Lumipeite muutoksessa – vedenkierron mysteerejä ratkotaan huipputekniikalla Oulangalla ja Pallaksella
Oulun yliopiston lumitutkimuksella selvitetään, miten lumipeite ja vesivarat muuttuvat ilmastonmuutoksen myötä yhä vaihtelevammissa olosuhteissa. Lumen määrä, nopeat lumen sulamisjaksot ja muutokset routaolosuhteissa vaikuttavat vesivarantoihin ja vedenkiertoon. Vesi kiertää kaikkialla luonnossa ja rakennetussa ympäristössä, joten vedenkierron muutosten ymmärtäminen on tärkeää.
Oulun yliopistossa vuoden alussa käynnistyvä Lumihydrologia ja mallinnus -tutkimusryhmä mittaa lumipeitteitä, lumen olosuhteita ja sulamisen muutoksia muun muassa Oulangalla ja Pallaksella. ”Lumitutkimuksen tavoitteena on auttaa sopeutumaan maailmaan, jossa lunta on liikaa tai liian vähän. Ilmastonmuutoksen ja lämpenemisen myötä lämpimämmät ilmamassat pystyvät sitomaan ja kuljettamaan enemmän vettä. Tämä todennäköisesti näyttäytyy toisaalta lyhempänä lumen peittoaikana, mutta mahdollisesti myös poikkeuksellisen lumisina talvina ja kovina lumimyräkköinä”, sanoo apulaisprofessori Pertti Ala-aho, joka johtaa kahdeksan hengen Lumihydrologia ja mallinnus -tutkimusryhmää.
Pohjoisten alueiden vedenkiertoon liittyy yllättäviä tietovajeita. Perustavia kysymyksiä ovat esimerkiksi, minne sulanut lumi menee, ja miten se vaikuttaa tulvien muodostumiseen? On hämmästyttävää, että noin puolet kevään sulamisvesistä ei olekaan edellisen talven lunta, vaan vanhempaa vettä.
”Mistä puro tai joki siis saa vetensä -ruokkiiko jokia ensisijaisesti sulamisvedet ja vesisateet, vai onko niiden lähde maaperässä ja pohjavesissä? Mikä rooli muuttuvalla lumipeitteellä on vesivarantojen täyttymisessä? Varmaa on, että ilmastonmuutoksen myötä vedenkierron ilmiöt ovat nopeassa muutoksessa. Jotta muutoksia ymmärretään ja niihin osataan varautua, on nopeasti edistettävä älykästä mittaus- ja mallinnustekniikkaa”, Ala-aho pohtii.
Yhdistämällä uutta mittausteknologiaa Suomen olemassa olevaan lumen mittausverkostoon saadaan vastauksia lumen merkityksestä pohjoisille vesivaroille. ”Ympäristömittausteknologian kehitys on ollut räjähdysmäistä, mutta edistysaskelia ei ole täysimittaisesti hyödynnetty lumitutkimuksessa. Tavoitteena on vähemmän lumessa kahlaamista ja enemmän laadukkaita automaattisia mittauksia”, visioi Ala-aho.
Lumihydrologia ja mallinnus -tutkimusryhmän työtä vesiteknillisen tutkimuksen ja digitalisaatiokehityksen yhdistämisessä tukee lahjoitusvaroin Maa- ja vesitekniikan tuki ry (MVTT). Tutkimusryhmän työ kytkeytyy Oulun yliopiston uuteen Digitaaliset vedet – tutkimuksen lippulaivaan, joka mahdollistaa kokonaisten vesistöjen digitaalisen mallintamisen eli vesistöjen digitaaliset kaksoset. Digitaalisten kaksosten avulla voidaan mallintaa vesivaroja ja niiden käyttöä. Vesivarojen digitaalisuus parantaa veden käytön hallintaa ja turvallisuutta esimerkiksi tulva-aikana. Digitaalinen vesienhallinta auttaa myös tasapainottamaan teollisuuden, energia-, maa- ja metsätalouden sekä rakentamisen tavoitteita kestävästi.
Lumen määrää ja sulamista mitataan hangen sisältä ja haihtumista hangen päältä
Oulun yliopiston Oulangan tutkimusasemalla sijaitsevan mittakopin ympäristössä on parhaillaan testattavana noin 100 metriä pyykkinarun vahvuista valokuitukaapelia, joka mittaa lämpötilaa metrin välein, korkealla tarkkuudella. Tänä talvena testataan laitteistoa ja valmistaudutaan seuraavaan talveen, jolloin kaapeleita asennetaan maastoon 1–2 kilometriä. ”Tavoitteena on mitata lämpötilaa lumipakan alla ja sen eri kerroksissa laajalla alueella, lopulta jopa kokonaisen vesistön valuma-alueella. Lämpötila kertoo lumen määrästä läpi talven ja antaa tärkeää tietoa sulamisen nopeistakin vaiheista”, kertoo väitöskirjatutkija Maiju Ylönen. ”Pyrimme tunnistamaan alueet, joilla lämpötilat käyttäytyvät samalla tavalla, jotta pystymme tehostamaan seurantaa ja ennustettavuutta tulevaisuudessa.” Tutkimusta tehdään myös Pallaksella ja Sodankylässä, missä hyödynnetään lämpötilakaapeleiden lisäksi drooneja lumipeitteen ominaisuuksien kartoittamiseen.
Lumen haihtuminen talven ja kevään aikana on lumihydrologian huonoiten tunnettu ilmiö. ”Haihtuuko vai sulaako lumi on yksinkertaisesti hyvin vaikeasti mitattava asia. Etenkin keväällä molemmat ilmiöt tapahtuvat samaan aikaan, mutta nykyisillä mittauksilla näemme vain yhteisvaikutuksen: että lumipeite vähenee. Nouseeko lumen kosteus ilmakehään vai sulaako se jokiin ja pohjavedeksi on hyvin olennainen tieto tulvien ennustamisessa ja pohjaveden muodostumisen arvioinnissa”, jatkaa Ala-aho.
Oulangan suolla oleva lämmin mittauskoppi kätkee sisäänsä huippulaitteita, joilla analysoidaan vesihöyryä sekä lumipatjan sisällä että sen yläpuolella. Mittauskohteena ovat lumipatjan ja lumesta haihtuvan veden isotooppikoostumus. Isotoopit ovat tavallaan veden sormenjälkiä. Yhdistettynä muihin Oulangan meteorologisiin mittauksiin, isotooppien avulla voidaan arvioida lumen haihtumisen määrää ja prosesseja uusin keinoin.
”Pohjoisten alueiden lumipeite vaikuttaa koko maapallon lämpötilaan ja säätelee ilmastoa. Lumen häviämisellä sulamalla tai haihtumalla on ratkaiseva merkitys useissa ilmakehän ja ekosysteemien prosesseissa. Haihtumisvirtausten käyttäytymistä ja suuruutta sääteleviä tekijöitä ei kuitenkaan tunneta hyvin. Tarvitaan lisätutkimusta, jotta lumen haihtumista ilmakehään ja lumipeitteen vähenemistä voidaan ennustaa paremmin”, kuvaa tutkijatohtori Shaakir Dar.
Digitaaliset vedet -lippulaiva
Tutkimusprojekti lumen, jään ja roudan kansallisen mittausinfrastruktuurin kehittämiseen (CRYO-RI)
Isotopes in Sublimation by Laboratory and In-field Meteorological Experiments -research project