Kahden satelliitin mittauksien yhdistäminen parantaa merijään paksuuden arviointia

Merijään paksuuden tunteminen on tärkeää talvimerenkululle sekä ilmastonmuutoksen ymmärtämiselle. Merijään paksuus on määritelty ilmaston kannalta olennaiseksi muuttujaksi, jonka muutos heijastaa ilmaston ja merien tilaa.

Ilmatieteen laitoksen tutkijoiden kehittämä menetelmä yhdistää CryoSat-2- ja Sentinel-1-satelliitien tekemät mittaukset. Menetelmän avulla arktisen jään paksuutta voidaan arvioida entistä tarkemmin niin ajallisesti kuin paikallisesti.

Interpolointi tuottaa arvoja alueille, joista ei ole mittauksia

CryoSat-2-satelliitin kyydissä oleva tutka-altimetri mittaa satelliitin etäisyyttä jään ja meren pintaan. Näistä etäisyyksistä voidaan arvioida jään paksuutta. Yksi altimetrimittaus tuottaa etäisyyden vain yhteen pisteeseen satelliitin alla. Tämän takia altimetri mittaa jään paksuutta vain satelliitin radan alla, ja tietoa ei saada satelliitin ratojen väliin jäävältä alueelta. Sentinel-1-satelliitiin SAR-tutkan kuvat puolestaan kattavat kymmenientuhansien neliökilometrien alueita.

Uuden menetelmän perusajatus on interpoloida tutka-altimetrin tuottamia tietoa jäänpaksuudesta kattamaan mittauksia laajempi alue. Interpolointi perustuu oletukseen, että alueilla, jotka ovat samankaltaisia SAR-kuvassa, on myös samanlainen jäänpaksuus. Jos altimetri on mitannut paksuuden SAR-kuvassa näkyvällä alueella, voidaan tämä paksuus interpoloida myös muille samankaltaisille alueille, joilta ei ole altimetrimittauksia. Lisäksi vaaditaan, että vertailualueet, joilta on altimetripaksuusmittauksia, ovat ajallisesti ja paikallisesti lähellä olevia alueita, joihin jään paksuus interpoloidaan.

Menetelmän tuloksia vertailtiin venäläisiin jääkarttoihin, muihin satelliittimittauksiin perustuviin jäänpaksuusarvioihin sekä kolmella eri merijäämallilla laskettuihin jään paksuuksiin. Jään paksuudet olivat samansuuntaisia, mutta tuloksia tarkasteltaessa on huomioitava, että kaikkiin menetelmiin sisältyy epävarmuuksia. Esimerkiksi vertailu venäläisistä jääkartoista johdettuun jään paksuuteen osoitti 10–20 cm:n keskimääräistä eroa riippuen vertailukuukaudesta. Vertailussa laskettiin erolle kuukausikeskiarvoja.

Tutkimuksen koealue oli Karan- ja Barentsinmeren alueella. Tutkimuksessa käytettiin päivittäisiä tutkimusalueen kattavia Sentinel-1-satelliitin tuottamia SAR-kuvamosaiikkeja vuosilta 2016 ja 2017.

Tulokset auttavat hyödyntämään uusia kaukokartoitussatelliitteja

Uusi tutkimus on merkittävä askel, kun tutkijat valmistautuvat hyödyntämään seuraavan sukupolven eurooppalaisia kaukokartoitussatelliitteja. Ilmatieteen laitos on mukana useiden tulevien Copernicus-satelliittien suunnittelussa ja toteutuksessa.

Nyt kehitettyä menetelmää voidaan käyttää suoraan vuonna 2027 laukaistavan CRISTAL (Copernicus Polar Ice and Snow Topography Altimeter) -satelliitin jäänpaksuusmittausten interpolointiin. CRISTAL-jäänpaksuuksia voitaisiin tulevaisuudessa käyttää merijääkarttojen teossa tukemassa jo nyt laajasti käytössä olevia SAR-tutkasatelliittien kuvia.

Lisätietoja:

Erikoistutkija Juha Karvonen, Ilmatieteen laitos, puh. 050 364 3888, juha.karvonen@fmi.fi

Ryhmäpäällikkö Marko Mäkynen, Merijää ja kaukokartoitus, Ilmatieteen laitos, marko.makynen@fmi.fi

Julkaisun viite: Karvonen, J., Rinne, E., Sallila, H. J., Uotila, P., & Mäkynen, M. (2022). Kara and Barents sea ice thickness estimation based on CryoSat-2 radar altimeter and Sentinel-1 dual-polarized synthetic aperture radar. Cryosphere, 16(5), 1821-1844. https://doi.org/10.5194/tc-16-1821-2022

Tieteellinen artikkeli on saatavilla Cryosphere-tiedelehdessä.

Tutka-altimetrilla mitattu jäänpaksuus satelliitin radoilla koealueella 21.2.2017 (kuva A) ja koko alueelle interpoloitu jäänpaksuus samalle päivälle (kuva B).