Tuulian näkemys rajakerroksen rullapyörteistä

Periaatteessa rullapyörteessä Auringon maanpinnan lähellä lämmittämä ilma nousee ylöspäin ja vastaavasti tätä korvaava ilma laskeutuu ylempää alas pyörteen ulkopuolella. Tällöin virtauksen suuntaisen jonon sivuilta alhaalla kasautuu ilmaa nousevan liikkeen alueelle ja samalla myös ilmassa lentäviä hyönteisiä. Ilman noustessa ylöspäin sen lämpötila laskee noin asteen sadan metrin nousua kohden. Tämän vuoksi luultavasti suuri osa hyönteisistä lopettaa liian kylmään jouduttuaan oman lentonsa ja pyrkii pudottautumaan alaspäin. Ilmavirtauksen nopeus voi tosin ylittää hyönteisen vajoamisnopeuden ja näin sen matka ylöspäin jatkuu. Joka tapauksessa hyönteisten oma reaktio ilman viilenemiseen aiheuttaa hyönteisten poikkeuksellista kasaantumista näiden rullapyörteiden nousevan liikkeen alueille. Samalla myös hyönteisiä syövät linnut esiintyvät usein näillä alueilla ylhäällä ilmakehässä.

Tutkalla mitatuissa pystyleikkauksissa on voitu toisinaan saada erinomainen kuva rullapyörteestä yleistä virtausta vastaan kohtisuorasta suunnasta tarkasteltuna. Tällöin on havaittu alhaalla liike kohti keskustaa ja ylhäällä ulospäin rullapyörteestä suuntautuva liike. Voimakkain kaiku havaitaankin rullapyörteiden keskellä ja usein samalla alueella havaitaan myös runsaasti lintukaikuja. Lisäksi usein rullapyörteen yläpuolelle muodostuu erillinen kaikua aiheuttava kerros, joka epäilemättä liittyy turbulenssiin. Turbulenssi aiheutuu pystyvirtauksen kohdatessa rajakerroksen yläreunan, jossa lämpötilan lasku ylöspäin on hitaampaa ja samalla pystyvirtausta estävää. Periaatteessa kyseinen turbulenssi osaltaan kasvattaa rajakerroksen paksuutta.

Toisaalta virtauksentän rakenne rullapyörteen kohdalla muuttaa myös tutkalla mitattavan säteensuuntaisen nopeuden jakaumaa verrattuna tasaiseen tuuleen. Aikanaan Pirkko Saarikivi tutki myös rullapyörteiden havaitsemista tutkalla mitattavassa nopeuskentässä (Pirkko Saarikivi, 1987: Simulation model of a single Doppler radar velocity patterns. Technical Report No. 4, Department of Meteorology University of Helsinki). Käytännössä tutkalla havaittujen rullapyörteiden säteensuuntaisen nopeuden jakauma antoi alunperin perusteen lisätä rullapyörteisiin myös pitkittäissuuntainen nopeusvaihtelu, sillä pelkkä perusvirtaukseen nähden poikittainen pyörre ei selittänyt havaittuja nopeuden jakaumia.

Vastaavasti esimerkiksi on laskettu säteensuuntaisen nopeuden jakauma tutkan ympäristössä 20 km säteellä, kun mittauskorkeuskulma on 2,9° ja perusvirtauksen nopeus kilometrin yläpuolella on 15 m/s luoteesta. Tällä korkeuskulmalla kilometrin korkeus saavutetaan noin 20 km etäisyydellä eli kauemmalla etäisyysrenkaalla. Näin pienillä etäisyyksillä korkeuden muutos on lisäksi lähes suoraan verrannollinen etäisyyden muutokseen. Kuvassa negatiiviset arvot tarkoittavat tutkaa kohti olevaa ja positiiviset tutkasta poispäin suuntautuvaa liikettä.

Kilometrin alapuolelle on kuvan taustalla olevaan laskelmaan sijoitettu puhdas kitkan aiheuttama ns. Ekman-kerros ja suurimmillaan 5 m/s vaihtelevat paikalliset vaakasuuntaiset virtauskomponentit 8 km rullapyörrevälillä. Vaihteleville virtauskomponenteille on annettu korkeudesta riippuvat jakaumat siten, että virtauksen suunnassa rullapyörteen keskellä puolen kilometrin korkeudella on maksimi tuulen suunnassa. Pystynopeudelle on annettu samanlainen jakauma, mutta maksimi on ±1 m/s. Perusvirtausta vastaan kohtisuorassa suunnassa määritellyt vaakasuuntaisen vaihtelun maksimit ovat rullapyörteen alaosassa 250 m ja yläosassa 750 m korkeudella mutta vastakkaissuuntaisina.