SMOS | Tiedetuubi

Sodankylään ESAn satelliittien kalibrointi- ja validointikeskus Jari Mäkinen Pe, 07/02/2025 - 18:59

Satelliittiantenni ja mittalaitteita Sodankylän Tähtelässä

Euroopan avaruusjärjestö ESA perustaa yhdessä Ilmatieteen laitoksen kanssa Arktisen satelliittien kalibrointi- ja validointikeskuksen Sodankylään. Tällaista toimintaa on tehty Sodankylässä jo pitkään, mutta nyt toiminta saa virallisemman luonteen.

Jotta Maata havaitsevien satelliittien tuottamat kuvat ja keräämä tieto ovat luotettavia, täytyy satelliittimittauksia varmentaa Maan päällä tehtävillä mittauksilla. Esimerkiksi jos avaruudesta mitataan kosteutta tai hiilidioksidipitoisuutta, täytyy mittauksia näistä tehdä säännöllisesti myös alueella, jota satelliitti on tutkinut.

Satelliittimittaukset kalibroidaan sitten paikan päällä tehtyjen mittausten kanssa.

Ilmatieteen laitos on tehnyt tällaisia mittauksia jo pitkään, ja näiden mittausten keskuspaikkana on yleensä toiminut Sodankylässä Tähtelän observatorioalueella sijaitseva Arktinen avaruuskeskus. Suomalaiset ovat osallistuneet myös mittauskampanjoihin muuallakin.

Tähtelässä sijaitsevat sekä Ilmatieteen laitos että Oulun yliopistoon kuuluva Sodankylän geofysikaalinen observatorio. Yhdessä nämä muodostavat varsin ainutlaatuisen tutkimuskeskittymän Lapissa.

SMOS-satelliitin maamittalaite

Sodankylässä Ilmatieteen laitoksen pihalla on mm. kosteutta mittaavan SMOS-satelliitin maatutkimuslaitteita. Tätä lokakuussa 2024 kuvattua tötteröä on käytetty jo 15 vuoden ajan. Kuva: Jari Mäkinen

Superkeskus Suomeen

Euroopan avaruusjärjestön Maan havainnointiohjelman ohjelmajohtokunta kokousti viime viikolla Saariselällä. Johtokuntaa johtaa tällä hetkellä Maanmittauslaitoksen apulaispääjohtaja Jarkko Koskinen.

Kokouksessa julkistettiin päätös perustaa Euroopan avaruusjärjestön ja Ilmatieteen laitoksen yhteistyönä Arktinen satelliittien kalibrointi- ja validointikeskus (Arctic-Boreal Earth Science, calibration and validation supersite).

”Keskus nostaa Suomen avaruustoiminnan vaikuttavuutta kansainvälisesti huomattavalla tavalla ja luo kasvun edellytyksiä suomalaiselle avaruustoiminnalle ja -teollisuudelle sekä parantaa tieteellisen tiedon tasoa", sanoo Ilmatieteen laitoksen pääjohtaja Petteri Taalas Ilmatieteen laitoksen tiedotteessa.

"Uudet satelliittimenetelmät yhdessä maanpintahavaintojen kanssa tarjoavat nykyistä merkittävästi tarkempaa tietoa hiilidioksidin ja metaanin lähteistä ja nieluista. Ilmatieteen laitos pyrkii olemaan maailman johtavia toimijoita alalla”,

Hiilidioksidin ja metaanin lähteisiin ja nieluihin liittyy suurta epävarmuutta. Satelliittien ja tarkkojen maanpintahavaintojen avulla on mahdollista saada nykyistä huomattavasti parempaa tietoa näistä.

“Keskuksen sijainti korkeilla leveysasteilla, ja sitä ympäröivät boreaaliset metsät edustaen laajempaa ympäri napapiiriä ulottuvaa metsä- ja tundraekosysteemiä, tekevät siitä ihanteellisen paikan Maata kiertävien satelliittiemme keräämän datan käyttökelpoisuuden varmentamisessa", sanoo Simonetta Cheli, ESAn Maan havainnointi -ohjelmien johtaja.

"Uusi kalibrointi- ja validointikeskus parantaa satelliittipohjaisen tiedon laatua ja edistää uusien, arktiseen alueeseen liittyvien palveluiden ja sovellusten kehittämistä. Tämä ei ainoastaan hyödytä ESAa ja lisää ymmärrystämme metsä-tundra-ympäristöstä, vaan tarjoaa myös suomalaiselle teollisuudelle mahdollisuuksia kehittää ja testata uusia ympäristön mittalaitteita ja teknologioita."

Mittauksia tehdään myös mm. torneista ja lentokoneista. Tässä Ilmatieteen laitoksen tornissa on kaksi ESAn Elbara -radiometriä, toinen tornin huipulla ja toinen maanpinnan tasolla. Näillä mitataan sitä, miten pohjoinen havupuumetsä ja pehmeä maa (etenkin lumen sulamisen aikaan) vaikuttavat L-kaistan radiosignaalin voimakkuuteen. Kuva: Ilmatieteen laitos via ESA

ESAn Maan havainnointi -ohjelman mittauskampanjapäällikkö Malcolm Davidsonin mukaan ESA aikoo lisätä kykyään kalibroida ja validoida mikroaaltoalueella toimivia ja satelliittimittalaitteita hyperspektrihavaintoja tekeviä satelliitteja.

"Tämän jo olemassa olevan keskuksen laajentaminen ns. superkeskukseksi vahvistaa sen kykyä osallistua tuleviin lukuisiin mittauskampanjoihin. Sellaisia ovat muun muassa Copernicus Anthropogenic Carbon Dioxide Monitoring, Copernicus Imaging Microwave Radiometer, Copernicus Hyperspectral Imaging Mission, Copernicus Polar Ice and Snow Topography Altimeter, Radar Observing System for Europe at L-band ja Earth Explorer FLEX -kampanjat."

ESA pyrkii lisäämään läsnäoloaan jäsenmaissansa, ja ns. Superkeskukset ovat uusi tapa tähän. Sodankylän keskuksen julkistus osuu hyvin Suomen ESA-jäsenyyden juhlavuoteen; Suomi liittyi ESAn täysjäseneksi 30 vuotta sitten.

ESAlla on jo Suomessa ESA BIC Finland -yrityskiihdyttämö ja vastaperustettu Phi-Lab Finland -innovaatiokeskus, jotka toimivat yhdessä Aalto-yliopiston kanssa.

Mittalaitteita Sodankylässä Arktisessa avaruuskeskuksessa. Kuva: Jari Mäkinen

Pikkusatelliitti vastaan merimonsterit Anonyymi (ei varmistettu) Ma, 12/10/2015 - 19:54

Pikkusatelliitti vastaan merimonsterit

Paras tapa seurata trooppisten myrskyjen kehittymistä ja siten ennakoida niiden liikkeitä on tarkkailla niitä avaruudesta. Monet sää- ja ilmastontutkimussatelliitit tekevätkin niin ja säästävät lähettämillään tiedoilla vuosittain reippaasti hintansa arvosta tuhoja ja vaurioita – sekä lisäksi pelastavat samalla ihmishenkiä, joiden mittaaminen rahassa on mahdotonta.

Yleensä tiedotusvälineissä näytetään huimia kuvia Yhdysvaltain itärannikkoa ja kaakkoisosia lähestyvissä hurrikaaneista tai Aasiassa tuhoa aiheuttavista taifuuneista. Kuitenkin samaan tapaan eri voimakuiset trooppiset matalapaineet myllertävät Tyynellä valtamerellä, missä Havaijia ja muutamia pienempiä saaria lukuun ottamatta ei ole paljoa asutusta.

Mutta siellä on laivoja, joiden matkantekoa ja turvallisuutta myrskyt haittaavat.

Erityisesti tänä vuonna voimakkaan El Niño -ilmiön vuoksi pyörremyrskyjä on ollut runsaasti. El Niñon vuoksi meren pintalämpötila on normaalia korkeampi, minkä vuoksi meren päällä oleva ilma on lämpimämpää ja kosteampaa. Tämä auttaa muodostamaan syviä trooppisia matalapaineita, joista osa kehittyy pyörremyrskyiksi. Amerikan puolella näitä kutsutaan hurrikaaneiksi ja Aasiassa taifuuneiksi.

Oletettavasti El Niñon vuoksi tästä vuodesta on tulossa erityisen aktiivinen hurrikaanivuosi, sillä tilastoissa jo nyt tämä on viidenneksi aktiivisin itäisellä Tyynellä valtamerellä sitten vuoden 1971. Elokuun loppuun mennessä jo kolme voimakasta, vaarallisuusluokkaan 4 kuulunutta hurrikaania on kurittanut Havaijia.

Kolmella satelliitilla pilvien alle

Tavalliset sääsatelliitit eivät näe kunnolla matalapaineiden sisälle ja niiden alla olevaa meren pintaa, joten tällaisia havaintoja voidaan tehdä vain erikoisemmilla satelliiteilla.

Esimerkiksi pinnan tuulen nopeus ja suunta ovat erittäin hyödyllisiä tietoja merisään ennustajille.

Euroopan avaruusjärjestön merien ja maanpinnan kosteutta mittaavassa SMOS-satelliitissa on mikroaaltoradiometri, joka pystyy ottamaan vastaan pilvienkin alta tulevaa tietoa. Alun perin tätä mittalaitetta ei suunniteltu tekemään tuulen nopeusmittauksia, mutta lennon kuluessa laitetta on opittu käyttämään monella uudella tavalla.

Kun SMOS:n havaintoja yhdistetään kahden muun vastaavanlaisen, mutta hieman eri aallonpituudella merenpintaa mittaavan satelliitin, NASAn SMAP:n ja japanilaisen GCOM-W:n keräämien havaintoihin, saadaan voimakkaidenkin hurrikaanien paksujen pilvien alta hyviä mittaustietoja.

Ranskan merentutkimuslaitoksen Ifremerin ja Iso-Britannian säätieteellisen laitoksen tutkijat ovat kehittämässä nyt malleja, jotka voivat käyttää tietoja hyväkseen hurrikaanien liikkeiden ja voimakkuuden ennustamisessa.

Meren pinnan lämpötilamittaukset näyttävät selvästi, että hurrikaanien jäljessä on kylmemmän meriveden alue. Tämä tukee sitä oletusta, että myrskyt “imevät” voimaansa meriveden lämpötilasta ja kosteudesta siten, että samalla meren pinnassa oleva vesi viilenee ja ennen kaikkea se sekoittuu alempana olevaan kylmempään veteen.

Miten meri ja ilmakehä pelaavat keskenään?

Meren ja ilmakehän väliset vuorovaikutukset ovat myös merkittävässä osassa, kun hurrikaaneja sekä säätä merenkävijöille ennustetaan. Yksi tällaisia ennusteita tekevistä paikoista on eurooppalainen Copernicus-järjestelmän merien ympäristöseurantakeskus.

SMOS “Paitsi että eri satelliiteista saatavien erilaisten mittaustietojen yhdistäminen auttaa meitä tekemään paremmin sääennusteita, on näistä paljon hyötyä kun koetamme ymmärtää paremmin voimakkaiden myrskyjen aikaista meren ja ilmakehän välistä vuorovaikutusta”, toteaa Ifremerin tutkija Nicolas Reul.

“Uudenlaiset havaintotekniikat ovat kuitenkin tällä hetkellä toiminnassamme olennaisessa osassa, koska niillä on niin selvää yhteiskunnallista hyötyä”, sanoo ESAssa työskentelevä merentutkija Craig Donlon.

“Nämä nyt saadut tulokset hurrikaanien ennustamisesta korostavat selvästi tarvetta tehdä havaintoja myös niin sanotuilla passiivisilla mikroaaltoinstrumenteilla. Niistä on paljon apua äärimmäisten sääilmiöiden ennustamisessa ja meren sekä ilmakehän välisen vuorovaikutuksen selittämisessä. Olisikin hyvin tärkeää tutkia nyt mahdollisuutta laittaa erilaisia mikroaaltojen alueella toimivia mittalaitteita yhteen ja samaan satelliittiin.”

SMOS (oikealla), SMAP ja GCOM-W toimivat toistaiseksi hyvin, ja koska niille ei ole toistaiseksi vielä tulossa työnjatkajia, sopii toivoa niille pitkää ikää.

Otsikkokuvassa on NASAn Terra-satelliitin ottamista kuvista tehty kuvakooste hurrikaaneista Kilo, Ignacio ja Jimena.