matalapaineen alueella pintatuuli puhaltaa vastapäivään kohti matalan keskustasta hieman vinosti isobaareihin nähden.
Kun havaitsija seisoo selkä maanpintatuulen tulosuuntaan niin, että kasvot ovat tuulelta suojassa, vinosti vasemmalta edestä tulevat ylä- ja keskipilvet kertovat matalan lähestyvän ja sään huononevan. Yläpilviä eivät ole esimerkiksi tavalliset kumpupilvet ja kumpukerrospilvet. Niitä ovat vaikkapa untuvapilvi, harsopilvi, verhopilvi ja hahtuvapilvi. Tällöin matalan on lähestymässä etuoikealta, ja on syytä varautua pitkäkestoiseen sateeseen ja tuulen voimistumiseen. Jos yläpilvet tulevat selkä tuulta vastaan seisovaa havaitsijaa oikealta takaa, sää paranee. Matala on väistymässä etuvasemmalle, ja korkea tulossa takaoikealta. Jos ylätuuli puhaltaa havaitsijasta poispäin takavasemmalta etuoikealle, ollaan matalan lämpimässä sektorissa, sää ei muutu, paitsi että kylmä rintama voi tulla, ja ehkä kesäisiä lyhyitä sadekuuroja. Jos ylätuuli puhaltaa etuoikealta takavasemmalle, ollaan matalan kylmässä sektorissa ja sää on pääosin hyvä, mutta yksittäisiä sadekuuroja voi tulla. Käytännössä kesi viimeistä tapausta on monesti sama, kuin että ylä- ja alatuuli puhaltavat samaan tai vastakkaiseen suuntaan.

Muita matalapaineita

Arktinen rintama on hyvin kylmän arktisen ilmamassan ja kylmän polaarisen ilmamassan raja. Tähän kehittyy lyhytikäisiä, voimakkaita, myrskyisiä ja pienehköjä ns. polaarimatalia, joiden läpimitta on vain 100–200 km.
Kylmä pisara eli ylämatala on ilmakehän yläosissa oleva kylmän ilman pussi, joka ei aina näy maanpinnalla mitattaessa matalapaineena, vaikka siihen liittyy monesti kaatosateita. Kylmä pisara näkyy vain korkealla ilmakehässä, mutta edistää kuuropilvien syntyä ja voi aiheuttaa maanpinnalle kaatosateita.
Mesosykloni on supersolu-ukkosessa usein havaittava pieni matalapaine, joka voi aiheuttaa tornadon. Mesosyklonit havaitaan säätutkalla.
Pieni terminen matalapaine syntyy lämpötilaeron aiheuttamista tiheyseroista esimerkiksi päivällä auringon lämmittämän maan ylle ja syksyllä tai yöllä vielä lämpimän veden ylle. Maan ylle syntyvä matalapaine aiheuttaa muun muassa merituulen.
Tropiikin matalapaineet syntyvät konvergenssista, kahden trooppisen ilmavirtauksen törmätessä yhteen. Niin sanotun intertrooppisen konvergenssin vyöhykkeellä esiintyy ukkospilvirykelmiä, jotka liittyvät voimakkaisiin iltapäiväkuuroihin. Konvergenssin leveysaste vaihtelee vuodenaikojen mukaan.
Subtrooppisessa matalapaineessa (hybridimatalapaineessa), joita esiintyy leveysasteilla 0–50, voi olla tropiikin ja keskileveysasteiden matalien piirteitä. Näissä on rintamat ja keskustassa hurrikaanin keskustaa muistuttava ukkospilvirykelmä. Niiden navakan tuulen alue on 150–1 000 km leveä. Paine voi laskea niissä nopeasti hyvin matalalle ja tuuli kasvaa myrskyksi. Subtrooppisia ovat ylämatalat ja mesomittakaavan matalat, joiden läpimitta on alle 150 km. Subtrooppiset matalat ovat hurrikaaneja heikompia.
Matalat maan ja meren yllä Kesäpäivän merituuli ja syksyisen yön maatuuli johtuvat matalista, jotka kehittyvät maan ja meren yllä. Kun aurinko lämmittää maata päivällä, syntyy matalapaine, joka synnyttää pilviä ja imee ilmaa mereltä päin. Näin syntyy merituuli. Mutta syksyisenä yönä, jolloin meri on vielä lämmin, matalapaine syntyykin meren ylle ja tuulee maalta. Nämä matalat ovet yleensä melko heikkoja. Näitä matalapaineita melko lähellä on monsuuni-ilmiö.
Matalapaineen sola   on laajempaan matalapaineen alueeseen liittyvä uloke, jossa saman ilmanpaineen käyrät isobaarit eivät muodosta suljettua silmukkaa.  Muodoltaan se vastaa järvessä olevaa lahtea.