Tulvien ennustaminen paranee matematiikan avulla

Virtaavan veden aiheuttamien luonnonkatastrofien ennustaminen parantuu data-assimilaatiolla. Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa (Lappeenranta University of Technology, LUT) tarkastettavassa väitöskirjassa on mallinnettu murtuvaa patoa laboratoriomallin avulla. Tulokset antavat matemaattisia malleja huomattavasti tarkempia veden korkeuden ennusteita tulvan edetessä.

Väitöskirjassaan Zubeda Mussa Seif jäljitteli murtuvaa patoa laboratoriokokeessa, jonka mittakaava on noin sadasosa todellisesta mittakaavasta. Seif yhdisti virtaavan veden matemaattisen mallin laboratoriokokeesta tehtyihin veden korkeuden mittauksiin käyttäen työvälineenään LUT:ssa kehitettyä data-assimilaation menetelmää, niin kutsuttua Variaatiopohjaista Ryvästettyä Kalman-suodatusta eli VenKF-menetelmää. VenKF-menetelmän havaittiin tuottavan pelkkää matemaattista mallia paljon tarkempia veden korkeuden ennusteita tulvan edetessä. Se antaa hyvän työvälineen tällaisiin luonnonkatastrofeihin valmistautumista varten.  

Variaatioperiaate poimii tietoa tasapuolisesti niin matemaattisen mallin antamasta ennusteesta kuin tosiaikaisista mittauksista. Se pystyy siksi paremmin ennustamaan tulva-aallon todellista käyttäytymistä kuin pelkkä tietokonemalli. Se löytää tulva-aallosta esimerkiksi hydrauliset purkaukset, jotka ajoittain nostavat veden pinnan paljon korkeammalle kuin mitä malli ennustaa. Sen antama kuvaus virtauksesta sisältää myös enemmän turbulenssia, jota pelkkä matemaattinen malli harvoin ennustaa oikein. Uusi menetelmä kertoo aiempia menetelmiä tarkemmin minne tulva-aallon vaikutus todella voi ulottua, jolloin tulvalta suojaavat rakennelmat voidaan sijoittaa oikeaan paikkaan.

Diplomi-insinööri Zubeda Mussa Seifin väitöskirja Variational Ensemble Kalman filtering in Hydrology (Ryvästetty variaatiopohjainen Kalman-suodatus jokivirtausten mallintamisessa) tarkastetaan 26.8.2015 klo 12 Lappeenrannan teknillisen yliopiston salissa 1383. Vastaväittäjä toimii professori Ionel Michel Navon Floridan osavaltionyliopistosta Yhdysvalloista.  Kustoksena toimii professori Tuomo Kauranne Lappeenrannan teknillisestä yliopistosta.

Väitöskirja on julkaistu yliopiston Acta Universitatis Lappeenrantaensis – tutkimussarjassa numero 653. ISBN 978-952-265-832-6, ISBN 978-952-265-833-3 (PDF), ISSN 1456-4491.  Väitöskirjan painetun version voi ostaa Aalef-kirjakaupasta, puh. 044 744 5511 tai kirjakauppa(at)aalef.fi sekä LUT Shopin verkkokaupasta osoitteessa https://lutshop.lut.fi.

 

Tietoja väittelijästä:

Nimi: Zubeda Mussa Seif

Syntymäaika ja –paikka: 1974, Tanga, Tansania

Alempi korkeakoulututkinto: 2003, University of Dar es Salaam, Tansania

Työsuhteet: Dar es Salaam yliopisto, Tansania

 

Lisätietoja:

Zubeda Mussa Seif, +255 717 649111, mussazubeda@gmail.com