Arola Antti (FL, DI) 17.3.2006

Luonnontieteiden ja ympäristötieteiden tiedekunta

Ympäristöfysiikka

On the Factors Affecting Short- and Long-Term UV Variability (UV-säteilyn lyhyt- ja pitkäaikaisvaihteluun vaikuttavista tekijöistä)

Vastaväittäjä: Professori Berit Kjeldstad, Norwegian University of Sciences ant Technology, Trondheim, Norja
Kustos: Professori Kari Lehtinen, Ilmatieteen laitos ja Kuopion yliopisto


Väitöskirjan tiivistelmä:


Uusi menetelmä parantaa arvioita ultraviolettisäteilyn määrästä

Ilmatieteen laitoksen tutkija Antti Arolan väitöstyö tutkii maahan tulevan UV-säteilyn määrän vaihteluja ja määrään vaikuttavia tekijöitä. Väitöksessä on myös etsitty keinoja, miten parantaa arvioita maahan tulevista UV-säteilymääristä. Väitös on viime vuonna aloittaneen Ilmatieteen laitoksen Kuopion yksikön ensimmäinen väitöstyö.

UV-säteilyssä havaitaan vaihtelua sekä lyhyellä että pitkällä aikavälillä. Vaihteluun vaikuttavia tekijöitä ovat mm. yläilmakehän otsonimäärä, pilvisyys, lumipeite ja ilmakehän pienhiukkaset. UV-säteilyn määrä vähenee maan pinnalla, kun otsonipitoisuus tai pilvisyys kasvaa. Lumipeite puolestaan kasvattaa UV-säteilyn määrää. Väitöstyössä kehitettiin menetelmä, jolla voidaan arvioida näiden eri tekijöiden vaikutusta UV-säteilyn vaihteluun. Menetelmää sovellettiin kahdessa kohteessa; Sodankylässä ja Kreikan Thessalonikissa.

Tekijöitä, jotka aiheuttavat tätä vaihtelua, on tutkittu suhteellisen vähän. Aikasarjoista havaittiin, että otsonimäärän muutokset vaikuttavat eniten UV-säteilyn kuukausikeskiarvojen vaihteluun. Suurimmillaan otsonimäärä aiheutti lähes sadan prosentin vaihtelun UV-säteilyn kuukausikeskiarvoissa. Pilvisyyden vaikutukselle vastaava luku oli 40 prosenttia.

Ultraviolettisäteilyn arviointia tarkemmiksi

Tietoa UV-säteilystä saadaan sekä satelliittimittausten että maanpintamittausten avulla. Maanpintamittarit mittaavat suoraan UV-säteilyn määrää, mutta mittaaminen on työlästä ja tarkkoihin tuloksiin pääseminen on vaikeaa. Satelliittimittaukset eivät sen sijaan mittaa suoraan UV-säteilyn määrää, vaan UV-säteilyn määrä saadaan laskennallisesti. Tähän tarkoitukseen on kehitetty useita menetelmiä. Menetelmät ovat kuitenkin vielä puutteellisia ja epävarmoja. Satelliittimittauksista saadaan koko maapallon kattavaa aineistoa.

Verrattaessa satelliittilaskelmia maanpintamittauksiin huomattiin, että lumipeitteen aikana satelliittiarviot olivat systemaattisesti maanpintamittauksia pienempiä. Tämä antoi aiheen olettaa, että lumen heijastavuuden vaikutusta UV-säteilyn määrään ei huomioida satelliittimenetelmissä riittävästi. Väitöksessä kehitettiin uusi laskentamenetelmä, jolla lumipeitteen heijastavuus voitaisiin ottaa paremmin huomioon. Uusi menetelmä paransi selvästi satelliittilaskelmia. Vertailuissa huomattiin myös, että puhtailla alueilla, kuten Uuden Seelannin maaseudulla, vastaavuus oli selvästi parempi kuin Euroopan ja Pohjois-Amerikan kaupunkialueilla. Tämän oletettiin johtuvan siitä, että satelliittimenetelmissä ei ole riittävästi otettu huomioon ilmakehässä olevien pienhiukkasten säteilyä vaimentavaa vaikutusta. Tämäkin oletus todistettiin paikkansapitäväksi ja kehitettiin ensimmäinen versio menetelmästä virheen korjaamiseksi.

Otsonikato havaittiin 1980-luvun alkupuolella Etelämantereen yläpuolella. Yläilmakehän otsoni suojaa maapalloa haitalliselta ultraviolettisäteilyltä. Liiallinen UV-säteily aiheuttaa ihmisille mm. iho- ja silmäsairauksia. Sillä on myös haitallisia vaikutuksia maa- ja vesiekosysteemeihin. Lisäksi UV-säteily haurastuttaa useita materiaaleja. Näiden haittavaikutusten vuoksi UV-tutkimus on lisääntynyt merkittävästi. Tutkimuksen pohjaksi tarvitaan tietoa juuri UV-säteilyn määrästä ja vaihteluista.


Väitöskirja on julkaistu sarjassa Finnish Meteorological Institute Contributions. ISBN 951-697-645-X.


Kuopion yliopisto
Viestintä
tiedotus_at_uku.fi