Uusi mahdollisuus yhteytyksen mallintamisen parantamiseen kasvillisuusmalleissa
Kehittyneet kaukokartoitusmittaukset tarjoavat tavan mitata klorofyllifluoresenssia suoraan avaruudesta. Klorofyllifluoresenssi tapahtuu kasvien lehdissä samanaikaisesti yhteytyksen kanssa, joten sitä voi käyttää yhteytyksen havainnointiin. Globaalilla tasolla luotettavien arvioiden saaminen yhteytyksestä on ollut vaikeaa, ja nämä uudet mittaukset antavat tähän uuden, arvokkaan datalähteen.
Jotta klorofyllifluoresenssia voidaan käyttää mallien parantamiseen, sille tarvitaan prosessipohjainen mallikuvaus. Tässä työssä sisällytettiin lehtitasolla kehitetty klorofyllifluoresenssimalli globaaliin JSBACH-kasvillisuusmalliin ja tutkittiin, kuinka onnistuneita mallisimulaatioita saadaan yhteytykselle ja klorofyllifluoresenssille. Vertailussa käytettiin lehtitason mittauksia Hyytiälästä, hiilidioksivuomittauksia neljässä havumetsäpaikasta Suomessa sekä GOME2-satelliitista saatuja tuloksia. Lisäksi klorofyllifluoresenssin kykyä verrattiin usein käytettyyn kasvillisuusindeksiin, joka kuvaa kasvillisuuteen imeytynyttä säteilyä ja on siten verrannollisempi vihreään biomassaan kuin yhteytykseen itseensä.
Vertailu vuopaikoilla näytti klorofyllifluorenssin kyvykkyyden yhteytyksen havainnointiin ja mahdollisuuden data-assimilaatiosovelluksiin. Isomman skaalan malliajo tehtiin Fennoskandian alueelle. Malli onnistui simuloimaan havaittua klorofyllifluoresenssisignaalia hyvin (kuva 1). Pohjoisimmalla alueella kaukokartoituksella havaitun signaalin vuodenaikaisuussykli erosi sekä mallituloksista että datapohjaisesta yhteytystä kuvaavasta tuotteesta. Tämä on osoitus haasteista, joita kaukokartoitustuotteilla on pohjoisilla leveysasteilla.
Ilmatieteen laitos suoritti klorofyllimallin implementoinnin globaaliin kasvillisuusmalliin yhteistyössä saksalaisen Max Planck instituutin tutkijoiden kanssa. Myös Ilmatieteen laitoksen hiilidioksidivuomittauksia hyödynnettiin tutkimuksessa. Mukana yhteistyössä oli lisäksi hollantilaisia ja italialaisia tutkijoita. Työn rahoittajana oli mm. Suomen Akatemia.
Kuva 1. Viiden vuoden (07-11) keskiarvoistettu (a) avaruudesta havaittu klorofyllifluoresenssi, (b) mallitettu fluoresenssi, (c) mallitettu yhteytys, (d) yhteytys mittauksista isommalle mittakaavalle laajennetusta datatuotteesta.
Lisätietoja:
Tutkija Tea Thum, tea.thum@fmi.fi
Thum, T., Zaehle, S., Köhler, P., Aalto, T., Aurela, M., Guanter, L., Kolari, P., Laurila, T., Lohila, A., Magnani, F., Van Der Tol, C., and Markkanen, T.: Modelling sun-induced fluorescence and photosynthesis with a land surface model at local and regional scales in northern Europe, Biogeosciences, 14, 1969-1987, doi:10.5194/bg-14-1969-2017, 2017.