ilmakehätiede

Suorana labrasta tällä viikolla: Iolanda Ialongo ja satelliittipohjaisen ilmakehädatan möyhintää

Ma, 12/04/2017 - 11:01 Jari Mäkinen
Iolanda Ialongo

Tällä viikolla @suoranalabrasta on kaksikielinen: Suomeen asettunut italialainen Iolanda Ialongo (@iolandaialongo) kertoo suomeksi ja englanniksi työstään Ilmatieteen laitoksella satelliittitietojen parissa. Luvassa on muun muassa otsonia ja saasteita!

Iolanda Ialongo on tutkijana Ilmatieteen laitoksen "Ilmakehän kaukokartoitus" -nimeä kantavassa ryhmässä. Hän on kotoisin Italiasta, missä hän opiskeli fysiikkaa Rooman yliopistossa.

"Työssäni tutkin ilmakehän koostumusta satelliittihavaintojen avulla", kertroo Iolanda esittelyssään. "Tutkimuksessani käytän muun muassa suomalais-hollantilaisen OMI:n (Ozone Monitoring Instrument) mittauksia."

Viikon kuluessa saatamme kuulla muutaman sanan Sentinel-5P -satelliitista ja siinä olevasta Tropomi-mittalaitteesta. Satelliitti lähetettiin avaruuteen vasta viime kuussa ja Tropomin ensimmäiset havainnot julkistettiin viime viikolla – ne ovat upeita ja paljon parempia kuin OMI:n tekemät havainnot. Se on varsin ymmärrettävää, sillä OMI alkaa olla jo vanha ja Tropomi on kuin paranneltu OMI.

Satelliittien tekemiä ilmakehämittauksia voidaan käyttää monissa sovelluksissa.

"Tällaisia ovat muun muassa kaupunkien ilmanlaadun tarkkailu ja samalla voimaloista, sulattamoista, jalostamoista ja laivoista tulevat päästöt sekä muut ihmisten aiheuttamat hiilidioksidipäästöt. Tiedoista näkee myös hyvin tulivuorten ja metsäpalojen savukaasus sekä otsonikerroksen ja UV-säteilyn muutokset."

Iolanda vetää tällä hetkellä Suomen Akatemian rahoittamaa ILMApilot -kärkihanketta, joka tähtää satelliittipohjaisen ilmakehädatan hyödyntämiseen yhteiskunnallisesti merkittävissä ilmanlaatusovelluksissa. Hän kirjoittaa myös blogia, johon Iolanda kerää tarinoita tutkimustyöstä, sekä projektin edistymisestä. 

Alla viikon twiitit Storify-tarinana:

Perlan 2 – hullu hanke lentää purjekoneella stratosfääriin

Perlan 2 on kunnianhimoinen hanke, jonka tarkoituksena on nousta hyvin korkealle ilmakehässä purjekoneella: tavoitteena on rikkoa tämänhetkinen purjekoneiden korkeusennätys 15 460 metriä. 

Korkeus on stratosfäärin alaosissa korkeudessa, missä muun muassa Concorde aikoinaan lensi – ja korkeus, missä lentäminen liitämällä on erittäin vaikeaa. 

Perlan on amerikkalainen hanke, mutta eurooppalainen Airbus tukee sitä voimakkaasti. Hankkeessa on kehitetty jo kaksi erilaista liitokonetta, joista tuoreempi yritti rikkoa ennätystä jo viime vuonna, mutta ei onnistunut. Kyse ei ollut vain koneesta tai sen lentäjistä, vaan myös olosuhteista, sillä liitolentäminen stratosfääriin vaati täydelliset olosuhteen ja juuri sopivat nostavat virtaukset.

Niitä varten tiimi on mennyt jälleen Argentiinaan, mistä se yrittää ennätyslentoa uudelleen näinä päivinä. 

Lentäjät Jim Payne,Morgan SandercockTim Gardner ja Miguel Iturmendi ovat lentäneet kahden tiimeinä paineistetulla purjekoneellaan El Calafatessa, Argentiinassa tähän mennessä vähän alle 10 kilometrin korkeuteen. Kone on osoittautunut hyväksi ja pystynee nousemaan ylemmäksikin, jos ja kun sää vain sallii.

Ennätyslentoyrityksen paikaksi on valittu Argentiinan eteläosien Patagonia, koska siellä vuoristossa syntyvät virtaukset nousevat stratosfääriin saakka näin alkukeväisin. Eteläisellä pallonpuolella talvi on juuri vaihtumassa kevääksi.

TIimi on varautunut olemaan paikalla kahden kuukauden ajan odottamassa sopivia olosuhteita.

Tarkoituksena on paitsi rikkoa ennätys, niin myös kehittää lentokoneen aerodynamiikkaa ja tehdä tutkimusta. Lentokoneessa on mukana mittalaitteita, joilla saadaan lisätietoa ilmakehästä ja lento sinällään lisää tietämystä vuoristoalueiden nousevista ilmavirtauksista. Niitä ei tunneta toistaiseksi hyvin ja ne voivat osaltaan vaikuttaa kaasujen sekoittumiseen ilmakehässä.

Yleensä ilmakehätutkimusta näillä korkeuksilla tehdään ilmapalloilla, mutta lentokone on parempi, koska se on helpommin ohjattavissa haluttuun paikkaan ja se pystyy kiertelemään samalla alueella. Lentokone voi tuoda näytteitä alas myös kätevästi ja nopeasti.

Lentojen aikana tutkitaan myös korkealla lentämisen vaikutuksia pilotteihin. 

Hanketta voi seurata twitterissä nimellä @PerlanProject, Facebookissa sivulla www.facebook.com/perlanproject ja netissä sen omilla sivuilla osoitteessa www.perlanproject.org.

Tänä vuonna koneen ohjaamoon voi myös hypätä mukaan virtuaalisesti: http://bit.ly/VirtualPerlan2.

Ilmakehätutkimuksen keskus INAR perustettu

To, 03/12/2015 - 12:00 Toimitus

Suomalaista ilmakehä- ja geotieteiden tutkimusta kerätään yhden tutkimusverkoston alle: uusi Ilmakehätutkimuksen keskus INAR (National Institute for Integrated Atmospheric and Earth System Science) tuo yhteen Helsingin yliopiston, Itä-Suomen yliopiston, Tampereen teknillisen yliopiston ja Ilmatieteen laitoksen kansainvälisen huipputason tutkimusryhmät, jotka ovat pitkäjänteisesti yli 30 vuotta tutkineet ilmastonmuutokseen liittyviä ilmiöitä. 

Tarkoituksena on luoda Suomeen alan kansainvälisesti johtava osaamiskeskittymä.

"Ilmastotutkimus edellyttää monen tieteenalan ja tiedeyhteisön yhteistä ponnistusta. Yksi tutkija tai yksittäinen tutkimusryhmä ei voi ratkaista ilmastonmuutokseen liittyviä kysymyksiä, vaan suurimmat oivallukset syntyvät yhdessä", sanoo akatemiaprofessori Markku Kulmala Helsingin yliopistosta.

Isosta mittausdatasta saa yksityiskohtaista tietoa ilmastonmuutoksen perusteista

Ilmastotutkimuksessa on keskeistä selvittää, miten ilmastonmuutos vaikuttaa luonnon järjestelmään eli maan, merien, ilmakehän ja napa-alueiden välisiin kytkentöihin. Lisäksi on tutkittava ihmisten toiminnan, kuten fossiilisten polttoaineiden käytön sekä metsien hoidon ja muiden maankäytön muutosten vaikutusta ilmastonmuutokseen. Nämä kytkennät on ymmärrettävä, jotta voidaan tehdä luotettavia ilmasto- ja ilmanlaatuennusteita ja varautua muuttuvaan ilmastoon.

INARin tutkimus tuottaa yksityiskohtaista tietoa ekosysteemien ja ilmakehän välisestä vuorovaikutuksesta sekä aineiden ja energian kierrosta näissä järjestelmissä.

"INARin tutkimus syventää ymmärrystä ilmastonmuutoksen biologisista ja fysikaalisista perusteista ja auttaa selvittämään, mitkä asiat voimistavat tai hillitsevät muutoksia", sanoo professori Kari Lehtinen Itä-Suomen yliopistosta. 

"Valtavan mittausaineiston avulla saadaan tietoa esimerkiksi ilmastonmuutoksen vaikutuksesta boreaalisten alueiden metsiin".

Kansainvälisesti korkeatasoinen tutkimusinfrastruktuuri

Ilmakehätutkimuksen keskuksen selkärankana toimii tutkimusinfrastruktuuri INAR RI. Tutkimusinfrastruktuuri kokoaa yhteen joukon hyvin varusteltuja mittausasemia eri puolilla Suomea, kokeellisia ilmakehän ja ekologian laboratorioita sekä erilaisia mallinnusalustoja ja tutkimusaineistoja ja -portaaleja. Mittausasemilla työskentelee ja niiden tuottamaa dataa käyttää satoja fyysikoita, kemistejä, meteorologeja ja biotieteilijöitä eri puolilta maailmaa.

Keskeisiä INAR RI -mittausasemia ovat Global Atmospheric Watch -asema Pallas-Sodankylässä ja neljä SMEAR-asemaa, jotka sijaitsevat Värriössä, Hyytiälässä, Helsingissä ja Kuopiossa. Asemilla mitataan ilmakehän kaasuja ja hiukkasia sekä ainevirtoja ilmakehän ja metsien välillä. Asemilla tuotettu aineisto on kansainvälisesti ainutlaatuisen kattavaa, ja sitä on kerätty yhtäjaksoisesti poikkeuksellisen pitkältä ajalta. Maailman monipuolisin tutkimusaineisto on nostanut suomalaiset tutkijat tieteen huipulle.

INAR RI on osa kansainvälistä tutkimusinfrastruktuuriverkostoa ja osallistuu Euroopan yhteisiä tutkimusinfrastruktuurikysymyksiä käsittelevän strategiafoorumi ESFRI:n toimintaan. INAR RI tekee yhteistyötä Suomessa sijaitsevan kasvihuonekaasujen havaintojärjestelmän (ICOS) päämajan kanssa. Osoituksena INAR RI -verkoston merkittävyydestä Suomen Akatemia on valinnut verkoston tutkimusinfrastruktuurien tiekartalle 2014–2020.

Tietoa päätöksenteon tueksi 

INARin tuottamat aineistot ja metadatat kerätään keskitetysti smart-SMEAR-e-infrastruktuuriin, jonka kautta ne ovat avoimesti tutkimuksen ja opetuksen sekä viranomaisten ja kansalaisten käytössä

Korkealaatuiset ja pitkäaikaiset, avoimesti saatavilla olevat mittaustulokset luovat ainutlaatuisen perustan paitsi ilmastotutkimukselle, myös yhteiskunnan hillintä- ja sopeutumistoimien arvioinnille. INAR tarjoaa poliittisille päättäjille sekä energia- ja ympäristöalan yrityksille luotettavaa uutta tietoa ilmastonmuutoksesta keskittyen erityisesti suomalaiseen ympäristöön ja paikallisiin tarpeisiin.


Artikkeli on Helsingin yliopiston lähettämä tiedote.
Kuva: Flickr / AMF-2 -hanke, Argonne National Laboratory

Vuosikymmeniä kestävä arktiksen tutkimusohjelma käynnistyy

Ti, 02/10/2015 - 09:29 Toimitus

Joukko eurooppalaisia, venäläisiä ja kiinalaisia tiedevaikuttajia ja tutkijoita kokoustaa parhaillaan Helsingissä suuren, vuosikymmeniä kestävän tutkimusohjelman käynnistyskonfrenssissa.

Kyseessä on Pan-Eurasian Experiment, eli PEEX; monialainen, pohjoisen ja arktisen alueen tutkimusohjelma, joka sisältää pääasiassa luonnontieteellistä perustutkimusta ja jonka suunnitellaan kestävän usean kymmenen vuoden ajan. Perustutkimuksen ohella ohjelman odotetaan tuottavan myös konkreettisia ja teknisiä ratkaisuja ympäristöongelmiin.

"Ilmaston lämpeneminen ja monet vastaavat ekosysteemin muutokset vaikuttavat dramaattisesti arktisella ja boreaalisella seudulla, mutta nämä ovat myös juuri niitä alueita, joista tiedämme vähiten", toteaa PEEX-ohjelman primus motor, akatemiaprofessori Markku Kulmala Helsingin yliopistosta. 

"Nämä ovat perimmäisiä syitä siihen, että esimerkiksi ilmastomallit ovat monelta kohdin puutteellisia. PEEXin avulla on tarkoitus paikata näitä aukkoja."

Kulmala lisää, että ohjelmalla halutaan myös tukea niitä pohjoisen vyöhykkeen ihmisiä, joiden elinkeinot ja kulttuuri ovat vaarantuneet ilmastonmuutoksen vuoksi. Heidän sopeutumistaan voidaan helpottaa esimerkiksi parantamalla sään ääri-ilmiöistä varoittavia laitteita ja järjestelmiä.

Havaintoasemien ketju Skandinaviasta Siperian yli Kiinaan

Ilmakehän, kasvillisuuden ja maaperän vuorovaikutusten ymmärtämiseksi tarvitaan alueellisesti kattavaa mittausdataa. Sama pätee ilmaston ja yhteiskunnan välisten takaisinkytkentöjen tuntemiseen. Dataa saadaan esimerkiksi havaintoasemilta tai kaukokartoitusmenetelmillä, kuten satelliittien avulla.

Siksi yhtenä PEEXin tavoitteena on rakentaa ja varustaa laaja havaintoasemien ketju Skandinaviasta Siperian yli Kiinaan. Tämän osahankkeen alkuvaiheessa aiotaan keskittyä jo olemassa olevien havaintoasemien kehittämiseen ja niiden yhteensopivuuden varmistamiseen. Valmiita, mutta teknistä parantelua ja harmonisointia vaativia asemia on esimerkiksi Tiksissä ja Tomskissa.    

PEEX-ohjelmaa on tähän mennessä laadittu satojen fyysikoiden, kemistien ja biotieteilijöiden voimin. Jos suunnitelma uusien havaintoasemien rakentamisesta toteutuu, tarvitaan lisäksi myös insinöörejä, ammattitaitoisia rakentajia ja logistiikan asiantuntijoita.

"PEEX:in kaltaisen monialaisen ohjelman läpivieminen onnistuneesti vaatii usean maan hallituksen tuen", pohtii professori Sergej Zilitinkevich Ilmatieteen laitokselta. Hän on Kulmalan ohella PEEX-ohjelman kantava voima.

"Toivomme myös elinkeinoelämän, yritysten ja kansalaisjärjestöjen osallistuvan PEEXiin", Zilitinkevich lisää.

"CERNiin verrattava investointi"

PEEX on mittasuhteiltaan ja mahdollisilta tuloksiltaan hanke, jota hankkeen vetäjät vertaavat Euroopan hiukkastutkimuskeskuksen Cernin perustamiseen 60 vuotta sitten.

"PEEXin kokonaiskustannukset nousevat satoihin miljooniin euroihin", kertoo Kulmala. 

"Esimerkiksi yhden ainoan havaintoaseman rakentaminen maksaa noin kaksikymmentä miljoonaa euroa, eikä siinä vielä ole ylläpito- eikä henkilöstökuluja. Myös Cern oli aikanaan ja edelleen on valtava investointi, mutta se on tuottanut yli odotusten sekä tieteen sisäisillä kriteereillä että kaupallisilla sovelluksilla mitaten."

"Lähdemme PEEXissä aidosti kohti tuntematonta. Monista ilmakehän molekyyli- ja atomitason tapahtumista meillä on vain aavistus, eikä välttämättä sitäkään. Emme ehkä vielä osaa edes kysyä oikeita asioita."

Kulmalan johtama ilmakehätutkijoiden ryhmä on tähän mennessä saavuttanut paljon: Kulmala on maailman viitatuin tutkija geotieteiden alalla, ja hänen ryhmänsä tutkimuksia on julkaistu muiden muassa Sciencessä ja Naturessa. Ryhmä on rakentanut Suomeen viisi havaintoasemaa, joista tunnetuin sijaitsee Hyytiälässä (ks. Tiedeuubin juttu asemasta). Lisäksi asemia on tehty yksi Viron Järvseljaan ja yksi Kiinan Nanjingiin.  

Havaintoasemat ovat maastoon sijoitettuja, teknisesti huippuvarustettuja laboratorioita, joilla mitataan ympäristön aine- ja energiavirtoja, esimerkiksi säteilyä tai kasvien kaasunvaihtoa. Kulmalan ryhmä on kehittänyt perustutkimuksesta myös teollisia sovelluksia, kuten ilmakehän hiukkaslaskurin.

Kulmalan ryhmään kuuluu fyysikoita, kemistejä, bio- ja yhteiskuntatieteilijöitä kaikkialta maailmasta. Kulmala itse työskentelee Helsingin yliopiston fysiikan professorina. PEEXiä vievät Suomessa eteenpäin myös Ilmatieteen laitos ja International Eurasian Academy of Sciences.

Juttu perustuu Helsingin yliopiston tiedotteeseen.