Väitöstutkimus toi uutta tietoa satelliittihavaintojen tulkintaan liittyvistä epävarmuuksista

Ilmakehän kaukokartoituksessa inversio-ongelmaa ratkaistaessa tehdään yksinkertaistuksia ja oletuksia ilmakehästä, jotka vaikuttavat ratkaisun epävarmuuteen.  

Tutkimuksessa inversio-ongelmaa ratkaistiin Bayesin kaavaan perustuvilla algoritmeilla, jotka hakevat parhaiten satelliittimittausta vastaavaa ilmakehän tilaa. Väitöstutkimuksessa tuotettiin realistisempi epävarmuusarvio lasketulle aerosolin optiselle paksuudelle (AOD), eli pienhiukkasmäärälle ottaen huomioon suoran mallin epävarmuudet. Tutkimuksessa huomioitiin epävarmuus liittyen sopivimman optisen aerosolimallin valintaan algoritmissa. 

Bayesilaisella lähestymistavalla saatiin työkaluja ratkaisun epävarmuuden tarkasteluun 

Väitöstyössä kehitettiin uudenlaista Bayes-päättelyyn perustuvaa satelliittihavaintoja hyödyntävää menetelmää, jossa parhaiten mittaukseen sopivien aerosolimallien valinta tehtiin niin kutsuttuun uskottavuusarvoon perustuen. Lisäksi sovellettiin bayesilaista mallien keskiarvoistamiskaavaa, jolla laskettiin parhaiten sopivien mallien yhteisvaikutus tulokseen. Mallivirhettä arvioitiin empiirisesti pohjautuen mallin ja mittauksen eroihin sekä hyödynnettiin Gaussisia prosesseja mallintamaan aallonpituusriippuvan mallivirheen rakennetta.

Tutkimuksessa sovellettiin menetelmää kahden eri satelliitti-instrumentin, OMI ja TROPOMI, havaintoihin ja verrattiin tuloksena olevaa AOD arviota aerosolin maanpintamittaukseen. Mallivirheen huomioiminen ja mallin valinnan vaikeus heijastuivat tuloksena olevan AOD arvion epävarmuuteen. 

Väitöskirjassa osana epävarmuustarkastelua arvioitiin myös operatiivisen satelliittituotteen otsoniprofiilien laatua ajallisesti, leveyspiireittäin ja ilmakehän eri kerroksissa. Tutkimuksessa verrattiin GOME-2/Metop-A instrumentin otsoniprofiileja vuosilta 2008–2011 kolmen eri satelliitin tietoihin. Tulosten perusteella saatiin arvio satelliittialgoritmin toimivuudesta liittyen instrumentin käyttöikään sekä viitteitä mahdollisista parannuskohteista.  

Tutkimuksen tuloksia voidaan esimerkiksi hyödyntää satelliittialgoritmin jatkokehittämisessä ja tulosten epävarmuustarkastelussa. 

Väitöstyö tarkastetaan Helsingin yliopistossa 13.6. 

Anu Kaupin väitöskirja "Bayesian Model Selection, Averaging and Discrepancy in Satellite Remote Sensing of Atmospheric Constituents" tarkastetaan torstaina 13.6.2024 kello 13 Helsingin yliopiston matemaattis-luonnontieteellisessä tiedekunnassa. 

Väitöstilaisuus järjestetään osoitteessa Physicum, auditorio E204, Gustaf Hällströmin katu 2, Helsinki. 

Vastaväittäjänä on professori Aku Seppänen Teknillisen fysiikan laitokselta Itä-Suomen yliopistosta ja kustoksena toimii professori Samuli Siltanen Helsingin yliopistosta. 

Lisätietoja: 

tutkija Anu Kauppi, Ilmatieteen laitos, p. 050 380 3295, anu.kauppi@fmi.fi 

Väitöskirja on saatavilla Helda-tietokannassa.