Biometeorologi ennustaa kirvoja ja kasvitauteja

"Piip, piip! Tuomikirvat kulkeutuvat paikkakunnallesi kuuden tunnin kuluttua." Maanviljelijä saa varoituksen kännykkäänsä ja ryhtyy torjuntatoimiin oikeassa paikassa, oikeaan aikaan. Herkkä viljelys saa suojan kirvoilta, jotka imevät kasvinesteitä ja levittävät kasvitauteja.

Tällaisen sovelluksen voisi rakentaa mallista, jota Ilmatieteen laitoksen tutkija Pilvi Siljamo työstää akatemiahankkeessa. Malli ei ennusta Suomeen ja Eurooppaan tulevaa säätä vaan tuhohyönteisiä sekä kasvien taudinaiheuttajia. Ne aiheuttavat suurta aineellista ja taloudellista tuhoa maataloudelle ja metsätaloudelle.

Projektin liikkuvuusjakso oli Sumujen saarella, Englannissa Worchesterin yliopistolla. Kotikaupunki Malvernin kukkulajonon korkein huippu on 425 metriä. Kuva: Pilvi Siljamo

Ilmastonmuutos korostaa tuholaisennusteiden tarvetta

Ilmastonmuutos korostaa tarvetta tietää, milloin ja mihin hyönteiset ja kasvipatogeenit kulkeutuvat. Siljamon syynissä ovat tuomikirvan lisäksi kasvituhoja ja allergiaoireita aiheuttavat Alternaria-homeitiöt. Kevyemmässä tarkastelussa on alkuaan aasialainen harlekiinileppäkerttu, joka torjuu kirvojen ohella turhan innokkaasti kotoperäisiä leppäkerttuja.

 "Varsinkin alkukesästä etelästä tulevat ja yleensäkin kaukaa kulkeutuvat vihulaiset voivat yllättää maa- ja metsätalouden. Hyvät ennusteet tekisivät lopun turhista myrkytyksistä ja tehostaisivat tarkkailua herkillä viljelyksillä."

Siljamoa motivoi myös akateeminen kiinnostus, jota leimaa fysiikan kautta yliopistomaailmaan tulleen näkökulma: voiko elävän luonnon liikehdintää ­– sellaistakin, jolla on pikkuruiset aivot – matkia matemaattis-fysikaalisella mallilla?

Harlekiinileppäkertut tulivat malliin mukaan englantilaistutkijoiden
kannustuksesta. Kuvassa Siljamo ja Kate Ashbrook. Kuva: Mark Cook

Työkalut: ilmakehän leviämismalli, sääennuste ja tiedot hyönteisistä

Hyönteiset ja itiöt eivät hyppää ilmamassan kyytiin mistä ja milloin tahansa, vaan omalta levinneisyysalueeltaan ja tietyissä olosuhteissa.

"Tarvitaan kartta lähdealueista. Tuomikirvan tapauksessa se on koivujen levinneisyyskartta, jolla toistaiseksi kuvataan tuomiesiintymiä. Kirvojen kehittymisen ja lentoonlähdön ajankohta arvioidaan alueelle ennustetusta lämpösumman kertymästä."

Nämä tiedot annetaan "päästölähteenä" ja "päästöajankohtana" Ilmatieteen laitoksen SILAM-leviämismalliin, jolla kuvataan niin pienhiukkasten, metsäpalosavujen kuin radioaktiivisten aineiden leviämistä. Se arvioi ilmamassojen liikkeen samasta säädatasta, josta meteorologit laativat sääennusteen. Tässä projektissa tärkeitä ovat tuulet, sateet ja ilmankosteus, koska ne vaikuttavat itiöiden ja hyönteisten ilmassa oloon. Kun malli arvioi, että kirvat ovat lentoonlähtövalmiita ja sääkin on suosiollinen, se ennustaa kirvojen kulkeutumisen ja poistumisen ilmakehästä.

Kuva: Näin kirvojen kulkua simuloidaan: Säämallista saadaan säätiedot sekä lämpösumman laskentaan että kirvojen lentoon. Tuomikirvojen isäntä on tuomi, mutta se korvataan koivukartalla. SILAMissa lasketaan kirvojen lentoonlähtö, kulkeutuminen ja poistuma ilmakehästä. Tuloksena saadaan kirvojen hetkellinen sijainti ilmakehässä vaikkapa tunnin välein. Näistä kartoista voidaan muodostaa tuomikirvavaroitus. 

"Mallin tuloksia verrataan havaintoihin. Niitä saadaan siitepölykeräimistä, hyönteispyydyksistä ja säätutkasta, jossa hyönteiskaiut näyttävät hyönteisten kulkusuunnan ja pystyjakauman. Myös eri järjestelmiin kirjatut viljelijöiden ja asiasta kiinnostuneiden havainnot ovat käyttökelpoisia."

Mallittajan arki on koneen äärellä

Siljamon arkityö näyttää ulospäin kuulemma tylsältä. "Koska istun työhuoneessa ja tuijotan ruutua!" Toisaalta ruutujen tarkkailu tuli tutuksi jo ensimmäisessä kesätyöpaikassa lentosään ennustajana Helsinki-Vantaan lentokentällä. Sattuma vei sieltä gradun kautta sää- ja leviämismallien maailmaan.

Mallittajan homma on mallin kehittämistä, testaamista ja datan pyörittämistä. Kerää, pyydä ja löydä dataa eri lähteistä, muuta se sopivaan muotoon. Ohjelmoi, kirjoita mallikoodia ja skriptejä. Yritä yhä uudelleen...

"Vaikka kuuhun on jännä päästä, kuumatka ei välttämättä ole erityisen hauska", Siljamo vertaa. Tarvitaan kärsivällisyyttä, ennen kuin ollaan innostavassa vaiheessa. Tavoitteena on luotettaviin ennusteisiin riittävä malli, mutta periaatteessa sarka on loputon: elämänkulun kun voisi aina mallintaa realistisemmin, ja aina löytyy uusia lajeja lisättäväksi.

Akatemiahankkeessa tehdään "ekana maailmassa"

Tässä akatemiahankkeessa työstettävä tuhohyönteisvaroitusjärjestelmä on tiettävästi ainutlaatuinen. Se perustuu tilastomenetelmien sijasta ilmakehämalliin eli ilmakehässä kulkeutumiseen. Lisäksi sen on tarkoitus olla päivittäisessä operatiivisessa käytössä ja kattaa koko mantereen. Siljamon mukaan myöskään homeitiöiden syntyä ja kulkua ei ole ennen mallitettu ilmakehämalleilla.

"Maailman ekoista" onkin kokemusta: Siljamo oli ensimmäisten ohella yhdistämässä biologiaa SILAM-malliin, kun haluttiin kaukokulkeutuneen siitepölyn ennuste, mutta sen saamiseksi piti luoda ensimmäinen Euroopan laajuinen siitepölyennuste. Siihen puolestaan perustuu nykyinen Norkko-varoitusjärjestelmä (https://app.norkko.fi/). Tapahtumaketju on hyvä muistutus siitä, kuinka tutkijoiden työn jatkosovellukset voivat ensinnäkin olla erittäin merkittäviä ja toiseksi kehittyä tuotteiksi vasta melko kauan tutkimuksen aloittamisen jälkeen.

"Ensimmäisenä ei kannata ajatella, että tämä ei ole mahdollista, vaan voisiko se olla mahdollista ja miten siitä tehdään mahdollista", kiteyttää tutkija oman pitkäjänteisen otteen työhönsä.

Pilvi ja osa perheestä ansioituivat tutkimusjakson Englannin-kaudella myös värijuoksukilpailussa. Kuva: Siljamon kotialbumi

Teksti: Nina Mäki-Kihniä