Merisääasemien tuulihavaintojen vertailu skatterometrillä määritettyyn 10 metrin pintatuuleen

Merenpinnalla vallitseva tuuli on keskeinen tieto merenkulkijoille, mutta tuulihavaintoja on harvoin saatavilla läheltä pintaa. Merisääasemien tuulimittarit ovat havaintopaikasta riippuen sijoitettu 14–55 metrin korkeuteen majakoiden huipulle. Mittari sijaitsee tyypillisesti maksimissaan yhden metrin korkeudella helikopterialustasta. Tuuli eroaa usein sekä nopeuden että suunnan suhteen pintatuulesta. Kuitenkin merenkulkijoille pintatuuli on monesti merkityksellisempi tieto kuin korkealta majakan katolta tehty tuulihavainto. Tutkimuksessa selvitettiin kuinka hyvin merelliset majakkahavainnot edustavat 10 metrin korkeudella vallitsevaa tuulta. Vuosien 2012–2017 ajalta tutkittiin neljän eri merellisen majakan tuulioloja. Aineistoon kuuluivat Kemi I majakka, Raahen Nahkiainen, Kristiinankaupungin majakka ja Porvoon Kalbådagrund. Vertailukohtana käytettiin Euroopan satelliittijärjestön (EUMETSAT) ja OSI SAF -osaamiskeskuksen kehittämää ASCAT tuulituotetta, joka määrittää merenpinnan yllä 10 metrin korkeudella vallitsevan tuulen neutraalissa ilmakehässä. Majakan tuulihavainnon nopeutta ja suuntaa tarkasteltiin erikseen tässä tutkimuksessa. Sekä tuulen nopeudelle että suunnalle laskettiin absoluuttinen keskivirhe (MAE), keskineliövirheen neliöjuuri (RMSE) ja keskivirhe (ME). Lisäksi tutkimuksessa tarkasteltiin erikseen vaikuttaako vuodenaika, tuulen nopeus tai suunta tuloksiin. Vastaavanlaista tutkimusta Suomen merisääasemien tuulihavainnoista ei ole aikaisemmin toteutettu. Tämän tutkimuksen perusteella majakan tuulennopeudella on maltillinen positiivinen harha 10 metrin pintatuuleen verrattuna. Syksyllä ero on pienempi kuin keväällä, todennäköisesti vuodenajalle tyypillisen ilmakehän kerrostuneisuuden vuoksi. Tuulennopeuden ollessa kohtalainen tai navakka havainto edustaa pintatuulta paremmin kuin jos tuulennopeus on heikko tai kova. Heikolla tuulella majakkahavainto aliarvioi 10 metrin korkeudella vallitsevaa tuulta, mutta tuulennopeuden kasvaessa kohtalaiseksi tai siitä voimakkaammaksi majakkahavainto yliarvioi pintatuulta. Pientä signaalia on nähtävillä siitä, että majakan havainnoissa tuulensuunta on kääntynyt vastapäivään pintatuuleen verrattuna. Jatkotutkimuksia varten majakkapisteitä tarvitaan lisää, ja rannikon läheltä tehtyihin tuulihavaintoihin on käytettävä sopivaa vertailukohtaa. ASCAT tuulituote on hyvä väline avomerellä pintatuulen määrittämiseen, mutta tämän hetken skatterometrimenetelmillä ei ole mahdollista määrittää tuulta aivan rannikon läheisyydestä. Jatkotutkimuksia varten on siis saatava esimerkiksi masto- tai poijumittauksia tuulesta.Surface winds are crucial information for seafarers, however, in Finland, marine weather station measurements have never had their observations verified in order to define surface winds. The wind measurement instruments of marine weather stations are located on top of the lighthouses at a height of 14-55 meters. The instrument is typically located on the helicopter platform or close to it, and is therefore cannot usually be higher than one meter above it. The wind measured at this height often differs from the surface wind, both in speed and direction. However, for seafarers, the surface wind information is often more relevant than the wind observation from the much higher lighthouse roof. This study investigated how well the marine lighthouse observations represents the sea surface wind at 10 meters. Between the years of 2012 to 2017, the wind conditions from four different marine lighthouses were studied: Kemi I lighthouse, Raahe Nahkiainen, Kristiinankaupunki lighthouse and Porvoo Kalbådagrund. The wind benchmark used was the ASCAT wind product, developed by the European Organisation for the Exploitation of Meteorological Satellites (EUMETSAT) and the Ocean and Sea Ice Satellite Application Facility (OSI SAF), which determines wind at 10 meters above the sea surface in a neutral atmosphere. The difference between the lighthouse observations and the benchmark were examined by calculating the mean absolute error (MAE), the root mean squared error (RMSE), and the mean error (ME). In addition the season, wind speed, and wind direction were evaluated for their effects on the results. Similar research for wind observations by marine weather stations have never previously been carried out in Finland. This studied shows that the wind speed measured from the lighthouse has a moderate positive bias compared to the 10 meter surface wind. In the autumn this bias is reduced compared to spring, this is likely due to the average seasonal variation in atmospheric hydrostatic stability. The lighthouse observations are more representative of surface winds when the wind speed is moderate to strong (as defined on the Beaufort scale), then when the wind speeds are weak or gale. With weak wind speeds the lighthouse is underestimating the surface wind, but when the wind speed increases to moderate or more, the lighthouse observation overestimates the surface wind. Lighthouse observations have a wind direction, which is counter clockwise to the surface wind, however, there is high uncertainty in this result. For further studies, more lighthouses are needed, and a suitable benchmark for observations close to the coast should be used. The ASCAT wind product is a good tool for defining surface water on the open sea, but at present scatterometers cannot determine the wind adjacent to the coast line. For further studies; mast or buoy measurements of the wind would be instrumental for assessing lighthouse observations