Ilmakehän satelliittimittaukset: Inversiosta assimilaatioon (MaDaMe)

Erkki Kyrölä
Ilmatieteen laitos

Otsonin väheneminen yläilmakehässä ja kasvihuoneilmiö ovat globaaleja, maapallon kaikkia osia koskettavia ympäristöongelmia. Näitä ongelmia ei voi jättää huomiotta, sillä ne aiheuttavat merkittäviä haitallisia vaikutuksia biosfäärissä ja heikentävät ihmiskunnan toimintaedellytyksiä. Ongelmien rajoittamiseksi on solmittu kansainvälisiä sopimuksia ja paljon huomiota on kohdistettu ilmakehän muutosten tutkimiseen ja seurantaan. Erityisesti satelliittimittausten kehittäminen on voimakkaan kansainvälisen mielenkiinnon kohteena, sillä satelliitit tuottavat globaalia tietoa ilmakehästä. Myös suomalaiset tutkijat ovat merkittävällä panoksella mukana näissä hankkeissa. Esimerkiksi Ilmatieteen laitos osallistuu ESA:n  Envisat-satelliittihankkeeseen, erityisesti otsonia mittaavan GOMOS-mittalaitteen kehittämiseen ja käyttöön sekä NASA:n EOS-satelliittihankkeen OMI-otsonimittalaitteeseen.

Satelliittimittausten tuottama tieto ilmakehästä on epäsuoraa, sitä kutsutaankin usein ilmakehän kaukokartoitukseksi. Tämä epäsuora tieto täytyy ensin muuntaa tiedoksi, joka kertoo suoraan ilmakehän ominaisuuksista, kuten lämpötilasta tai otsonijakautumasta. Tässä yhteydessä puhutaan käänteisongelman ratkaisemisesta tai inversioteoriasta. Inversion suorittaminen mahdollisimman luotettavasti on keskeisen tärkeätä, sillä otsonikadon ja kasvihuoneilmiön aiheuttamat muutokset tapahtuvat kuitenkin verrattain hitaasti ja sisältävät myös sekoittavia häiriötekijöitä.

Satelliittimittausten ominaispiirteenä ei ole vain epäsuoruus ja kattavuus, mutta myös mittaustiedon suuri määrä. Tämän vuoksi edellämainittujen satelliittihankkeiden tuottaman mittaustiedon tehokas käsittely on välttämätöntä ja tähän on kohdistettu enenävässä määrin huomiota. Uusin kehitysvaihe tässä työssä on mittaustiedon välitön jatkokäsittely, jossa invertoitu mittaustieto syötetään suoraan ilmakehän kemiaa ja liikettä simuloivaan malliin. Tätä kutsutaan assimilaatioksi. Koska mallit ovat globaaleja ja sisältävät ilmakehän kemian, saadaan assimilaatiotekniikalla paljon rikkaampi kuva ilmakehästä kuin pelkillä satelliittimittauksilla. Ilmakehämuutosten syitä ja seurauksia voidaan löytää ja analysoida. Näyttää ilmeiseltä, että satelliittimittaukset, tehokkaat inversiomenetelmät ja assimilointi malleihin ovat ne työkalut, jotka tekevät mahdolliseksi maapallon ilmakehän muutosten tehokkaan seuraamisen. Ne todennäköisesti estävät meitä kohtaamasta uudelleen vastaavaa shokkia, jonka aiheutti 1985 Etelänapamantereen yläpuolella otsoniaukko.havaittu voimakas