Väitös tuo tarkkuutta lumen vesiarvon määrittämiseen
Lumen vesiarvoa tarvitaan niin kattojen suunnitteluun kuin ilmastonmuutoksen tutkimiseenkin.Uuden mallin avulla saavutettiin aiempaa tarkempia tuloksia lumen vesiarvon määrittämisessä, kun sitä sovellettiin satelliittimittausten tulkintaan. Lumen vesiarvo eli lumikuorma ilmoittaa lumikerroksesta sulatettuna muodostuvan vesikerroksen paksuuden. Lumen vesiarvo vaikuttaa siihen, paljonko tietty määrä lunta painaa: esimerkiksi 5 cm paksuinen kerros vastasatanutta, kuivaa pakkaslunta on kevyempi kuin 5 cm kosteaa lunta.
Lumi on tehokas eriste, joten lumen kokonaismassalla on tärkeä rooli mallinnettaessa maapallon hydrologista kiertoa sekä energiatasapainoa ilmastomalleissa. Lumikuorma täytyy ottaa huomioon myös esimerkiksi rakennusten kattorakenteiden kantavuutta suunniteltaessa. Lisäksi vesiarvon avulla voidaan arvioida sulamisvesien aiheuttamien keväisten tulvien suuruutta.
Paikallisesti vesiarvon saa selville mittaamalla manuaalisesti luminäytteestä tilavuuden ja massan. Satelliittihavainnot puolestaan perustuvat maanpinnan luonnollisen mikroaaltoemission vaimenemiseen lumessa, mitä pystytään mittaamaan radiometri-instrumenttien avulla. Satelliitti-instrumentit ovat käytännössä ainoa keino mitata vesiarvo globaalisti.
Mikroaaltoradiometrien käyttökelpoisuutta rajoittaa niiden heikko erottelukyky, joka on tyypillisesti useita kymmeniä kilometrejä maanpinnalla. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että satelliitti pystyy antamaan vain yhden emissioarvon vaikkapa 20 km x 20 km suuruiselle alueelle.
– Tällöin jokaiseen mittaustulokseen vaikuttaa useita maankäyttöluokkia, esimerkiksi metsäalueita, avoalueita, soita ja vesialueita. Tutkitun suureen eli lumen osuus mitattuun signaaliin vaihtelee voimakkaasti paikasta toiseen, mikä hankaloittaa mittausten tulkintaa, väittelijä Juha Lemmetyinen selittää.
Etenkin lumipeitteiset järvet poikkeavat suuresti ympäröivästä maastosta mikroaaltoalueella.Tällöin seuduilla virheet lumen vesiarvon tulkinnassa voivat kasvaa suuriksi seuduilla, joilla järviä on runsaasti – kuten meillä Suomessa tai esimerkiksi Kanadan arktisilla alueilla.
Itse lumipeitteen kohdalla ongelmia aiheuttaa myös lumen luonnostaan kerrostunut rakenne; erilaiset sääilmiöt kuten lumisateet, tuuli, ja sulantajaksot aiheuttavat sen, että lumipeitteeseen muodostuu toisistaan voimakkaastikin poikkeavia kerrostumia. Kerrokset vaikuttavat myös mikroaaltojen kulkeutumiseen lumessa.
– Kehittämäni mallin avulla voi kuvata myös eri kerrosrakenteiden vaikutusta mikroaaltojen kulkeutumiseen lumessa. Tämä mahdollistaa muun muassa lumipeitteisten järvien mikroaaltovasteen eli niiden lähettämän säteilyn mallinnuksen, Lemmetyinen kertoo.
Väitöstyössä kehitetyn mallin ennusteita vertailtiin maan pinnalta ja lentokoneesta mitattuihin radiometrihavaintoihin sekä sovellettiin mallia lumipeitteen ominaisuuksien tulkintaan satelliittihavainnoista.
Väitöstilaisuus
DI Juha Lemmetyinen väittelee Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulussa tiistaina 27.11.2012 klo 12. Väitöskirjan otsikko on “Microwave radiometry of snow covered terrain and calibration of an interferometric radiometer” (suomeksi “Lumipeitteen kaukokartoitus mikroaaltoradiometreillä ja interferometrisen radiometrin kalibrointi”).
Lisätietoa:
Tutkija Juha Lemmetyinen, puh. 040 730 3663, juha.lemmetyinen@fmi.fi