Väitös: Lumen sulamiskautta edeltävä pinnan kirkkaus on muuttunut pohjoisella havumetsävyöhykkeellä

Ilmatieteen laitoksen tutkija Kati Anttilan väitöstutkimuksessa selvisi, että sulamiskautta edeltävä pinnan kirkkaus on muuttunut huomattavasti boreaalisen metsävyöhykkeen alueella vuosina 1982–2015. Kirkkaus on vähentynyt esimerkiksi Keski-Siperian ylängöllä ja Skandinaviassa, kun taas Etelä-Venäjällä sekä Mongolian ja Kiinan pohjoisosissa maan pinta on kirkastunut. Pohjois-Amerikassa havaittiin pienemmillä alueilla muutoksia molempiin suuntiin. Tundralla sulamista edeltävä pinnan kirkkaus ei ollut muuttunut.

Lumen sulamiskausi oli aikaistunut Keski-Siperian ylängöllä ja pidentynyt Kiinan, Mongolian ja Venäjän rajaa ympäröivällä alueella sekä Kanadan Kalliovuorten pohjoisosissa.

"Pinnan kirkkauden muutokset olivat sidoksissa kasvillisuuden muutoksiin alueella, kun taas sulamiskauden ajankohdan muutoksiin vaikuttivat enemmän ilmastolliset tekijät, kuten ilman lämpötila, tuulen nopeus ja sadanta", tutkija Kati Anttila kertoo.

Lumi heijastaa suurimman osan auringosta tulevasta säteilystä takaisin ilmakehään ja avaruuteen. Tieto heijastavuuden eli albedon muutoksista on keskeistä, sillä pohjoisen pallonpuoliskon laaja kausittainen lumipeite vaikuttaa merkittävästi maapallon energiataseeseen ja siten ilmastoon. Lumen albedon ja sulamiskauden muutosten havainnointi auttaa kehittämään ilmastomalleja ja ymmärtämään jo tapahtuneita muutoksia.

Satelliittien mittaukset voidaan todentaa laserkeilauksella

Lumipeitteen ominaisuuksien mittaamisessa hyödynnetään satelliittien avulla saatuja tietoja laajoista alueista. Maan pinnalla tehtävillä havainnoilla selvitetään, kuinka laadukkaita satelliittien avulla saadut tiedot ovat. Kati Anttila tutki väitöstyössään, miten hyvin moottorikelkan kyydistä tehty laserkeilaus soveltuu lumen pinnan karkeuden ja lumipinnan ominaisuuksien mittaamiseen. Näitä tuloksia voidaan hyödyntää tulevaisuudessa, kun kehitetään laserkeilaamiseen perustuvia mittaustapoja satelliittiaineistojen arvioinnissa käytettävien aineistojen keräämiseen.

"Laserkeilausaineistot kattavat laajempia alueita kuin perinteisin menetelmin, kuten lumikuoppamittauksilla, tuotetut havainnot, ja ovat siten lupaavia satelliittiaineistojen arviointiin", Kati Anttila kertoo.

Tulosten mukaan kuivasta lumesta lasersäde heijastuu takaisin aivan lumen pinnasta, kun taas märässä lumessa se heijastuu noin yhden senttimetrin syvyydestä. Takaisin heijastuneen lasersäteen kirkkaus riippuu säteen tulokulmasta samalla tavalla erilaisilla lumipinnoilla. Siten tulokulman vaikutus laserhavainnon kirkkauteen voidaan korjata samalla tavalla kaikilla mitatuilla lumipinnoilla.

Monimittakaavamuuttujat osaavat kuvata lumen pinnan karkeutta

Lumen pinnan karkeus vaikuttaa sen kirkkauteen. Karkeutta on eri mittakaavoissa yksittäisistä kiteistä kymmenien metrien lumidyyneihin eli sastrugeihin. Jotta pinnan karkeutta voidaan kuvata, on käytettävä muuttujia, jotka mittaavat eri mittakaavoja yhtä aikaa. Anttila tutki väitöstyössään tällaisten monimittakaavamuuttujien käyttöä kausittaisen lumipeitteen pinnankarkeuden kuvaamisessa.

"Tutkimus osoitti, että muuttujat erottavat toisistaan sulavan kevätlumen ja keskitalven pakkaslumen, havaitsevat lumisateen nuorentavan vaikutuksen lumipinnalle sekä sitä seuraavan lumen ikääntymisen", Kati Anttila kertoo.

Lisätietoja:

tutkija Kati Anttila, Ilmatieteen laitos, p. 050 441 2298, kati.anttila@fmi.fi

Väitöskirja on saatavilla Helda-palvelussa.

FM Kati Anttila väittelee 26.4.2019 kello 12 Helsingin yliopiston matemaattis-luonnontieteellisessä tiedekunnassa aiheesta "Seasonal snow surface roughness and albedo". Väitöstilaisuus järjestetään osoitteessa Physicum E204, Gustaf Hällströmin katu 2, Helsinki. Vastaväittäjänä on professori Richard Essery, University of Edinburgh, ja kustoksena on professori Petteri Uotila.