Uutiset

Talvinen suomaisema on kuin tieteiselokuvasta – satelliittien lumihavaintoja hiotaan yhä tarkemmiksi

Ilmatieteen laitoksen Arktisessa avaruuskeskuksessa mitattiin tänä keväänä erityisen tarkasti lunta, jotta tulevaisuudessa osattaisiin tulkita kattavammin satelliittien havaintoja lumesta.
Tältä Halssinaapa näytti kun tutkimuslaitteita asennettiin sinne neljä viikkoa sitten. Kuva: Aleksi Rimali
Tältä Halssinaapa näytti kun tutkimuslaitteita asennettiin sinne neljä viikkoa sitten. Kuva: Aleksi Rimali

Lumen peittämä lappilainen Halssinaapa-niminen suoalue voisi toimia tieteiselokuvan lavasteena.

Keskellä aapaa on aidattu kenttä, jossa on erilaisia mittauslaitteita. Tänne ovat omia laitteitaan tuoneet Ilmatieteen laitoksen tutkijoiden lisäksi tutkijat Japanista, Ranskasta, Sveitsistä ja Italiasta. Osa laitteista sijoitettiin pitkin kenttää, ja osa viisi metriä korkeaan teräksiseen torniin.

Neljä viikkoa kestäneessä SnowAPP-mittauskampanjassa aidatulle alueelle kertynyt lumi on kartoitettu perusteellisesti. Parhaimmillaan laitteiden ja lumihangen kimpussa on työskennellyt 20 henkilöä.

– Kaikilla laitteilla on mitattu lunta aiemminkin, mutta tätä ennen ei vielä koskaan samaa tarkoitusta varten ja samassa paikassa, Ilmatieteen laitoksen Arktisen avaruuskeskuksen tutkija Anna Kontu kertoo.

Tavoitteena tarkempaa tietoa lumesta

Maapallon lumitilanteen entistä tarkempi tarkkaileminen avaruudesta käsin on tärkeää muun muassa siksi, että ilmaston lämpeneminen muuttaa lumen määrää maapallolla. Sillä on vaikutuksia ekosysteemeihin, makean veden saatavuuteen, ilmastojärjestelmään ja siten laajalti ihmisten toimintaan. Vaikutuksia koetaan sekä lumen talvisin peittämillä alueilla että kokonaan lumettomilla alueilla.

Mittauskampanjan tarkoituksena on tuottaa tietoa erityisesti lumen heijastuskyvystä eli tiedekielellä albedosta. Se on tärkeää, jotta tutkimusryhmä pääsee tavoitteeseensa saada satelliittien avulla tarkempaa tietoa lumen koostumuksesta.

Se onnistuu, kun yhdistetään mittauksessa mikroaalto- ja optinen malli.

– Lunta kaukokartoitetaan eli mitataan satelliiteista yleensä optisella mallilla. Sillä nähdään yleensä pintaa, eli optisen säteilyn heijastumista lumen pinnasta. Mikroaalloilla nähdään syvemmälle. Malleja käytetään tällä hetkellä täysin erillään, Anna Kontu kuvailee.

Tornissa keskellä on mikroaaltoradiometri, sen oikealla puolella kaiteeseen kiinnitettynä mikroaaltotutka. Tutkijat tornissa ovat Anna Kontu, Ziti Jiao ja Jing Guo. Kuva: Roberta Pirazzini
Tornissa keskellä on mikroaaltoradiometri, sen oikealla puolella kaiteeseen kiinnitettynä mikroaaltotutka. Tutkijat tornissa ovat Anna Kontu, Ziti Jiao ja Jing Guo. Kuva: Roberta Pirazzini

Molemmilla malleilla on hyvät ja huonot puolensa.

– Esimerkiksi optinen malli kuvaa parhaiten lumipeitteen laajuuden ja heijastuvuuden, mutta täällä on usein pilvipeite. Optisen mittarit vaativat myös riittävästi valoa, jota talvella ei liiemmin ole. Mikroaaltolaitteet näkevät pilvipeitteenkin läpi ja tietoa saadaan esimerkiksi lumen koostumuksesta, Anna Kontu jatkaa.

– Mikroaalloilla saadaan paljon lumipenkkaa kuvaavia suureita, mutta mittaaminen on paljon monimutkaisempaa, koska säteily vuorovaikuttaa lumen sisällä, tutkija Henna-Reetta Hannula sanoo.

Mittauskampanjan tuottamalla mallinnuksella on tarkoitus saada käyttöön molempien laitteiden hyödyt.

– Mikroaaltolaitteiden erotuskyky on paljon heikompi kuin optisilla laitteilla. Puhutaan kymmenien kilometrien resoluutiosta, mikä on aika huono. Esimerkiksi tulvaennusteeseen ei riitä 20 kertaa 20 kilometrin pikselit, vaan tarvittaisiin tarkempaa tietoa lumesta, Anna Kontu selventää.

Koska kukaan ei ole aiemmin yhdistänyt menetelmiä, projekti on kiinnostanut myös kansainvälisesti ja siihen on saatu mukaan yhteistyökumppaneita ulkomailta.

Santeri Lintula, Hanne Suokanerva, Pedro Fidel Espin Lopez ja Amy Macfarlane tekevät lumen rakenteeseen liittyviä mittauksia Halssinaavalla. Kuva: Leena Leppänen
Santeri Lintula, Hanne Suokanerva, Pedro Fidel Espin Lopez ja Amy Macfarlane tekevät lumen rakenteeseen liittyviä mittauksia Halssinaavalla. Kuva: Leena Leppänen

Ensi talvena uusi mittaus

Tutkijaryhmää oli maaliskuussa vastassa Halssiaavan koskematon hanki. Kentälle nousi kolme optisen puolen laitteita tukimittauslaitteineen, ja mikroaaltopuolelta tutka ja radiometri. Radiometri mittasi luonnostaan lumesta lähtevää mikroaaltosäteilyä ja tutka lähetti itse mikroaaltosäteilyä ja mittasi sen heijastusta.

– Molempia laitteita on myös avaruudessa. Maan päällä olevista laitteista saadaan kontrolloitu testiympäristö, eli saadaan vastaava mittaus kuin satelliiteista, mutta kuten laboratorio-oloissa, Ilmatieteen laitoksen ryhmäpäällikkö Juha Lemmetyinen kuvailee.

Torniin kiinnitettynä oli muun muassa espanjalaisten tutkimusryhmäläisten gps-reflektometri, joka mittasi gps-signaalia sekä suoraan gps-satelliitista että heijastuneena maan ja lumen kautta. Sen tuottaman tiedon avulla pystytään laskemaan lumen määrä.

Tutkijat ovat myös konkreettisesti kaivaneet lumihankea, ja mitanneet sen seinämästä muun muassa lumen tiheyttä, mikrorakennetta, kosteutta ja lämpötilaa. Nämä mittaukset toistettiin kuukauden ajan kaksi kertaa päivässä.

Lemmetyisen mukaan lumen heijastuskyvyn eli albedon tarkempi määrittäminen on tärkeää.

– On energiatasapainon kannalta olennainen asia tietää, kuinka paljon lumipeite heijastaa säteilyä takaisin avaruuteen. Säteilytasapainon paremman tuntemuksen avulla saadaan tuotettua parempia ilmasto- ja säämalleja, Lemmetyinen sanoo.

Tutkijat kertovat, että niin sää- kuin ilmastomalleissa on tällä hetkellä suuret virhearviot, kun eri mallit antavat erilaisia tuloksia.

Työtä riittää neljän vuoden jälkeenkin

Nelivuotisen projektin ensimmäiset mittaukset alkavat olla ohi.

– Nyt olemme harjoitelleet keräämään dataa. Aina on jonkinlaisia ongelmia laitteiden kanssa, joten olemme päättäneet tehdä saman mittauksen myös ensi talvena, Anna Kontu kertoo.

Muutama vuosi tutkimusprojektissa vierähtää kerätyn datan käsittelyn ja analysoinnin sekä mallinnuksen parissa. Tutkijat uskovat, että työtä asian parissa riittää vielä neljän vuoden päästäkin.

Tutkimusta rahoittavat Suomen Akatemia ja EU.

Juttua muokattu 12.4. klo 19.55: Korjattu kirjoitusvirhe sanasta albedo.

Uusimmat