Tulosta
  12.3.2014

Satelliittiradiometriasta uusi työkalu lumen vesiarvon seurantaan

 
 Kuva: Terhi Asumaniemi
Mikroaaltohavaintojen soveltuvuutta lumen vesiarvon seurantatyön kehittämiseen tutkitaan SYKEn hankkeessa. Satelliittiradiometriaan perustuva uusi tekniikka voi muuttaa seurantatyön luonteen perusteellisesti, vaikka havaintojen tulkintaan tarvitaan lisäksi tietoja lumipeitteen paikallisista ominaisuuksista.

Kehitteillä olevassa menetelmässä satelliitin mikroaaltovastaanottimella eli radiometrillä kootaan havaintoja lumen vesiarvosta koko Suomen alueelta päivittäin. Havaintojen tulkinta vaatii vielä tarkentamista. Menetelmä toimii kaikissa valaistus- ja sääoloissa.

SYKEn koordinoimaa GEOMON -hanketta (2013-2014) rahoittavat maa- ja metsätalousministeriö sekä ympäristöministeriö.

Lumen vesiarvon perinteinen mittaus

Lumen vesiarvoa on perinteisesti mitattu maastossa lumilinjamittauksilla kerran kuukaudessa. Mittauspäivien ja havaintopisteiden väliset arvot lasketaan sää- ja maastotietoihin perustuvalla matemaattisella mallilla.

Lumen vesiarvo (mm) eli lumikuorma (kg/m2) kertoo lumessa olevan veden määrän neliömetrillä. Se on tärkeä mittari, jota tarvitaan mm. ilmastotutkimukseen, kattojen lumikuormavaroituksiin sekä tulvaennusteisiin.

Tekniikka perustuu maan säteilemän energian mittaamiseen

Lumen havaitseminen mikroaalloilla perustuu hangen alla olevan maan säteilemän energian mittaamiseen. Mikroaalloilla havaitaan kahta eri taajuutta, joista toinen läpäisee lumivaipan, ja toinen vaimenee riippuen muun muassa hangen paksuudesta. Mitä enemmän lunta, sitä suuremmaksi taajuuksien välinen kirkkausero kasvaa.

Menetelmällä paljon vahvuuksia


Sen lisäksi, että havaintoja voidaan tehdä kaikissa valaistus- ja sääoloissa, satelliitti-instrumentit tarjoavat havaintoja usein ja hyvin laajalta alueelta. Suomen leveyspiireillä havaintoja saadaan kaksi kertaa vuorokaudessa, ja 1500 km leveä havaintokaista kattaa kerralla koko maan.

Menetelmän rajoitukset

Mikroaaltojen käyttökelpoisuutta rajoittavat instrumentin alueellinen tarkkuus 15–25 km, lumen syvyys ja nestemäinen vesi. Menetelmä toimii, kun lumen syvyys on 5–100 cm. Liian vähäisellä lumella taajuudet eivät eroa riittävästi, ja paksussa hangessa signaali heikkenee liikaa. Sula vesi sotkee signaalin, mikä vähentää mikroaaltojen käyttökelpoisuutta keväällä.

Alustavia tuloksia


Radiometrilaskennassa käytetään koko Suomelle samaa lumen tiheyden talvikautista kehitystä, joka perustuu pitkänajan keskiarvoon. Suomi jaettiin kokeilussa kahtia likimain entisen Oulun läänin etelärajaa pitkin. Molemmille osille laskettiin oma lumen tiheyden talvikautinen kulku. Tämän seurauksena radiometrihavaintojen jäännösvirheet verrattuna lumilinjoihin putosivat Pohjois-Suomessa selvästi, 30 mm:stä 20 mm:iin. Etelä- ja Keski-Suomessa jäännösvirheet sitä vastoin jopa kasvoivat hieman. Todennäköisesti syynä on talven keston ja alkamisajan suurempi vaihtelu maan etelä- ja keskiosissa. Tarkempien tulosten saamiseksi ainakin rannikko pitäisi erottaa omaksi alueekseen.

Lumi kerääntyy eri tavalla metsiin kuin aukeille. Sääasemat, joiden lumen syvyys tietoja käytetään radiometrilaskennassa, sijaitsevat aukeilla. Lumilinjat, joihin tuloksia verrataan sijaitsevat puolestaan pääosin metsissä, mikä osaltaan vaikuttaa virheen määrään. Kun laskentaan otetaan mukaan, korjatun tiheyden lisäksi lumilinjoilta havaitut lumen syvyydet, jäännösvirheet lumilinjoihin verrattuna putosivat Pohjois-Suomessa 13 mm:iin ja Etelä- ja Keski-Suomessa 16 mm:iin.

Saavutetut parannukset ovat huomattavia, mutta kokeilu perustui vain kevään 2011 dataan, eikä sitä voida suoraan yleistää muille vuosille. Operatiivista käyttöä varten laskennan korjaus on vietävä valuma-aluetasolle ja korjauksia on voitava tehdä sitä mukaa, kun havaintoja maastosta saadaan. Osa tarvittavista tiedoista, kuten lumen syvyys, on helposti saatavilla, mutta esimerkiksi päivittäiset tiheyskartat ovat vielä kehitystyön alla.

Teksti ja lisätietoja:

Korkeakouluharjoittelija, opinnäytetyöntekijä Mikko Moisander, Suomen ympäristökeskus, etunimi.sukunimi@ymparisto.fi


Paluu etusivulle