Suomen ympäristökeskuksen tutkija, Jussi Tiira, on väitöstyössään tutkinut lumen syntyprosessien vaikutusta satavan lumen ominaisuuksiin, ja edelleen lumen ominaisuuksien ilmenemistä tutkahavainnoissa. Tulosten avulla voidaan kehittää säätutkahavaintojen tulkintaa ja parantaa lumisateen kuvaamista ilmakehämalleissa. Jussi Tiira väittelee Helsingin yliopistossa perjantaina 5. helmikuuta.
Lumisateen voimakkuutta ei pystytä tarkasti arvioimaan säätutkahavainnoista, sillä lumen ominaisuuksien vaihtelu vaikuttaa havaintoihin.
”Lumisateen määrällinen mittaaminen säätutkalla on epätarkkaa, sillä lumesta on vaikea tietää ennalta millaisia lumikiteet ovat muodoltaan, tiheydeltään ja tekstuuriltaan. Näillä mikrofysikaalisilla ominaisuuksilla puolestaan on suuri merkitys tutkaheijastuvuuteen. Juuri tämä lumisateen mikrofysiikka ja siihen liittyvien ilmiöiden havainnointi tutkalla ovat väitöskirjani keskeisintä aihepiiriä”, kertoo Jussi Tiira.
Jotta tutkalla voitaisiin arvioida lumisateen voimakkuutta, tutkan mikroaaltopulssien siroaminen lumihiutaleista pitäisi tuntea tarkoin. Sirontaominaisuudet vaihtelevat kuitenkin merkittävästi kiteiden muodon, kokojakauman, tiheyden ja pintarakenteen mukaan. Tutkahavainnosta on siksi mahdotonta arvioida lumisateen voimakkuutta tarkasti, jollei tiedetä, millaista lunta sataa.
Uutta tietoa lumihiutaleiden kasvusta
Uutta tietoa saatiin erityisesti lumihiutaleiden huurtumisesta ja niiden kasvamisesta toisiinsa takertumalla sekä näiden prosessien vaikutuksista satavan lumen ominaisuuksiin. Huurtuminen ja yhteen takertuminen vaikuttavat erityisesti lumen tiheyteen: huurtuminen kasvattaa tiheyttä ja voimakkaimmillaan tuottaa lumirakeita, kun taas yhteen takertuneet lumikiteet voivat muodostaa suuria huokoisia hahtuvia.
Satavan lumen tiheyden määrittämiseksi kehitettiin uusi menetelmä, jossa hyödynnetään automaattisen suurnopeusvideomittauksen ja sademittarin yhdistelmää. Menetelmän avulla arvioitiin muun muassa huurtumisen vaikutusta satavaan lumeen. Tulosten mukaan Suomessa satavan lumen massasta, olosuhteista riippuen, 5-40 prosenttia syntyy huurtumisen seurauksena.
Samalla menetelmällä tutkittiin lumen huurtumisen ja yhteen takertumisen ilmenemistä kaukokartoitushavainnoissa sekä lumen tiheyden yhteyttä lumen muihin ominaisuuksiin. Tuloksia voidaan käyttää lumisateen tarkempaan määrälliseen mittaamiseen säätutkalla ja edelleen niiden avulla voidaan parantaa lumisateen kuvaamista ilmakehämalleissa. Ensin on kuitenkin kyettävä tunnistamaan automaattisesti lumiprosessien tunnusomaiset jäljet tutkamittauksista. Tähän voidaan väitöstutkimuksen mukaan hyödyntää koneoppimismenetelmiä.
Tutkimuksen on mahdollistanut kansainvälisestikin vertaillen poikkeuksellisen monipuolinen mittausasetelma Helsingin yliopiston Hyytiälän metsäasemalla, Juupajoella.
Tavanomaisten meteorologisten suureiden, kuten tuulen ja lämpötilan lisäksi asemalla on ollut käytössä sateen ja pilvien mittaamiseen käytettävää mittalaitteistoa, kuten eri taajuusalueiden tutkia ja muita kaukokartoitusinstrumentteja sekä laitteita sadepartikkeleiden ominaisuuksien mittaamiseksi maan pinnan tuntumasta.
Lisätietoa:
Jussi Tiira, FM, tutkija, Suomen ympäristökeskus SYKE.
Puh. +358 295 252 125, etunimi.sukunimi@syke.fi
Jussi Tiiran väitöstilaisuus pidetään Helsingin yliopiston matemaattis-luonnontieteellisessä tiedekunnassa perjantaina 5. helmikuuta 2021 klo 12.15.
Osoite: Helsingin yliopisto, Physicum-rakennus, sali E204, Gustaf Hällströmin katu 2, Helsinki.
Väitöskirja: Snowfall microphysics in surface-based and radar observations
Väitöstä voi seurata täältä (zoom)
Lähetyksen pääsykoodi: 200637
Väitöstilaisuuden tiedot yliopiston tapahtumakalenterissa