Ilmaston seuranta edellyttää merten tilan kattavaa tuntemusta. Jään sulaminen napa-alueilla vaikuttaa valtamerten virtauksiin ja maailmanlaajuisesti ilmaston dynamiikkaan. Napa-alueiden seuranta onkin tärkeää näiden vaikutusten ymmärtämiseksi.
Argo-mittausohjelma on noin vuodesta 2000 asti toiminut kansainvälinen projekti, jonka tarkoituksena on kartoittaa merten tilaa automaattisten, ajelehtivien mittauspoijujen avulla. Merten tilaa mittaa tälläkin hetkellä noin 4000 Argo-poijun muodostama verkosto. Poijujen toimintaperiaatetta on havainnollistettu kuvassa 1. Suurimman osan ajastaan poijut viettävät tyypillisesti noin kilometrin syvyydessä ajelehtien vapaasti virtausten mukana. Kerran kymmenessä päivässä poijut vajoavat kahteen kilometriin ja nousevat sitten pintaan, mitaten samalla veden ominaisuuksia, kuten suolapitoisuutta ja lämpötilaa eri syvyyksissä. Pinnalta poiju lähettää mittaustietonsa ja sijaintinsa satelliittien avulla eteenpäin, jolloin tulokset saapuvat lähes reaaliajassa kaikkien käytettäviksi.
Argo-poijujen mittausverkko kattaa melko hyvin suuren osan valtameriä, mutta aivan pohjoisimmilla ja eteläisimmillä merialueilla jäät vaikeuttavat mittauksia.
Jäät aiheuttavat haasteita mittauksille
Jään alle jäävä poiju on vähintään kyvytön kommunikoimaan paikkaansa ja mittauksiaan ja pahimmillaan rikkoutuu peruuttamattomasti. Tämä rajoittaa poijujen elinikää ja johtaa siihen, että mittauksia napa-alueilta on ollut vaikea saada. Esimerkiksi Weddellinmerellä ennen vuotta 2003 käyttöön otetuista poijuista vain reilu kolmasosa kesti talvella kohtaamiaan jääolosuhteita.
Ensimmäiset yritykset Argo-poijujen asentamiseen jäisille merialueille osoittivat nopeasti tarpeen kehittää erilaisia keinoja jääolosuhteissa selviytymiseen, sillä monet poijut lakkasivat nopeasti toimimasta päädyttyään merijään alle. Näitä keinoja on kartoitettu ja kehitetty muun muassa Euroopan Unionin rahoittamassa Euro-Argo Rise -projektissa, jossa Ilmatieteen laitoskin oli mukana kehittäen toimintaa Itämerellä ja Barentsinmerellä.
Tehokkaimmaksi keinoksi jäiden väistelyyn on osoittautunut ISA (Ice Sensing Algorithm). Tämä ohjelmistopohjainen ratkaisu keskeyttää poijun nousun, jos pintakerroksen vesi on liian kylmää, suojaten poijua vaurioitumiselta. Tärkeimmät parametrit algoritmissa ovat rajalämpötila, sekä minimi- ja maksimisyvyys, joilta lämpötilaa arvioidaan. Esimerkiksi Barentsinmerellä todettiin -1,0 °C raja-arvon ja tunnistusvälin 10-20 metrin syvyydellä suojaavan poijuja hyvin. Nämä arvot vaihtelevat huomattavasti merialueelta toiselle, eikä yhtä selkeää totuutta ole, vaan valinta on aina kompromissi laitteiston suojelun ja mahdollisimman kattavien mittausten saamisen välillä.
Onnistunut poijun nousun pysäyttäminen ennen jäihin osumista suojaa poijua vaurioilta mahdollistaen mittausten jatkumisen, mutta jäähän törmääminen ei ole ainoa ongelma. Toinen ongelma on poijun ajautuminen jäiden alle pidemmäksi aikaa kuin poijun paristoissa riittää virtaa, jolloin poijun kohtalo jää arvoitukseksi, eikä suoritettuja mittauksia koskaan saada lähetettyä. Itämeri on tässä mielessä erinomainen testiympäristö, koska toisin kuin napa-alueilla, poijun tiedetään varmuudella vapautuvan jäistä viimeistään kesäksi, joten algoritmien toimivuutta on helpompi testata.
Poijujen pitkiin vaelluksiin jäiden alla liittyy vielä kolmaskin ongelma: mitatun profiilin paikannus perustuu GPS-järjestelmästä saatuun sijaintiin, ja tämä on mahdollista saada vain pinnalta. Kun poiju on jään alla, se ei siis pysty paikantamaan sijaintiaan, mahdollisesti jopa useisiin kuukausiin. Ongelmaa on pyritty ratkomaan kehittämällä vaihtoehtoisia tapoja arvioida poijun sijaintia. Matalilla merialueilla, kuten Pohjanlahdella tai Barentsinmerellä yksi lupaava keino on tarkkailla poijun pohjakosketuksia. Tämä tieto yhdistettynä tunnettuun syvyystietoon sekä ensimmäisiin ja viimeisiin saatuihin GPS-koordinaatteihin antaa johtolankoja poijun mahdollisesta reitistä jäiden alla.
Jäisillä merialueilla ja erityisesti jäiden alla operointi on haasteellista kaikille mittausjärjestelmille. Argo-verkoston levittäminen tarjoaa haasteistaan huolimatta huomattavan lisän olemassa oleviin mittauksiin napa-alueiden syvistä jään alaisista kerroksista. Mittaukset antavat arvokasta tietoa muun muassa meren lämpövarastojen ja virtausten kehityksestä napa-alueilla.
Lisää tietoa aiheesta: Ilmastokatsaus 07/2021, Kymmenen vuotta autonomisia Argo-mittauksia Itämerellä >>
Teksti: Simo-Matti Siiriä
Kuva: Panu Hänninen / Suomen ympäristökeskus SYKE
Julkaisun viitetiedot:
Siiriä, S-M. 2024: Argo-poijut tutkivat jäisiä meriä. Ilmastokatsaus, 26(5), 8–10, https://doi.org/10.35614/ISSN-2341-6408-IK-2024-05-02
