Filosofian maisteri Harri Auvisen sovelletun matematiikan alaan kuuluva väitöskirja Inversion and Assimilation Methods with Applications in Geophysical Remote Sensing (Inversio- ja assimilaatiomenetelmät ilmakehän otsonin kaukokartoituksessa) tarkastetaan tiistaina 22.12.2009 klo 13.00 Lappeenrannan teknillisen yliopiston salissa 1382. Vastaväittäjänä toimii professori Heikki Järvinen Ilmatieteen laitokselta ja valvojana professori Heikki Haario Lappeenrannan teknillisestä yliopistosta.
Väitöskirjan tutkimustyön tuloksena on laadittu laskentamenetelmä, jolla maapallon elämää suojelevan ilmakehän otsonikerosta voidaan mitata käyttämällä epäsuoria satelliittimittauksia. Lisäksi työssä kehitettiin assimilaatiomenetelmiä, jotka mahdollistavat satelliittimittauksien ja ilmakehämallien tarjoaman informaation yhdistämisen. Väitöstyössä kehitettyjä assimilaatio-menetelmiä voidaan soveltaa myös muilla tutkimusaloilla.
Ilmakehän otsonipitoisuus voidaan laskea varsin kattavasti käyttämällä satelliittimittauksia, jotka mittaavat Auringon tai tähtien säteilyn kulkeutumisen ilmakehän eri kerrosten läpi. Mitattavat kaasut, kuten yläilmakehän otsoni, vaikuttavat Auringon spektriin kullekin kaasulle ominaisella tavalla. Matemaattisten inversio-, eli käänteismenetelmien avulla ilmakehän eri korkeuksilta mitatuista spektreistä voidaan analysoida tutkittavien kaasujen pitoisuudet vastaavilta korkeuksilla ilmakehässä. Ilmakehän otsonin määrän paikallisten vaihteluiden ja kokonaisotsonin trendin mittaaminen on tärkeää, sillä otsonikerros suojaa maapallon elämää Auringon haitalliselta UV-säteilyltä.
Tällä hetkellä ilmakehän otsonia mittaavia instrumentteja ovat esimerkiksi Optical Spectrograph and Infrared Imaging System (OSIRIS), joka laukaistiin Odin-satelliitin mukana helmikuussa 2001 ja Global Ozone Monitorin System (GOMOS), joka laukaistiin Euroopan avaruusjärjestön (ESA) Envisat-satelliitin mukana maaliskuussa 2002. Odin on ruotsalainen piensatelliitti, jonka kanadalaisen OSIRIS-instrumentin mittaustiedon käsittelyssä Ilmatieteen laitos on vahvasti osallisena.
OSIRIS-instrumentin mittausmenetelmä on epäsuora, sillä yksittäinen mittaustieto on Auringon valon voimakkuus eri aallonpituuksilla, toisin sanoen Auringon spektri. Suora ongelma on mallintaa instrumentin näkemä spektri, kun ilmakehän koostumus oletetaan tunnetuksi. Inversio-, eli käänteisongelmalla tarkoitetaan tässä yhteydessä ilmakehän koostumuksen ratkaisemista, kun käytettävissä on satelliitti-instrumentin mittaamat spektrit ilmakehän eri korkeuksilta. Tutkimustyön tuloksena on kehitetty inversiomenetelmä, jolla OSIRIS:n mittaustietoa käsitellään operatiivisesti Ilmatieteen laitoksella. Menetelmää voidaan soveltaa myös GOMOS:n päivällä, Auringon valaistessa ilmakehää, suorittamien mittauksien analysointiin.
Vaikka satelliittimittaukset kattavat globaalisti koko ilmakehän, mittaukset toistuvat kuitenkin tietyn paikan yllä verrattain harvoin. Lisäksi ilmakehässä tapahtuu nopeita muutoksia virtauksien ja kemiallisten reaktioiden johdosta. Tämän ongelman motivoimana työssä kehitettiin edelleen assimilaatiomenetelmiä, jotka mahdollistavat satelliittimittauksien ja ilmakehämallien tarjoaman informaation yhdistämisen. Assimilaatiomenetelmien avulla kahdesta tai useammasta eri lähteestä tuleva tieto yhdistetään, jolloin mallien ennustuskyky paranee ratkaisevasti. Kehitettyjä assimilaatiomenetelmiä voidaan soveltaa myös muilla tutkimusaloilla.
Tietoja väittelijästä:
Harri Auvinen
Kotikunta Kuopio
Ylioppilastutkinto 1993, Kallaveden lukio
Filosofian maisteri 2000, Helsingin yliopisto
Tutkija 1998-2002, Profmath Ltd, tutkimustyö tehtiin Ilmatieteen laitoksen toimeksiannosta, geofysiikan tutkimuksen yksikössä
Tutkija 2002-2005, Helsingin yliopisto, matematiikan ja tilastotieteen laitos
Tutkija 2006 ->, Lappeenrannan teknillinen yliopisto, matematiikan ja fysiikan laitos,
Finnish Centre of Excellence in Inverse problems
Lisätietoja: Harri Auvinen, Lappeenrannan teknillinen yliopisto, puh. 050 567 7008, harri.auvinen(at)lut.fi