Talvi tulee ja SMOS mittaa routaa

Kun SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) -satelliitti laukaistiin kiertoradalle marraskuussa 2009, saatiin kotiplaneettamme tarkkailuun käyttöön uudenlainen kaukokartoitustekniikka.

SMOS kuvaa maaston 'kirkkauslämpötilaa', eli sen ottamat kuvat kertovat maanpinnan lähettämästä mikroaaltosäteilystä. Sen perusteella voidaan analysoida maaperän kosteutta sekä valtamerten suolapitoisuutta.

Muutokset maaperän kosteudessa ja valtamerten suolapitoisuudessa johtuvat veden jatkuvasta liikkumisesta valtamerten, ilmakehän ja maan välillä - kyseessä on maapallon veden kiertokulku.

SMOSin tuottaa tärkeää tietoa veden kiertokulusta sekä maapallon sää- ja ilmastojärjestelmästä, mutta Ilmatieteen laitoksella Suomessa on kehitetty uusi menetelmä myös roudassa olevan maanpinnan havaitsemiseksi ja kartoittamiseksi.

Satelliitti ei pysty pelkästään kartoittamaan roudan laajuuttaa, vaan myös mittaamaan jäätyneen maakerroksen paksuuden.

Ylimpänä esitetty animaatio vertaa routatilannetta Suomessa 26. marraskuuta 2010 sekä 26. marraskuuta 2011 välillä. Viime vuonna laajat alueet Lapista olivat marraskuun lopulla jäätyneet jo yli 30 senttimetrin syvyyteen. Tänä vuonna talvi on ollut huomattavasti leudompi ja vain pieni alue oli jäätynyt 26. marraskuuta mennessä.

Kartat osoittavat, miten talven etenemistä pystytään nyt seuraamaan tieteellisen tarkasti.

Vasemmanpuoleinen kuva osoittaa roudan laajuuden ja syvyyden 26. marraskuuta ja alempi kuva kertoo, miten laajalle routa on levinnyt vain neljä päivää myöhemmin.

Jäätyessään vuosittain maaperä varastoi suuria määriä hiiltä ja metaania, jotka vapautuvat takaisin ilmakehään sen sulaessa keväällä.

Maailmanlaajuisesti kohoavat lämpötilat sulattavat korkeilla leveysasteilla vallitsevaa ikiroutaa ja vapauttavat valtavia määriä hiiltä ja metaania, jotka yleisen näkemyksen mukaisesti kiihdyttää kasvihuoneilmiötä.

"Maaperän tila on aina ollut erityisen kiinnostava tutkimuskohde pohjoisilla leveysasteilla", kertoo Kimmo Rautiainen Ilmatieteen laitokselta.

"Roudan levinnäisyyden ja syvyyden havaitseminen avaruudesta on ollut kuitenkin ratkaisematon tieteellinen ongelma. Olemme kuitenkin nyt hyvin varmoja siitä, että voimme ymmärtää paremmin kylmien alueiden prosesseita SMOSin tekemien mittausten avulla."

Uuden menetelmän avulla jäätyneen kerroksen paksuus voidaan määrittää SMOSin havaintojen perusteella.

Jäätyessään maaperän kirkkauslämpötila kasvaa aina siihen asti, että 50 päällimmäistä senttimetriä siitä ovat jäässä. Talven aikana lukemat pysyvät tasaisina huolimatta edes päällä olevasta paksusta lumikerroksesta. Keväällä sulaminen havaitaan kirkkauslämpötilan laskemisena.

SMOSin tekemiä havaintoja on varmennettu maapäällisillä mittauksilla, jotka on tehty Ilmatieteen laitoksen Arktisessa tutkimuskeskuksessa Sodankylässä.

ESAn kaukokartoituksen puiteohjelman kautta tulevan rahoituksen avulla roudan mittausmenetelmiä voidaan kehittää edelleen. Tavoitteena on satelliitilla saadun routatiedon rutiininomainen tuottaminen ja levittäminen käytettäväksi laskennallisissa sääennusteissa sekä hydrologian sovelluskohteissa.

Suomi on osallistunut SMOSiin monin tavoin

Aalto-yliopistossa kehitelty radiometri on toiminut keskeisenä koelaitteena SMOS-satelliitin havaintolaitteen kehitykselle. Vuonna 2006 valmistunutta, tutkimuslentokoneeseen asennettua HUT-2D-radiometriä on käytetty myös useissa mittauskampanjoissa SMOSin havaintojen varmentamiseksi.

Ilmatieteen laitos kehittää Sodankylän ja Pallaksen alueelle erityistä satelliittien kalibrointi- ja validointialuetta, jolla avaruudesta tehtyjä mittauksia voidaan verrata maanpinnalla mitattuihin referensseihin. Siellä tehty kalibrointi parantaa satelliittikartoitusten tarkkuutta koko pohjoisella havumetsävyöhykkeestä.

Suomalaista tekniikkaa lentää SMOSin mukana myös avaruudessa, sillä satelliitin kuvantava mikroaaltoradiometri sisältää suomalaisen Modulightin valmistamat tiedonsiirtolaserit.