Kesällä tulee vietettyä paljon aikaa ulkona, kun päivät ovat lämpimiä ja pitkiä ja uimavesi lämmintä. Yhtäkkiä tummanharmaat pilvet voivat kuitenkin peittää sinisen taivaan ja rankkasade kastella vaatteet ja rantatuolit.
Rankkasateita esiintyy tyypillisesti ukkosmyrskyjen yhteydessä, kun myrskyrintama kohtaa lämpimän ilmamassan.
Lämmin ilma kohoaa ylöspäin ja alkaa jäähtyä tuoden mukanaan paljon kosteutta. Ylöspäin noustessaan lämmin ilmamassa saa myös jo aikaisemmin putoamaan alkaneet vesipisarat haihtumaan ja tiivistymään pilviin.
Äkillinen rankkasade on - reitille osuvan lämpimän ilman lisäksi - riippuvainen myös muista ilmakehän olosuhteista, ja siksi sen ennustaminen on asiantuntijoillekin vaikeaa.
Lämmin ilma törmää ukkospilviin
Rankkasateita tuottavat usein ukkos- eli kuuropilvet, cumulonimbus-pilvet.
Pilvet ovat suppilonmuotoisia ja niiden huippu muistuttaa alasinta. Ne voivat ulottua kilometrien matkalle ja olla jopa 20 kilometriä korkeita.
Niin sanottu konvektiopilvi syntyy, kun korkeapaine työntää lämmintä ilmaa ylös ilmakehässä. Lämmin ilma sisältää runsaasti vesihöyryä, joka alkaa tiivistyä vedeksi, kun ilma jäähtyy.
Korkeat pilvet syntyvät, kun suuri määrä ilmaa lämpenee maan tai meren pinnalla. Kun ilma on lämmintä, sen molekyylit liikkuvat nopeasti ja ilma laajenee, jolloin syntyy korkeapaine.
Korkeapaine tekee ilmamassasta epävakaan ja se alkaa hakeutua kohti matalapaineen aluetta. Se hakeutuu siksi ylemmäs ilmakehään, missä lämpötila on alhaisempi.
Sitä mukaa kuin ilma kohoaa, se alkaa jäähtyä. Koska kylmä ilma ei voi pidättää yhtä paljon vettä kuin lämmin, kosteus tiivistyy pilviksi, joista vesi putoaa jossain vaiheessa kohti maata sateena tai toisinaan rakeina ja tuo mukanaan viileämpää ilmaa.
Prosessia, jossa lämmin ilma kohoaa ylöspäin ja kylmä painuu kohti maata, kutsutaan konvektioksi.
Pystysuorat ilmavirtaukset, jotka konvektio luo, voivat liikkua jopa yli 100 kilometriä tunnissa, ja tämänkaltaisissa sääjärjestelmissä syntyy ukkosia ja toisinaan myös trombeja.
Uusi korkeapaine kasvattaa sateen määrää
Cumulonimbus-pilvi ei sada rankasti noin vain. Vain, jos siihen osuu uusi korkeapaine, se saa kylliksi vettä tuottaakseen rankkasateen.
Jos cumulonimbus-pilvi liikkuu lämmintä ja kosteaa ilmaa sisältävän alueen yli ennen kuin pilvessä alun perin ollut vesi on ehtinyt sataa maahan, syntyy rankkasade.
Lämmin ilma liikkuu ylöspäin ja jäähtyy pilvessä. Matkalla se kohtaa jo muodostuneita sadepisaroita, jotka ovat putoamassa alas ja jotka sen sijaan haihtuvatkin uudestaan. Lämmin ilma vie niiden kosteuden takaisin pilveen ja koska lämmin ilmakin sisältää ennestään vesihöyryä, pilvi kasvaa kokoa.
Jonkin ajan kuluttua uusikin ilmamassa on jäähtynyt ja vesihöyry - sekä alkuperäisen ilmamassan että uuden lämpimän ilmamassan tuoma - tiivistyy valtavaksi määräksi vesipisaroita. Kun lämpimän ilman virtaus pilvessä ylöpäin lakkaa, pilvi pudottaa vesilastinsa nopeasti maahan.
Cumulonimbus-pilvet voivat sataa valtavia määriä vettä hyvin nopeasti, ja siksi rankkasateet voivat aiheuttaa suurta tuhoa ja jopa kuolemia alueilla, joilla viemäröinti on heikkoa ja tulviin ei ole varauduttu.
Karibialla Guadeloupessa koettiin vuonna 1970 historian ankarin rankkasade. Yhdessä ainoassa minuutissa satoi 38 millimetriä vettä, mikä vastaa 38 tonnia tai lähes 38 700 litraa vettä neliökilometrille.
Cumulonimbus-pilviä muodostuu Pohjois-Euroopan lauhkeassa ilmastossa tavallisesti keväällä tai kesällä, koska niiden synty edellyttää suuria lämpimiä ilmamassoja.
Trooppisilla - ja erityisesti vuoristoisilla - alueilla rankkasateet ovat tavallisempia etenkin monsuunikaudella.
Vaikeampi ennustaa kuin tavallinen sade
Rankkasade riippuu lukuisista pienistä ja isoista tekijöistä, jotka vaikuttavat ennen sadetta ja ennen sateen osumista asutulle alueelle.
Ensinnäkin ilmassa on oltava kylliksi vesihöyryä - sekä ison cumulonimbus-pilven syntymiseen että sitä varten, että seuraava korkeapaine pystyy viemään sitä pilveen.
Lisäksi lämpötilan on oltava niin korkea, että lisäilmamassa lämpiää kylliksi kohotakseen ylemmäs. Lisäksi tuulen suunta ja voimakkuus ratkaisevat, osuuko pilvi uuden korkeapaineen tielle juuri oikeaan aikaan.
Rankkasateen syntyminen on meteorologinen palapeli, ja siksi sitä on vaikeampi ennustaa kuin tavallista sadetta - etenkin, kun vesihöyryllä on niin iso merkitys siinä.
Vettä voi olla ilmakehässä useassa muodossa, esimerkiksi höyrynä, sadepisaroina, lumena tai rakeina, minkä vuoksi sääasemien on vaikeaa mitata tarkasti kosteuden määrää pilvipeitteessä ja maanpinnan tasossa.
Meteorologit tekevät töitä kehittääkseen parempia varoitusjärjestelmiä, joista voi tulla vielä tärkeämpiä tulevaisuudessa, kun ilmastonmuutos tuo mukanaan enemmän ja pahempia rankkasateita.