Tiedote - Väitöstyö kehitti uusia laskentamenetelmiä mallinnuksen epävarmuuksien käsittelyyn

Envisat-satelliitti, ESA

Erityisesti mallien avulla laskettaviin ennusteisiin liittyviä epävarmuuksia voidaan väitöstyön myötä arvioida tavalla, joka ei aikaisemmilla menetelmillä ole onnistunut. Menetelmiä kehitettäessä tärkeänä periaatteena on ollut niiden käyttökelpoisuus luonnontieteissä esiintyvissä mallinnussovelluksissa. Siksi menetelmiä on kehitetty yhdessä niistä hyötyvien sovellusten kanssa.

Yksi työssä esiintyvistä sovellutuksista on Euroopan avaruusjärjestön Envisat-satelliitin GOMOS-otsonimittalaitteen algoritmien validointi ja GOMOS-algoritmissa käytettävän aerosolimallin valinnan vaikutuksen arvioiminen. Ilmatieteen laitos on ollut mukana kehittämässä GOMOS-instrumenttia.

Muita sovellutuksia ovat Tuusulanjärven talviajan hapenkulutuksen mallintaminen ja hapettimen adaptiivinen säätö sekä Säkylän Pyhäjärven ravinnekuormitusmallien arviointi ja järvien hoitotoimenpiteiden mitoitus.

Marko Laineen väitöstyössä esitetään uusia keinoja tehostaa tilastollisessa mallintamisessa käytettäviä Markovin ketju Monte Carlo (MCMC) -simulointimenetelmiä. MCMC-menetelmiä käytettäessä mallia simuloidaan toistuvasti, jotta löydettäisiin mallin parametrien ja ennusteiden epävarmuutta kuvaavat todennäköisyysjakaumat.

Metropolis-Hastings-algoritmiin perustuvissa adaptiivisissa MCMC-menetelmissä algoritmin tarvitsema ehdotusjakauma mukautuu kohdejakaumaan simuloinnin edetessä. Adaptiiviset MCMC-menetelmät ovat olleet viime aikoina vilkkaan tutkimuksen kohteena, sillä niiden avulla menetelmien käyttöä voidaan oleellisesti helpottaa. Suurin este MCMC-menetelmien laajalle käytölle on ollut helppokäyttöisten ohjelmistojen puute. Marko Laine esittää väitöstyössään kaksi uutta adaptiivista MCMC-menetelmää, jotka on kehitetty toimimaan tehokkaasti erityisesti suuriulotteisissa ja epälineaarisissa ongelmissa, kuten GOMOS-instrumentin otsoni-inversiomalli. Menetelmiä voidaan soveltaa myös mallinvalintaongelmiin, jossa myös mallin matemaattisessa muodossa on epävarmuutta ja samoihin havaintoihin halutaan yhtä aikaa sovittaa useita eri malleja.

Marko Laine on kirjoittanut ylioppilaaksi Nikkarin lukiosta Keravalta vuonna 1983. Hän valmistui Helsingin yliopistosta filosofian maisteriksi vuonna 1990 ja filosofian lisensiaatiksi vuona 1999.

Laineen väitöstilaisuus on Lappeenrannan teknillisellä yliopistolla, Skinnarilankatu 34, perjantaina 14.3. klo 12. Väitöskirjan nimi on "Adaptive MCMC methods with applications in environmental and geophysical models" (Adaptiivisia MCMC-menetelmiä sovellettuna ympäristötieteellisiin ja geofysikaalisiin malleihin).

Lisätietoja: Tutkija Marko Laine, Ilmatieteen laitos, puh. 040 526 9400, marko.laine@fmi.fi