Näkökulmia ympäristödatan käsittelyyn

Transkriptio

1 Näkökulmia ympäristödatan käsittelyyn CSC, Tutkimuksen tiedonhallinta -haasteet ja mahdollisuudet Anni Reissell

2 Integrated Land Ecosystem - Atmosphere Processes Study

3 ileaps? ileaps on kansainvälinen tutkimusprojekti, yksi kahdeksasta International Geosphere - Biosphere Programme (IGBP) ohjelman ydinprojektista. Projektin tavoitteena on tutkia, kuinka vuorovaikutteiset fysikaaliset, kemialliset ja biologiset prosessit kuljettavat ja muuntavat enegiaa ja ainetta maa-ilmakehä rajapinnasssa.

4 ileaps visio ileaps on moni- ja poikkitieteellinen kansainvälinen tutkimusohjelma, jonka tavoitteena on lisätä ymmärrystä maapallon järjestelmätasolla vaikuttavista prosesseista, vuorovaikutuksista ja takaisinkytkennöistä maa-ilmakehä rajapinnassa. ileaps edistää tieteellistä yhteistyötä, tulosten synteesiä sekä tiedon jakamista tutkijoille, politiikoille ja suurelle yleisölle.

5 ileaps tutkimuskysymyksiä Kuinka vuorovaikutteiset fysikaaliset, kemialliset ja biologiset prosessit kuljettavat ja muuntavat enegiaa, liikemäärää ja ainetta maa-ilmakehä rajapinnasssa? Miten maapallon järjestelmätason dynamiikka muutuu? Kuinka maa-ilmakehä systeemi toimi ennnen teollistunutta aikakautta ja kuinka ihmisen toiminta vaikuttaa siihen? Kuinka, missä määrin ja millä ajallisilla ja paikallisilla tasoilla biosfääri säätelee fysikaalista ja kemiallista ympäristöään?

6 ileaps tutkimusprojektit Tutkivat useita muuttujia, vuorovaikutuksia, takaisinkytkentöjä Lisäävät prosessien ymmärrystä Tutkivat laajasti eri ajallisilla ja paikallisilla tasoilla Mittaukset ja mallinnus integroidaaan kiinteästi Tieteellinen merkitys alueellisesti ja globaalisti Moni- ja poikkitieteellistä Kansainvälinen, avoin Osallistujat valitaan tieteellisen kontribuution perusteella Data ja tulokset julkisia Osaamisen siirto ja koulutus erityisesti kehittyvissä maissa

7

8 ileaps: nano globaali

9 Experimental & modelling Understanding and predicting complex processes relies on both modelling and measurements Integration of measurements and modelling Developing and validating models of different systems and scales Scaling model descriptions of different processes Reproducing natural system states and evolution observed in the past and present Projecting the future changes

10 Experimental & modelling Multispecies monitoring data Data with varying time resolution Data at various spatial scales Process studies Data assimilation Up-scaling, down-scaling Local, regional, global Inverse modelling Weather forecasting Climate modelling Climate projections Dynamic global vegetation models Coupled models Earth System models

11 Particle source (nucleation) Vapor source (organics+ hν) Activation to CCN Hiukkasten ja pilvipisaroiden muodostuminen Pre-existing aerosol Vapor sink (condensation) Particle sink (coagulation) 3 nm Growth by condensation

12 Particle source (nucleation) Vapor source (organics+ hν) Activation to CCN Hiukkasten ja pilvipisaroiden muodostuminen Pre-existing aerosol Vapor sink (condensation) Particle sink (coagulation) Kvanttikemialliset mallit molekyyliklustereiden muodostuksessa 3 nm Ab initio ja tiheysfunktio teoria Growth by condensation Termokemiallisten parametrien laskeminen reaktioille eri menetelmillä H 2 SO 4 + H 2 O H 2 SO 4 H 2 O H 2 SO 4 + NH 3 H 2 SO 4 NH 3

13 Surface flux measurements Boundary layer budjets Aircraft-based measurements Remote sensing

14 Kemialliset reaktiot, homog ja heterog 1000 km O 3 + isoprene products O 3 + monoterpenes products 100 km 10 km landscape catchment OH + isoprene products OH + monoterpenes roducts 1 km stand site NO 3 + isoprene products 100 m NO 3 + monoterpenes products 10 m O 3 + NO NO 2 + O 2 1 m 10 cm 1 cm? volume averaging homogeneous mixing assumption HO 2 + HO H 2 2 O 2 + O 2 O 3 + olefins products O 3 + NO 2 NO 3 + O 2 1 mm 100 μm N 2 O 5 + H 2 O HNO 3 10 μm 1 s 1 min 30 min 6 h 1 d 5 min 1 h 12 h 1 mo 1 a 1 wk 6 mo HNO 3 + NH 3 NH 4 NO 3 HNO 3 + H 2 O H + + NO 3 NO 2 + H 2 O (het) HONO (g) Dlugi et al. (1993), updated

15 Aikaskaalat ja niiden vaikutus leviämiseen

16 Esim: vuomittausverkosto Months/years Days/months Time Trace gases energy H 2 O Sea Wet skin soil Snow/ice ESM grid Hours/Days Min./hours Sec./min. Trace gases, O 3, VOCs, NOx energy H 2 O Leaf/soil Canopy Ecosystem cm m 10m 100m 1km 10km 100km 1000km Measurements Space Earth System Models 1e4km

17 Months/years Days/months Time Hours/Days Min./hours Sec./min. Esim: vuomittausverkosto Up-scaling Weather forecasting Short- and medium range Observational data sets for model development and model evaluation Point data to verify gridbox averages Heterogeneity Trace gases, O 3, VOCs, NOx energy H 2 O Leaf/soil Canopy Ecosystem cm m 10m 100m 1km 10km 100km 1000km Measurements Space Sea Trace gases energy H 2 O soil ESM grid Wet skin Snow/ice Earth System Models 1e4km

18 Global MODIS Test Heinsch et al. 2006

19

20 Järjestelmän mallinnus Atmospheric chemistry CO 2, H 2 O CO, CH sink 4, CH 2 O NMHC CH 2 O NO 2 hν OH HO 2 O 3 + hv O( 1 D) + H 2 O HO 2 source recycling H 2 O 2 hν NO 2 NO OH Recycling HO2 + NO OH +NO2 (high NOx) HO2 + O3 OH + 2O2 (low NOx) Secondary aerosol Primary aerosol Measurements CCN Radiative forcing Activatio n Transport, hydrological cycle Biogeochemistry? Climate Rüdiger Lang Anthropogenic emissions Natural emissions and dry deposition = state-of-the art coupling Human dimensions Land cover and land use (IMAGE( scenarios) = new challenges

21 Järjestelmän mallinnus Atmospheric chemistry Secondary CO 2, H 2 O CO, CH sink 4, CH 2 O aerosol NMHC CH 2 O NO 2 hν CCN Activatio OH HO n 2 O 3 + hv HO Primary 2 O( 1 D) + H 2 O source recycling 1. Coupled Carbon Cycle H 2 O 2 capability aerosol (inc. marine and terrestrial ecosystems) NO Transport, hν 2. Coupled climate-photochemistry NO 2 (esphydrological O cycle OH Recycling 3 and chemical lifetimes w/related HO2 + NO OH +NO2 (high NOx) emission modeling issues HO2 + O3 OH + 2O2 (low NOx) Measurements Radiative forcing Climate? Rüdiger Lang 3. Aerosols and radiation (indirect effect w/ links to chemistry, dust, etc.) 4. Dynamic vegetation (w/links Biogeochemistry to biophysical climate and trace gas emissions. Anthropogenic emissions Natural emissions and dry deposition = state-of-the art coupling Human dimensions Land cover and land use (IMAGE( scenarios) = new challenges

22 Experimental & modelling In situ: better data bases, also historical The role of proxy data Remote sensing A link between modern monitoring tools and historical data bases Scaling! Sensitivity studies with fully coupled surfaceatmosphere models

23 ileaps tutkimusaktiviteetteja FLARES Inter-American Network for Atmospheric/Biospheric Studies African Monsoon Multidisciplinary Analyses Fire-Land-Atmosphere Regional Ecosystem Studies Land Ecosystem-Atmosphere Reactive Nitrogen Volatile Organic Compounds in the Biosphere-Atmosphere System An International Network Measuring Terrestrial Carbon, Water and Energy Fluxes Across Daily to Inter-Annual Time Scales

24 ileaps tutkimusaktiviteetteja Polar Study using Aircraft, Remote Sensing, Surface Measurements and Models, of Climate, Chemistry, Aerosols, and Transport ileaps/geia INITIATIVE Vegetation dynamics-bvoc interactions, GDVM LUCID Land-use and climate Northern Eurasia Earth Science Partnership Initiative WATCH Water and Global Change Isotopes in the Project for Intercomparison of Land-surface Parameterization Schemes EUCAARI Aerosol-Climate-Air Quality Interactions

25 Synteesiartikkelit Tiet. lehtien erikoisnumerot Tutkimussuunnitelma Verkkosivut Sähköinen tiedote, ~4 vuodessa Sähköiset erikoistiedotteet Newsletter, 2 vuodessa Esitteet Posterit PowerPoint esitykset Lehdistötiedotteet Median haastattelut Workshopit Kesäkoulut Tieteellinen konferenssi, 2009 Tietopankit (henkilö) Synteesikirjat ileaps materiaalia

26 Kiitos!