Tutkimus 27.6.2016

Onnistunut OMI – esimerkki suomalaisesta satelliittiosaamisesta

Ilmatieteen laitos on ollut kymmenien vuosien ajan mukana kansainvälisissä satelliittihankkeissa. Näin saadaan yhä ajantasaisempaa ja luotettavampaa tietoa ilmakehän koostumuksesta ja sen muutoksista.

”Satelliittien avulla tehtävä kaukokartoitus on tarpeen erityisesti silloin, kun halutaan saada tietoa koko maapallolle yhteisistä asioista, kuten ilmansaasteista ja ilmastonmuutoksen etenemisestä tai halutaan nähdä paikkoihin, joihin on vaikea viedä mittalaitteita tai joissa ei jostain syystä saada tehtyä luotettavia mittauksia”, perustelee ryhmäpäällikkö, dosentti Johanna Tamminen Ilmatieteen laitokselta.

Ilmatieteen laitoksella ja Tammisen vetämällä Ilmakehän kaukokartoitus -ryhmällä on vahvaa alan osaamista. Siitä kertoo esimerkiksi OMI-mittalaitteen (Ozone Measurement Instrument) onnistuminen. Suomen ja Hollannin yhteistyössä rakentama OMI laukaistiin avaruuteen NASAn EOS-Aura-satelliitin mukana vuonna 2004. Ilmatieteen laitos koordinoi laitteen Suomessa rakennettua osuutta samoin kuin suomalaisten yhteistyötä hollantilaisten kumppanien ja NASAn kanssa. Laitos on osallistunut myös laskentamallien kehittämiseen.

Nimensä mukaisesti OMI rakennettiin alun perin otsonikerroksen seurantaan, mutta sittemmin sitä on hyödynnetty vahvasti moneen muuhunkin tarkoitukseen, kuten UV-säteilyn sekä rikki- ja typpidioksidin päästöjen, jakaumien ja vuodenaikaisvaihtelujen seurantaan. Laite mittaa myös aerosoleja, joista tärkeimpiä ovat tulivuorten tuhka, metsäpalojen savut ja aavikkopöly.

”OMI on osoittautunut laadultaan poikkeuksellisen kestäväksi, eikä siinä ole havaittu juuri lainkaan vanhenemisen merkkejä. Se on toiminut juuri niin kuin oli tarkoitus. Vuodesta 2009 lähtien havaintojen maantieteellinen kattavuus on kuitenkin osittain kärsinyt. Tämän oletetaan johtuvan siitä, että pieni osa laitteen näkökenttää on peittynyt, kenties irronneesta suojamateriaalista”, toteaa OMIn johtoryhmään kuuluva Tamminen.

Nopeasti tilanteen tasalla

Ilmatieteen laitoksella on keskeinen rooli myös satelliittidatan vastaanotossa ja käsittelyssä. Ilmatieteen laitoksen Sodankylässä toimiva satelliittidatakeskus vastaanottaa OMIn mittaustuloksia joka kerta satelliitin lentäessä yli eli 5–6 kertaa päivässä. Tämä niin kutsuttu Direct Readout -data, joka mitataan samaan aikaan, kun se lähetetään maa-asemalle, käsitellään välittömästi, ja kartat Pohjois-Euroopan yltä valmistuvat 15 minuutissa. Ilmatieteen laitos tekee myös OMI-dataan perustuvat UV-säteilytuotteet, kuten UV-indeksin.

Ilmakehässä tapahtuvia nopeitakin muutoksia pystytään näin seuraamaan lähes ajantasaisesti. Esimerkiksi lentoliikenteen turvallisuuden kannalta on ehdottoman tärkeää seurata tulivuorenpurkauksia. OMIn rikkidioksidi- ja tuhkahavainnot osoittautuneet tässä hyödyllisiksi. Sodankylässä prosessoidut tuotteet jaetaankin nopeasti tärkeimmille käyttäjille tukemaan lentoturvallisuutta.

Mittausten perusteella nähdään myös liikenteen ja teollisuuden typpidioksipäästöt, mikä auttaa esimerkiksi päästörajoitusten vaikutusten seurannassa ja aiemmin tuntemattomien päästölähteiden havaitsemisessa. ”Niin NASAssa kuin meilläkin on iloittu siitä, että presidentti Obama nosti Science Week -tapahtumaan liittyvässä puheessaan esiin juuri tämän asian, mainiten satelliitin ja viitaten OMIin”, Tamminen kertoo.

Presidentti Obama nosti OMIn mittaustiedot esiin videopuheessaan: https://youtu.be/LKe5FdKInJs

“Typpidioksidihavaintojen tarkkuus on ollut jopa yllättävän hyvä. Toisin kuin aluksi luulimme, kartoissa erottuvat selvästi myös Suomen kaupungit ja esimerkiksi Helsingin viikkovaihtelu. Keskeiset laivareititkin näkyvät.”

Tukimuksesta palveluihin

Kuluvana vuonna avaruuteen laukaistaan OMIn seuraaja, Hollannin ja Euroopan avaruusjärjestö ESAn toteuttama TROPOMI-mittalaite (Tropospheric Monitoring Instrument). OMIn ja TROPOMIn toivotaan jatkavan mittauksia mahdollisimman pitkään rinnakkain, jolloin saadaan varmistettua, että laitteet mittaavat samaa asiaa ja aikasarjat ovat luotettavia.

Uutena asiana TROPOMI mittaa metaania, joka on yksi tärkeimmistä kasvihuonekaasuista. ”Tämä on tärkeä kehitysaskel, sillä kasvihuonekaasujen seurannan merkitys tulee kasvamaan Pariisin ilmastosopimuksen myötä”, Tamminen toteaa harmitellen sitä, ettei Suomi lähtenyt rahoittamaan TROPOMI-hanketta, kuten aikanaan OMIa.

”Jos osallistuisimme tiiviisti satelliitin rakentamiseen ja algoritmien tekemiseen, olisimme etulyöntiasemassa hyödyntämään mittauksia tutkimuksessa ja yhteiskuntaa palvelevien sovellusten tekemisessä.”

UV-säteilytuotteiden tekemistä Ilmatieteen laitos kuitenkin jatkaa osana TROPOMIn algoritmitiimiä. Lisäksi laitoksen tutkijat osallistuvat TROPOMIn havaintojen validointiin: he varmistavat, että data on hyvää ja luotettavaa myös korkeilla leveyspiireillä ja että aineistoon liittyvät epävarmuudet ymmärretään.

OMI- ja TROPOMI-mittaukset ovat tärkeä osa Euroopan unionin valtavaa Copernicus-ohjelmaa. Ohjelmassa rakennetaan ympäristön seurantaan ja turvallisuuteen liittyviä palveluita, jotka perustuvat useaan Sentinel-sarjan satelliittiin ja maanpinnalta tehtyihin havaintoihin. “Ilmakehän koostumuksen havainnoinnissa on siirrytty tutkimusmittalaitteiden kehittämisestä realiaikaiseen operatiiviseen järjestelmään, joka seuraa jatkuvasti ilmakehän muutoksia, ennustaa lähipäivien tilannetta ja jakaa datan avoimesti kaikille”, Tamminen luonnehtii kehitystä.

 

johannakuva

OMI-mittauksiin perustuvia typpidioksidiarvoja Etelä-Suomessa. Lähde: Ialongo, I., Herman, J., Krotkov, N., Lamsal, L., Boersma, F., Hovila, J., & Tamminen, J.: Comparison of OMI NO2 observations and their seasonal and weekly cycles with ground-based measurements in Helsinki, Atmos. Meas. Tech. Discuss., doi:10.5194/amt-2016-212, in review, 2016.