Väitös: Lidar-kaukokartoitusta voidaan hyödyntää siitepölyn havaitsemiseen ilmasta
Kuva: Adobe StockIlmassa kulkeutuva siitepöly on tunnettu terveyshaitta, joka aiheuttaa allergiaoireita ja allergisia sairauksia. Suomessa esiintyy runsaimmin koivun, männyn ja kuusen siitepölyä, ja varsinkin koivun siitepölyn tiedetään olevan yksi pahiten allergisoivista siitepölytyypeistä Euroopassa.
"Siitepölyn tyyppiä ja sen pitoisuuksia ilmassa havainnoidaan yleensä lähellä maanpintaa, ja siitepölyn pystysuuntaisesta jakautumisesta ilmakehässä tiedetään vähän. Pystysuuntainen tieto voisi kuitenkin auttaa meitä ymmärtämään paremmin siitepölyn leviämistä ja kulkeutumista ilmakehässä", kertoo Stephanie Bohlmann, joka tutkii aihetta Ilmatieteen laitoksen Itä-Suomen ilmatieteellisessä tutkimuskeskuksessa.
Lidar-mittalaitteilla tutkitaan yleisesti aerosolien pystysuuntaista jakautumista ilmakehässä. Väitöstutkimuksessa tehtiin mittauksia maaseutuympäristössä sijaitsevassa metsässä Vehmasmäellä Kuopiossa. Mittauksissa käytettiin Raman-lidar-mittalaitetta, joka tuottaa ja havainnoi valoa useilla eri aallonpituuksilla. Mittaukset yhdistettiin maapinnan tasolla tehtyihin siitepölyhavaintoihin.
Väitöstutkimuksen tulokset lisäävät tietoa siitepölyhiukkasten optisista ominaisuuksista ja parantavat ilmakehän aerosolien luokittelua Lidar-mittausten avulla. Verifioimalla siitepölyn kulkeutumismalleja Lidar-mittausten avulla voidaan parantaa siitepölyennustemallien tarkkuutta.
Algoritmi auttaa arvioimaan, näkyykö mittauksissa siitepölyhiukkasia
Väitöskirjassa tutkittiin, miten Lidar-mittaukset soveltuvat siitepölyn havaitsemiseen ilmakehästä. Siitepölyn havaitsemisen kannalta tärkeimmäksi muuttujaksi todettiin hiukkasten depolarisaatiosuhde, joka on takaisin sironneen valon rotaatiota kuvaava optinen muuttuja. Ilmakehän hiukkasten depolarisaatiosuhde riippuu hiukkasen muodosta ja sen avulla voidaan havaita siitepölyhiukkasia, jotka eivät ole muodoltaan pallomaisia (non-spherical).
Yhtenä haasteena on tunnistaa siitepölyhiukkaset Lidar-mittauksista, sillä ilmakehässä on paljon erityyppisiä hiukkasia. Tutkimuksessa kehitettiin algoritmi, jolla pystytään erottamaan siitepöly muista ilmakehän aerosolihiukkasista. Algoritmi hyödyntää Lidar-havaintoja ilmassa olevien männyn ja koivun siitepölyhiukkasten muodosta.
Depolarisaatiomittauksia laajennettiin lisäämällä mittauksiin kolmas valon aallonpituus. Tässä hyödynnettiin Halo Streamline Doppler -lidaria, jota käytetään yleensä tuuli- ja turbulenssitutkimuksissa, ja hiukkasten depolarisaatiosuhteen havaittiin riippuvan valon aallonpituudesta. Riippuvuus aallonpituudesta saattaa olla ominaista ilmakehän siitepölylle, joka ei ole muodoltaan pallomaista, ja ratkaiseva keino erottaa siitepöly muista aerosolityypeistä.
Väitöstilaisuutta voi seurata verkossa 15. syyskuuta
Stephanie Bohlmannin väitöskirja Characterization of atmospheric pollen with active remote sensing (Ilmakehän siitepölyjen havainnointi kaukokartoitusmenetelmin) tarkastetaan Itä-Suomen yliopiston luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunnassa 15. syyskuuta 2021 klo 12.00.
Vastaväittäjänä toimii apulaisprofessori Michaël Sicard Katalonian teknillisestä yliopistosta (Universitat Politècnica de Catalunya, UPC), ja kustoksena toimii dosentti Mika Komppula, ryhmäpäällikkö Ilmatieteen laitoksen Itä-Suomen ilmatieteellisessä tutkimuskeskuksessa.
Väitöstilaisuutta voi seurata verkossa täällä
Lisätietoja:
Tutkija Stephanie Bohlmann, Ilmatieteen laitos, puh. 050 3570323, stephanie.bohlmann@fmi.fi