Maan pinnalta tehtävillä kaukokartoitusmittauksilla voidaan selvittää metaanipitoisuuksien vaihteluita ilmakehän eri korkeuksilla

Alailmakehässä metaanipitoisuus on ollut kasvussa koko mittausjakson ajan 2009–2018, kun taas stratosfäärissä tilastollisesti merkittäviä pitkäaikaismuutoksia ei havaittu. Tuloksia voidaan hyödyntää metaanin lähteiden ja nielujen tutkimuksessa.

Sodankylän Arktisessa avaruuskeskuksessa mitataan ilmakehän kasvihuonekaasuja FTS-laitteella. Laite mittaa korkealla tarkkuudella Auringon spektriä lähi-infrapuna-aallonpituuksilla.

Spektrin piirteistä voidaan laskea kasvihuonekaasujen, kuten hiilidioksidin ja metaanin pitoisuuksia. Perinteisesti kaukokartoitusmenetelmillä on mitattu metaanin kokonaispitoisuutta. Ilmatieteen laitoksella on kehitetty algoritmia*, jolla saadaan laskettua myös metaanipitoisuuksien vaihteluita eri korkeuksilla noin 30 kilometriin saakka.

Remote Sensing -lehdessä julkaistussa tutkimuksessa Sodankylän FTS-laitteen kymmenen vuoden aikasarjaa vuosilta 2009–2018 analysoitiin uudella algoritmilla ja metaanin kasvunopeus laskettiin eri korkeuksille.

Tutkimuksessa selvisi, että alailmakehän metaanipitoisuus on ollut kasvussa koko aikasarjan ajan, mutta kasvu hidastui vuosina 2017 ja 2018. Stratosfäärissä suuri vuodenaikaisvaihtelu ja vuosittaiset kulkeutumisen muutokset vallitsevat, ja aikasarjan aikana ei havaittu merkittäviä pitkäaikaismuutoksia, vaikkakin vuonna 2018 stratosfäärin metaanipitoisuudet olivat aikasarjan korkeimmat.

Ilmakehän metaanipitoisuudet 0-600 metrin korkeudella.

Alailmakehän pitoisuuksiin vaikuttavat paikalliset metaanilähteiden ja -nielujen muutokset

FTS-laitteen mittaukset tarvitsevat auringonvaloa, ja mittauksia saadaankin jatkuvasti lukuun ottamatta pimeintä talviaikaa Sodankylässä. Jatkuvien profiilimittausten etuna on, että stratosfäärin (noin 10–50 km) ja troposfäärin (alle 10 km) pitoisuusvaihtelut saadaan eroteltua. “Alemman ilmakehän vaihtelut selittyvät enemmän paikallisilla ja alueellisilla metaanilähteiden ja -nielujen muutoksilla”, tutkija Tomi Karppinen selventää. “Korkeammalla ilma taas kulkeutuu kohti napa-alueita päiväntasaajan alueelta, jossa ilma nousee hitaasti stratosfääriin. Näin ollen stratosfäärin pitoisuudet Sodankylässä eivät ole yhteydessä paikallisiin lähteisiin, vaan heijastelevat enemmän muutoksia yläilmakehän kiertoliikkeessä ja tropiikin metaanilähteissä.”

Metaani on voimakas kasvihuonekaasu, ja muutoksia sen pitoisuuksissa on siksi tärkeää seurata jatkuvasti. Metaania syntyy luonnollisissa lähteissä, kuten soilla ja metsäpaloissa, mutta myös ihmisen toiminnan tuloksena esimerkiksi kaatopaikoilla ja fossiilisten polttoaineiden tuotannossa. Metaania on sitoutuneena myös jäätiköihin ja ikiroutaan.

Metaanipitoisuutta mitataan Arktisessa avaruuskeskuksessa myös muilla tavoin, esimerkiksi luotauspallon mukana lennätettävällä AirCore-laitteella. Pallon avulla laite nousee noin 30 kilometrin korkeuteen ja laskeutuessaan kerää ilmanäytteen koko laskeutumismatkalta pitkään teräsputkeen. Menetelmä on kaukokartoitusmenetelmiä tarkempi, ja luotauksia käytetäänkin kaukokartoitusmenetelmien varmistamiseen ja kehittämiseen. Koska luotaukset ovat kuitenkin työläämpiä toteuttaa ja ne kertovat vain paikallisista kaasupitoisuuksista, kaukokartoitusmittauksia tarvitaan ajallisen ja alueellisen kattavuuden parantamiseksi.

Lisätietoja:

tutkija Tomi Karppinen, Ilmatieteen laitos, puh. 040 1263880

tutkija Otto Lamminpää, Ilmatieteen laitos, puh. 044 5392626

erikoistutkija Rigel Kivi, FTS- ja AirCore-mittausten vastuuhenkilö, Ilmatieteen laitos, puh. 029 539 2728

Alkuperäisen julkaisun tiedot : Karppinen, T.; Lamminpää, O.; Tukiainen, S.; Kivi, R.; Heikkinen, P.; Hatakka, J.; Laine, M.; Chen, H.; Lindqvist, H.; Tamminen, J.; Vertical Distribution of Arctic Methane in 2009–2018 Using Ground-Based Remote Sensing. Remote Sens., 2020, 12, 917. https://doi.org/10.3390/rs12060917

* Tukiainen, S.; Railo, J.; Laine, M.; Hakkarainen, J.; Kivi, R.; Heikkinen, P.; Chen, H.; Tamminen, J.; Retrieval of atmospheric CH4 profiles from Fourier transform infrared data using dimension reduction and MCMC, J. Geophys. Res. Atmos., 2016, 121, 10, 312–10, 327, doi:10.1002/2015JD024657.