Kaukokartoitus 2/3

grafiikka

Työkalu lumen tulkintaan

Satelliittikuvien luotettava koneellinen analysointi on haastavaa mutta tehokasta tiedon tuottamista.

Suomen ympäristökeskuksen erikoistutkija Sari Metsämäki on kehittänyt useassa peräkkäisessä hankkeessa algoritmia, jolla voidaan koneellisesti laskea satelliittikuvista kulloisenkin päivän lumipeitteen pinta-ala pohjoisella pallonpuoliskolla. Tällä hetkellä laskentakaavaa käytetään muun muassa eurooppalaisessa Copernicus Global Land Service -palvelussa, jossa päivittäistä lumipeitettä kuvaavat kartat lasketaan sillä lähes koko pohjoisen pallonpuoliskon alueelle.

Sari Metsämäen algoritmi on paras boreaalisten metsien lumipeitteen arviointityökalu.
sari

Metsämäen algoritmi päätyi kolmen tarkimman joukkoon kansainvälisessä Euroopan Avaruusjärjestön (ESA) projektissa tehdyssä vertailussa, jossa oli mukana NASAn ja muiden isojen toimijoiden tuottamia lumikarttoja. Boreaalisten metsien lumipeitteen arvioinnissa se osoittautui parhaaksi. Sillä on tulkittu menestyksekkäästi eri satelliittien hieman toisistaan poikkeavia kuva-aineistoja, ja parhaillaan sen käyttöä selvitetään eurooppalaisen Sentinel-3-satelliitin SLSTR-radiometrin tuottamien optisen ja infrapuna-alueen kuvien tulkinnassa.

Heijastuksia metsästä

Algoritmin eli säteilynkuljetusyhtälöön perustuvan heijastusmallin vahvuus muihin laskentamenetelmiin verrattuna on, että se ottaa huomioon metsän heijastuksia vaimentavan vaikutuksen sekä maahan saapuvan valon että siitä heijastuvan säteilyn osalta. Samoin malli huomioi metsän oman heijastuksen. 

– Copernicus-palvelussa satelliitin mittaamat heijastukset lasketaan kilometrin suuruisina ruutuina ja arvioidaan, kuinka suuri prosenttiosuus kustakin ruudusta on lumen peitossa, Metsämäki kertoo

– Lumi heijastaa hyvin valoa näkyvällä alueella, ja se erottuu hyvin kaikesta muusta. Infrapuna-aaltojen termistä aluetta tarvitaan sulkemaan pois esimerkiksi kuumien kallioisten alueiden voimakkaat valonheijastukset, jotka saattavat joissain tilanteissa sekoittua lumeen. Lisäksi ne auttavat tunnistamaan pilviä sitä varten kehitetyllä algoritmilla.

Perehtymättömän silmissä kaava näyttää varsin monimutkaiselta. Metsämäki luonnehtii sitä simppeliksi ja robustiksi, mikä tekee siitä toimivan hyvin erilaisissa olosuhteissa.

– Keskeinen innovaatio oli metsän valonläpäisevyyden kartoittaminen mittaamalla heijastuksia riittävällä määrällä alueita, joista tiedettiin varmasti, että ne ovat lumen peittämiä. Vertailemalla tätä dataa globaaliin maankäyttökarttaan määritin eri metsätyypeille tyypillisen valonläpäisevyyden, jota laskennassa käytetään.

Mihin dataa tarvitaan?

SYKE vastaa Global Land Service -palvelun algoritmista ja sen edelleen kehittämisestä uusien instrumenttien tarjoamalle datalle. Varsinaisesta järeästä laskennasta ja siihen liittyvistä ohjelmistoista vastaavat Ilmatieteen laitos ja sen Sodankylän satelliittipalvelukeskus, sekä hankkeen kolmas yhteistyökumppani Enveo Itävallassa.

– Lumikarttoja voi hyödyntää sellaisenaan ihan vaan lumitietona – niin metsätöiden kuin hiihtolomankin suunnittelussa. Vielä enemmän sille löydetään sovelluksia, kun sitä yhdistetään muihin kaukokartoitusdatoihin, jolloin eri datojen käyttökelpoisuus ja laatu vahvistuvat. Samoin tieto lumen peittämästä alasta tarjoaa lisäinformaatiota esimerkiksi tulvariskien ennustamiseen. Tätä SYKEssä on tehty jo vuosia, Metsämäki kertoo.

– Pitkinä aikasarjoina lumidata mahdollistaa ilmastonmuutoksen ja esimerkiksi lumen keskimääräisen sulamispäivän luotettavan seuraamisen ja analysoinnin. Vertaamalla näitä tietoja esimerkiksi ilmastomallien vastaaviin suureisiin voidaan arvioida ja tarvittaessa parantaa näitä malleja. •

Lue seuraavaksi Kaukokartoitus 3/3 tästä.

 teksti: Jussi-Pekka Aukia • kuvat: Jussi-Pekka Aukia, SYKE

 

 

Anna palautetta

Viesti välitetään sähköpostilla sivuston ylläpitäjille. Sitä ei julkaista.

Anna palautetta

Viesti välitetään sähköpostilla sivuston ylläpitäjille. Sitä ei julkaista.