Lapin mittauskampanja tarjoaa uutta näkemystä lumeen

Ensimmäinen tutkakuva CoReH2O:n aallonpituuksilla
14 Huhtikuu 2011

Maaliskuun lopussa Sodankylän alueella järjestettiin mittauskampanja, jossa testattiin lentokoneeseen asennettua tutkaa. Tutkimus liittyy ESAn suunnitteilla olevaan lumipeitettä tutkivaan CoReH2O-satelliittiin.

CoReH2O-satelliitin (Cold Regions Hydrology High-resolution Observatory) tehtävänä on tutkia lumipeitettä ja sen koostumusta. Tutkansa avulla satelliitti pystyisi tekemään tarkkoja mittauksia maailmanlaajuisesti säästä riippumatta. Satelliitin valmisteluun kuuluvan mittauskampanjan tulokset antavat tietoa siitä, miten hyvin tutka toimii ja millä tarkkuudella tietoa on mahdollista saada.

"CoReH2O on ehdotus osaksi Earth Explorer -missioiden ohjelmaa", kertoo Lapin ilmatieteellisen tutkimuskeskuksen johtaja Jouni Pulliainen. "Se pääsi edellisten ehdotusten valintakutsussa loppusuoralle. Tällä hetkellä kolme missiota kilpailee keskenään 300 miljoonan euron rahoituksesta. Muut ovat PREMIER, joka mittaa ilmakehää ja BIOMASS, joka mittaa metsien biomassaa."

SnowSAR lentokoneen kyydissä

Pullinen on yksi CoReH2O:ta valmistelevan MAG-ryhmän (Mission Assessment Group) jäsenistä. Ryhmä toimii tiedeneuvostona, joka tekee päätökset satelliitin ominaisuuksista ja sen mittauskohteista. Jäsenistö koostuu sekä Euroopan maiden että Kanadan edustajista.

"CoReH2O-satelliittiin on suunniteltu X- ja Ku-taajuuskaistojen SAR-tutka, joka mittaa lumipeitettä ja sen vesiarvoa. Tutkimus on merkittävää ilmastotutkimuksen, sääennusteiden sekä hydrologisen mallinnuksen kannalta. Satelliitti liittyy sekä ilmastotutkimukseen että operatiivisten menetelmien kehittämiseen."

SnowSAR ja SnowScat valmistelevat satelliittia

Taking measurements on the ground
Maanpinnan referenssimittauksia

Maaliskuun lopussa Lapissa lennätettiin pienkoneessa ESAn SnowSAR-nimistä mittalaitetta, joka on kehitetty mukailemaan CoReH2O:n tutkaa. Kyseessä oli ensimmäinen kerta, kun kyseistä satelliittimissiota valmisteltiin lentokoneesta käsin. Sitä edelsivät viime marraskuussa Kanadassa maanpinnalta käsin tehdyt mittaukset.

"Mission valmistelun päätutkimusalue on Sodankylän seutu Suomessa, koska meillä on parhaat fasiliteetit kokeellisen tutkimuksen tekemiseen", kertoo Pulliainen. Alue kuuluu Euraasian taigaan eli pohjoiseen havumetsämetsävyöhykkeeseen. Sen pitkä talvi ja paksu lumikerros sopivat hyvin satelliitin tarkoitusta varten.

"Mukaan otettiin kaikenlaisia kohdetyyppejä: avoalueita, metsäalueita, suoalueita, järviä sekä tundramaista aluetta Saariselältä", listaa Pulliainen. "Pyrkimyksenä oli saada samanlaista dataa kuin satelliitista saataisiin."

Snow grain size chart
Lumen raekoon mittausta

"SAR-järjestelmän suunnittelu oli meille uudenlainen haaste", myöntää SnowSARin kehittäneen MetaSensing-yrityksen johtaja Adriano Meta. "Sen täytyy toimia koherentisti polarimetrisessä moodissa sekä X- että Ku-taajuuskaistoilla korkealla radiometrisellä erotuskyvyllä ja tarkkuudella sekä pystyä toimimaan arktisissa olosuhteissa."

Instrumentti kehitettiin ja rakennettiin kuudessa kuukaudessa ja se ehti juuri valmiiksi ennen lumen sulamista keväällä. Sää suosi kampanjaa, koska juuri ennen sitä lunta satoi paksusti ja lämpötilat pysyivät pakkasen puolella.

Mittausten tekoa Orajärven luona

"Tutkainstrumentin referenssilaite SnowScat on mitannut Sodankylässä torniin sijoitettuna jo kahtena talvena ja jatkaa vielä ensi talven", Pulliainen kertoo. Tutkan automatisoituja mittauksia täydennetään säännöllisesti manuaalimittauksilla.

"Tarkasteltavina ovat kaikki prosessit, jotka liittyvät maaperään ja lumipeitteeseen sekä kasvillisuuteen ja vuorovaikutukseen ilmakehän kanssa. Tuotamme integroidun datapaketin, joka sisältää kaiken tiedon siitä, mitä kohteessa tapahtuu mukaan lukien ilmakehän yläpuolella ja maanpinnan alapuolella. Siihen kuuluvat routatiedot, maaperän kosteudet, maaperän lämpötilaprofiilit, lumipeiteprofiilit ja monet muut asiat."

Samantyyppisiä maanpinnalla suoritettuja mittauksia tehtiin hajautetusti myös SnowSAR-lentokampanjaan liittyen Sodankylän ja Saariselän alueilla.

Suomen Lappi on satelliittitutkimuksen erityisalue

Näkymä Lapin tuntureihin Cessna-lentokoneen kyydistä

"Olemme pyrkineet kehittämään Sodankylän ja Pallaksen alueelle satelliittien kalibrointi- ja validointialuetta, jolta pystytään tuottamaan mille tahansa satelliittimissiolle referenssiaineistot jatkuvaluonteisesti", Pulliainen kuvailee. "Siksi toiminta on keskittynyt nimenomaan Suomeen, koska missään muualla ei vastaavia järjestelmiä ole olemassa. Olemme kokeellisen satelliittitutkimuksen ykköspaikka maailmassa."

Aiemmin Sodankylästä on osallistuttu esimerkiksi maaperän kosteutta ja merien suolapitoisuutta mittaavan SMOS-satelliitin referenssimittauksiin, Aqua-satelliitissa olevan Nasan ja Jaxan yhteisen AMSR-E-instrumentin mikroaaltoradiometrimittauksiin sekä Nasan MODIS ja ESAn MERIS -spektrometrien tukemiseen.

Lapin ilmatieteellisestä tutkimuskeskuksesta löytyy myös Fourier-spektrometri, joka mittaa ilmakehän hiilidioksidi- ja metaanikolumneja. Avaruudessa vastaavia laitteita löytyy Japanin GOSAT-satelliitista sekä pian myös Nasan OCO-satelliitista, joka rakennetaan laukaisussa tuhoutuneen tilalle uudelleen.

Seitsemäs Earth Explorer laukaistaan 2016

Lumen ominaisuuksien kirjaamista

"CoReH2O mahdollistaisi kohtuullisen tarkat, noin 100 metrin resoluutioon pääsevä globaalit mittaukset", tiivistää Pulliainen satelliitin hyötyjä. "Vastaavia ei ole ollut aiemmin ollut käytössä lainkaan. Nykyään lumen vesiarvo pystytään selvittämään vain noin 25 kilometrin resoluutiolla. Perustana on, että päästään CoReH2O:n avulla päästään tarkkaan kuvaan mallinnusta varten."

Tieto auttaisi ymmärtämään ilmastonmuutoksen aiheuttamia vaikutuksia lumen ja jään määrään sekä miten ne puolestaan vaikuttavat veden kiertokulkuun sekä useisiin muihin prosesseihin takaisinkytkentänsä kautta.

Mikäli CoReH2O valitaan ESAn seitsemänneksi Earth Explorer -ohjelman satelliitiksi, pääsee se avaruuteen vuoden 2016 paikkeilla.

Copyright 2000 - 2014 © European Space Agency. All rights reserved.