Uusi menetelmä maaperän routatilanteen seuraamiseen tutkasatelliitin avulla
Tutkimuksessa on kehitetty tutkasatelliittiin perustuva menetelmä, jonka avulla maaperän routatilannetta voidaan seurata pohjoisella havumetsävyöhykkeellä lähes päivittäin. Menetelmällä routatilannetta voi tarkastella kilometrin tarkkuudella Suomesta ja mahdollisesti muilta pohjoisilta alueilta. Siitä on hyötyä esimerkiksi raskaan kaluston, kuten metsäkoneiden, käyttäjille, jotka kaipaavat ajankohtaista tietoa maaston kantavuudesta. Maaperän routaisuus vaikuttaa kantavuuteen olennaisesti.
Metsähakkuut pyritään suorittamaan routa-aikana. Ajankohtainen ja jatkuva tieto maan routatilanteesta voi auttaa metsätöiden suunnittelussa. Kuva: Tuija Pauhu, Itä-Savo
Tutkimuksessa haasteena oli puiden latvuston vaikutus tutkasignaaliin. Suurin osa maan pinnalle kohdistuvasta tutkasignaalista nimittäin siroaa puiden latvustosta, ja vain pieni osa siitä läpäisee latvuston maan pinnalle asti ja sieltä takaisin tutkaan. Menetelmässä mallinnettiin maan pinnalta ja latvustosta peräisin olevat tutkan takaisinsirontakomponentit, ja näitä käyttämällä maan pinnan routatilanne pystyttiin onnistuneesti arvioimaan.
Maaperän jäätymisen myötä sen dielektrisyysvakio pienenee, mikä vähentää maan pinnalta tutkaan takaisin siroavan signaalin vahvuutta. Lumen raekoon suureneminen sekä kovat pakkaset kuitenkin kasvattavat maan pinnalta tulevaa takaisinsirontaa, mikä voi aiheuttaa virhettä maaperän routatilanteen arvioinnissa. Näissä tapauksissa latvustosta tuleva takaisinsironta auttoi maan routatilanteen selvittämisessä, koska sekä lämpötilan väheneminen pakkaslukemissa että lumen raekoon suureneminen kasvattivat latvuston takaisinsirontaa.
Kaukokartoitusaineiston lisäksi tutkimuksessa käytettiin Sodankylässä sijaitsevan Arktisen avaruuskeskuksen lähistöllä olevia maaperän lämpötila- ja kosteusmittauksia, sekä ilman lämpötilamittauksia.
Tutkimuksessa havaittiin, että parhaiten routatilannetta pystytään arvioimaan maaperässä, jossa on suuri vesipitoisuus. Tällöin ero jäätyneen ja sulaneen maan pinnalta tulevan takaisinsironnan välillä kasvaa.
Tutkimuksen tekivät Ilmatieteen laitoksen avaruus- ja kaukokartoituskeskuksen (FMI-SPACE) tutkijat.
Lisätietoja:
Tutkija Juval Cohen, Ilmatieteen laitos, p. 050 376 4128, juval.cohen@fmi.fi
J. Cohen, K. Rautiainen, J. Ikonen, J. Lemmetyinen, T. Smolander, J. Vehviläinen, J. Pulliainen. "A Modeling-Based Approach for Soil Frost Detection in the Northern Boreal Forest Region With C-Band SAR," in IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. doi: 10.1109/TGRS.2018.2864635