Pakkasen purevuus

Pakkasen purevuus eli tuulen hyytävyys kertoo, miten lämpötilan ja tuulen yhteisvaikutus vaikuttaa ihmisen ihoon. Tuuli haihduttaa iholta lämpöä ja kosteutta nopeasti, jolloin iho kylmenee ja kuivuu.^[1] Lämmön siirtyminen iholta ympäröivään ilmaan on sitä suurempaa, mitä kylmempää ulkoilma on, ja tuuli nopeuttaa lämmön häviämistä. Sen sijaan ilman kosteudella ei pakkasoloissa ole oleellista merkitystä kylmyyden aistimiseen. Ilmiöstä käytetään myös nimeä viimaindeksi (engl. wind chill index – WCI).^[2]

Vanha kaava

Alkujaan majuri Paul Siple ja maantieteilijä Charles Passel tutkivat tätä 1940-luvulla Etelämantereella laittamalla vettä muoviastiaan, ja mittaamalla aikaa joka kuluu sen jäätymiseen. Samalla on mitattu ilman lämpötila ja tuulen nopeus. He kehittivät tiedoista kaavan pakkasen purevuudelle^[3]:

${\displaystyle WCT=0{,}045\cdot [5{,}49\cdot {\sqrt {V}}+5{,}81-0{,}56\cdot V]\cdot (1{,}8\cdot T-59{,}4)+33\!}$

Kaavassa WCT on pakkasen purevuus, V on tuulen nopeus metreinä sekunnissa ja T on ilman lämpötila celsiusasteina.

Yksinkertaistettu vanha kaava

Siplen kirjasarjassa 90° South vuodelta 1959 mainitaan Etelämantereella käytössä ollut kaava

${\displaystyle K_{0}=({\sqrt {(}}V\cdot 100+10{,}45-V))\cdot (33-T_{a})}$

missä K₀ on pakkasen purevuusindeksi, V tuulen nopeus m/s ja T_a lämpötila celsiusasteina^[4]. Tämä purevuus­indeksi osoittaa iholta ulos virtaavan lämpömäärän kilo­kaloreina neliö­metriä kohti (kcal/m²).

Käytännössä tämän indeksiluvun (WCT) sijasta käytetään pakkasen purevuuden mittana usein sitä lämpötilaa, jossa tämä indeksi saisi saman arvon tuulen nopeuden ollessa nolla.

Uusi kaava

Siplen-Passelin kaava oli käytössä noin 50 vuotta. Sen oikeellisuudesta keskusteltiin paljon, sillä muoviastia luultavasti käyttäytyy pakkasella eri tavalla kuin ihmisen iho. Yhdysvaltalaiset ja kanadalaiset tutkijat tekivät matemaattisia mallinnuksia ja myös kokeita vapaaehtoisilla koehenkilöillä, ja tutkimusten perusteella kehitettiin uusi kaava^[5]:

${\displaystyle WCT=13{,}12+0{,}6215\cdot T_{a}-11{,}37\cdot V^{0{,}16}+0{,}3965\cdot T_{a}\cdot V^{0{,}16}\!}$

Kaavassa WCT on pakkasen purevuus, T on lämpötila asteina ja V on tuulen nopeus kilometreinä tunnissa 10 metrin korkeudella.

Ilmatieteen laitoksen sivuilla on myös interaktiivinen taulukko, jossa voi testata eri tuulen nopeuksia ja lämpötiloja. Ohjelmakoodia tutkimalla näkyy, että siellä käytetään seuraavaa kaavaa^[6]:

${\displaystyle WCT=13{,}12+0{,}6215\cdot T_{a}-13{,}956\cdot V^{0{,}16}+0{,}4867\cdot T_{a}\cdot V^{0{,}16}\!}$

Kaavassa WCT on pakkasen purevuus, V on tuulen nopeus metreinä sekunnissa ja T on ilman lämpötila celsiusasteina. Tämä kaava on käytännössä sama kuin kanadalaisten kaava, mutta nopeusyksiköt ovat erilaisia.

Tuulen nopeudet mitataan WMO:n suosituksen mukaan 10 metrin korkeudella esteiden yläpuolella, ja muutetaan Kanadassa nopeudeksi kasvojen korkeudella kertomalla luvulla 2/3. Muilla korkeuksilla mitattuja tuulia voi käyttää pinnanläheisen tuulen arviointiin avoimella paikalla logaritmisen tuulilain avulla: tuulen nopeus on verrannollinen korkeuden logaritmiin. Auringon lämmittävää vaikutusta ei oteta huomioon kaavoissa.

Uusi kaava antaa huomattavasti pienempiä arvoja kuin vanha.

Paleltumisaika

Tuulen hyytävyys – paleltumisaika^[7]:

• alle −21 … −27 °C pieni paleltumariski, jos oikein pukeuduttu
• −28…−30 °C 30 min, paljaan ihon paleltumariski kasvaa
• −36…−47 °C 5–10 min, iso paleltumavaara
• −44…−54 °C 2–5 min
• −55…−61 °C alle 2 min

Paleltumisaika voidaan myös laskea. Karkeasti ottaen tuulen hyytävyys −27 °C palelluttaa puolessa tunnissa, −36 °C 10 minuutissa ja −44 °C viidessä minuutissa, jos tuulee myrskyisästi 27 m/s^[8]. Jos tuulta on 7 m/s ja pakkasta −10 °C, paleltuma-aika on yli 30 minuuttia. Mutta −20 °C / 7 m/s tuottaa paleltumia jo 30 minuutissa. −30 °C / 7 m/s palelluttaa 10 minuutissa. Toisaalta −30 °C / 3 m/s palelluttaa 30 minuutissa^[9].

Muuta

Tuulen hyytävys voi vähetä kirkkaassa auringonpaisteessa jopa −6 tai −10 astetta.^[7]

Katso myös

• Helteen tukaluus – vastaavanlainen ilmiö, joka riippuu ilmankosteudesta ja lämpötilasta

Lähteet

Aiheesta muualla

• Pakkasen purevuus Ilmakehä ABC / Ilmatieteen laitos
• Pakkasen purevuus jkauppi
• Pakkasen purevuus Yle sää
• Tuulen vaikutuksen laskeminen
• Pakkasen purevuus sattuma.net
• Time to Frostbite Calculator
• Wind Chill Calculator
• Francis Massenin artikkeli tuulen hyytävyydestä. Mukana kaava pakkasen purevuuden laskemiseen.
• Environment Canada's Wind Chill Calculator
• Wind chill calculation chart.
• Report on Wind Chill Temperature and Extreme Heat Indices. Pdf-tiedosto, 75 sivua.
• Pakkasen purevuus. Online-laskuri ja laskuri matkapuhelimeen suomeksi.
• Säätermien selityksiä ja laskentakaavoja