Väitös: Itämeren virtauksia selvitettiin laskennallisilla merimalleilla

Ilmatieteen laitoksen tutkija Antti Westerlund selvitti väitöstyössään Suomen merialueiden virtauksia laskennallisilla merimalleilla. Tutkimuksessa löydettiin uusia piirteitä Suomenlahden virtauskentästä. Tiedot ovat hyödyllisiä, kun selvitetään esimerkiksi öljyn kulkeutumista meressä.

Yli sata vuotta sitten merialueiden virtauksia tutkitiin kuvan kaltaisilla majakkalaivoilla. Kuva: Kansallisarkisto

Itämeren virtausolot vaikuttavat muun muassa siihen, miten ravinteet tai öljy kulkeutuvat vedessä. Virtauksilla on merkitystä myös, kun arvioidaan ilmastonmuutoksen vaikutuksia merialueilla. Varhaisimmat Suomen merialueiden yleistä kiertoliikettä kartoittaneet tutkimukset tehtiin yli sata vuotta sitten, ja ne perustuivat majakkalaivahavaintoihin. Sittemmin tietoja on täydennetty muun muassa laskennallisilla merimalleilla. Itämeren pohjoisissa altaissa on voitu pitkällä aikavälillä havaita vastapäivään kiertävä pintavirtaus.

Ilmatieteen laitoksen tutkija Antti Westerlund tutki väitöstyössään, miten Suomenlahden keskivirtauskenttä vaihtelee vuodenaikojen välillä ja miten tuulet vaikuttavat virtauksiin.

"Mallituloksista lasketuissa pintavirtausten keskiarvoissa ei näkynyt aiemmissa tutkimuksissa havaittua Suomen rannikkoa myötäilevää länteen suuntautuvaa virtausta", kertoo Westerlund.

Tämän joistain aiemmista tutkimuksista poikkeavan tuloksen ymmärtämiseksi merimallin virtauskenttiä analysoitiin neuroverkkoihin perustuvalla koneoppimismenetelmällä. Menetelmää ei ole aiemmin sovellettu Itämeren virtausten tutkimukseen.

Tuulten suuntajakauma vaikuttaa virtauksiin merkittävästi

Analyysin tuloksissa korostui vallitsevien tuuliolojen merkitys merialueen virtauksille: suhteellisen pienetkin muutokset tuulten suuntajakaumassa saattavat muuttaa merkittävästi Suomenlahden keskivirtauksia. Aiemmasta poikkeavat tulokset voivat johtua paitsi meren virtausolojen muuttumisesta, myös käytettyjen mallien heikkouksista. Suomenlahden virtausdynamiikan samankaltaisuus estuaarien eli jokisuulahtien kanssa tuli tutkimuksessa esille selvästi.

Tutkimuksen tulokset asettavat jossain määrin kyseenalaiseksi keskivirtauskäsitteen hyödyllisyyden, kun ainesten kulkeutumista analysoidaan Suomenlahdella. Alueen monimutkainen virtausdynamiikka ja sen seuraukset ainesten kulkeutumiselle ovat monilta osin kuitenkin vielä avoimia kysymyksiä. Suomenlahden erikoispiirteet, kuten monimutkainen rantaviiva, vaihtelevat sääolot ja suuret jokivirtaamat, tekevät mallintamisesta haastavaa.

"Aiempia käsityksiä virtauskentän rakenteesta pitää nyt arvioida uudestaan ja jatkotutkimus onkin tarpeellista. Erityisesti alueellisesti aiempaa kattavammat virtausmittaukset Suomenlahdelta olisivat tervetulleita", Westerlund kertoo.

Lisätietoja:

tutkija Antti Westerlund, Ilmatieteen laitos, puh. 050 465 4613, antti.westerlund@fmi.fi

Väitöskirja on saatavilla verkossa: http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-336-055-6

Antti Westerlundin väitöskirja "Modelling circulation dynamics in the northern Baltic Sea" tarkastettiin perjantaina 23.11.2018 Helsingin yliopistossa. Vastaväittäjänä oli Dr. Andreas Lehmann (GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research, Kiel, Saksa) ja kustoksena professori Petteri Uotila Helsingin yliopistosta.

Tutkimusta rahoittivat Maj ja Tor Nesslingin säätiö ja Ilmatieteen laitos. Ilmatieteen laitos toteutti tutkimuksen yhteistyössä Suomen ympäristökeskuksen (SYKE), Venäjän akatemian merentutkimusinstituutin (IORAS) ja Ruotsin ilmatieteen laitoksen (SMHI) kanssa. Tutkimuksessa käytettiin eurooppalaisena yhteistyönä kehitettyä avoimen lähdekoodin NEMO-virtausmallia.