Väitös: Ilmakehän ionosfääri voidaan kuvantaa kolmiulotteisesti lähes reaaliajassa

Ilmatieteen laitoksen tutkija Johannes Norberg kehitti väitöskirjatyössään laskennallisesti tehokkaan menetelmän maan ilmakehän ionosoituneen kerroksen eli ionosfäärin kuvantamiseen. Ionosfääri on ilmakehän ylin osa. Se alkaa noin 60 kilometrin korkeudelta ja yltää aina 1 000 kilometriin asti. Ionosfäärillä on merkittävä vaikutus muun muassa HF-alueen (alle 30 MHZ) radioliikenteessä ja satelliittipaikannuksen häiriöissä. Yleisimmin ionosfäärin rakenteen tutkimiseen käytetyt tutkat ja satelliittimittaukset ovat tarkkoja, mutta tietoa saadaan ainoastaan tutkakeilan suunnassa tai mittalaitteen läheisyydestä. Ionosfäärin rakenteen tutkiminen laajemmalla alueella on siten vaikeaa ja kallista. ”Väitöskirjassa kehitetty menetelmä mahdollistaa ionosfäärin kolmiulotteisen monitoroinnin lähes reaaliajassa”, Ilmatieteen laitoksen tutkija Johannes Norberg kertoo. Norberg kehitti väitöstyössään tietokoneohjelmiston, jolla ionosfäärin elektronitiheyttä voidaan kuvantaa kolmiulotteisesti paikannussatelliittien, kuten GPS, GALILEO ja GLONASS avulla. Menetelmä perustuu matemaattisten käänteisongelmien teoriaan ja muistuttaa lääketieteessä käytettyjä viipalekuvausmenetelmiä. Norberg selvitti tutkimuksessaan etenkin sitä, miten ongelman ratkaisun löytymistä voidaan auttaa tilastollisesti esitetyllä fysikaalisella ennakkotiedolla. Työssä sovellettiin gaussisiin Markovin satunnaiskenttiin perustuvaa uutta korrelaatiopriori-menetelmää. ”Menetelmä vähentää merkittävästi tietokonelaskennassa käytettävän muistin tarvetta, mikä lyhentää laskenta-aikaa ja mahdollistaa korkeamman kuvantamisresoluution”, Johannes Norberg summaa.

Väitöskirja tarkastetaan 19.8. Helsingissä

Johannes Norberg väittelee 19.8.2020 kello 12 Helsingin yliopiston matemaattis-luonnontieteellisessä tiedekunnassa aiheesta "Bayesian approach to ionospheric imaging with Gaussian Markov random field priors". Väitöstilaisuus järjestetään Porthaniassa (Auditorio PII), osoitteessa Yliopistonkatu 3, Helsinki. Vastaväittäjänä on professori Matthew Angling (Spire Global Ltd UK), ja kustoksena toimii professori Samuli Siltanen. Väitöstilaisuutta voi seurata verkossa osoitteessa https://helsinki.zoom.us/j/61940114304?pwd=dndmeGM1LzZjM0FkTWw3c1Fmd2Jwdz09. Salasana on 964423.

Lisätietoja:

tutkija Johannes Norberg, Ilmatieteen laitos, p. 029 539 6583, johannes.norberg@fmi.fi Väitöstyö on saatavilla Helda-palvelussa.