Havainnoista ennusteeksi

Taas tuttu palaute: ennuste on mennyt pieleen ja asiakas ehdottaa, että jos asentaisimme sääaseman juuri hänen kotikaupunkiinsa, niin ennusteet varmasti paranisivat. Ajatus ehdotuksen taustalla on varsin looginen, syötetään ennustemalliin enemmän ja tarkempia havaintoja, jolloin ennustekin varmasti paranee.

 

Omalla säähavaintoasemalla parempia ennusteita? (Kuva H. Dahlström, Flickr)

Mistä ennustemalliin syötettävä havaintoaineisto tarkkaan ottaen koostuu? Aikaisemmin säätä havainnoitiin lähinnä maan pinnalta havaintoasemilla sekä tekemällä radioluotauksia, siis lähettämällä vetypallon varassa ilmakehään luotaimia, jotka mittaavat mm. ilmakehän lämpötilan ja kosteuden pystyjakauman. Nämä perinteiset havaintomenetelmät ovat edelleen käytössä, mutta nykyään 95 % ennustemalliin syötetyistä havainnoista on peräisin sääsatelliiteista. Jokaista ennustemalliajoa varten tarvitaan kymmeniä miljoonia havaintoja, tällaisen tietomassan kerääminen ei onnistu enää perinteisin menetelmin.

Satelliittimittauksilla on yksi verraton etu puolellaan, ne näkevät ilmakehästä valtavan laajan alueen kerrallaan sen sijaan että mittaus tehtäisiin vain yhdestä pisteestä. Lisäksi maapallon asumattomilta napa-alueilta säähavaintoja saadaan erittäin vähän, satelliitti mittaa ilmakehää sielläkin vaivatta. Satelliittiin asennetaan tyypillisesti kymmeniä erilaisia instrumentteja. Mikään näistä ei suoraan mittaa lämpötilaa, tuulta tai kosteutta, eihän siinä olisi järkeäkään, kun satelliitti kulkee avaruudessa. Satelliitin instrumenteilla voidaankin tehdä vain etämittauksia eli ns. kaukokartoitusta.

 

GOES-8 sääsatelliitti (Kuva NOAA Photo Library)

 

Kuinka sitten sääsatelliitti voi ”nähdä” esimerkiksi lämpötilan tai kosteuden ilmakehän tietyltä korkeudelta? Sääsatelliiteissa on kymmeniä instrumentteja, joista tärkeimpiä ovat kamerat. Eivät perinteiset kamerat, joilla toki saadaan aikaiseksi hienoja valokuvia pilvimuodostelmista, vaan hyvin laajalla taajuusalueella toimivat erittäin tarkat radiometrit. Radiometrit mittaavat näkyvän valon ohessa sähkömagneettista säteilyä lämpösäteilystä mikroaaltoihin. Kun nämä aallonpituusalueet valitaan tarkasti siten että niiden säteily on peräisin juuri tietyltä korkeudelta ilmakehästä, voidaan laskennallisesti arvioida ilmakehän lämpötilan ja kosteuden pystyjakaumaa. Mittauksen tarkkuus jää vielä kauas perinteisestä radioluotauksesta, mutta toisaalta mittauksia voidaan tehdä jatkuvasti maapallon joka kolkasta.

Sääsatelliittien instrumentteja suunnitelleilta insinööreiltä ei ole mielikuvitusta puuttunut. Miltä kuulostaa esim. GPS-radio-okkultaatio? Kyse ei ole noituudesta vaan menetelmästä, jossa sääsatelliitti mittaa GPS-satelliiteista saapuvaa radiosignaalia juuri sillä hetkellä kun GPS-satelliitti häviää sääsatelliittin näkyvistä maapallon taakse. Tuolloin GPS-satelliitin lähettämä radiosignaali kulkee hetken aikaa viistosti ilmakehän läpi ja taittuu aivan samalla tavalla kuin valo taittuu nähdessämme kangastuksen kylmän merenpinnan päällä. Radiosäteilyn taittumisen suuruus riippuu ilmakehän lämpötilan ja kosteuden pystyjakaumasta, ja se voidaan mitata. Näin saadaan päivittäin aikaan satoja ”radioluotauksia” ilmakehästä, sillä GPS-satelliitteja pyörii taivaalla kymmenittäin, jotta me maan asukkaat tietäisimme sijaintimme metrien tarkkuudella.

 

GPS-radio-okkultaation periaate (Kuva Wikipedia)

Mutta palataanpa vielä alkuperäiseen kysymykseen: voiko yksittäinen lisätty havainto parantaa ennustetta? Ennustemallin kykyyn ennustaa sillä todennäköisesti ei ole mitattavaa vaikutusta, ja itse asiassa meille huomenna saapuva sääilmiö saattaa vielä tänään olla kaukana Atlantilla, joten pitäisikö se ylimääräinen havaintoasema ollakin keskellä valtamerta? Yksi etu havainnolla kuitenkin saavutetaan. Ennustemallin antama ennuste, esim. juuri sinun kotikaupunkisi lämpötila huomiselle iltapäivälle, käy läpi jälkiprosessoinnin ennen päätymistään piste-ennusteeksi. Voimme esim. tilastollisesti laskea, että heikkotuulisena, aurinkoisena päivänä juuri sinun paikkakunnallesi ennustettuun päivälämpötilaan tulee lisätä 0,5 astetta tähän vuodenaikaan. Tällaisella tilastollisella käsittelyllä voidaan merkittävästi parantaa ennustemallin antamaa ”raakaa” lämpötilaa. Säähavaintoasema omalla takapihalla auttaisi sittenkin!

 

Tämä kirjoitus kuuluu kategoriaan Huomioita säästä. Tagit: , , , . Pysyvä linkki.

Kommentointi poistettu

Forecan blogissa on käytössä kommenttien esimoderointi eli blogin ylläpitäjän on hyväksyttävä kommentti ennen kuin se näkyy blogissa. Kommentteja käydään läpi toimistotyöajan puitteissa.

Blogin keskusteluun voi osallistua asiallisilla, aiheeseen liittyvillä ja toisia kunnioittavilla kommenteilla. Viestejä voidaan jättää julkaisematta ylläpidon harkinnan mukaan, esimerkiksi jos viesti on loukkaava, ei liity blogin aiheeseen, sisältää selkeää tahallista provosointia tai on muutoin asiaton.