Meteorologi antoi algoritmille lumen tajun

5.10.2020
Niilo Siljamo kävi läpi puoli miljoonaa pikseliä sääsatelliittien ottamia kuvia opettaakseen tietokoneelle, mikä on lunta ja mikä ei. Hänen väitöstutkimuksensa avulla voi rakentaa entistä parempia säämalleja.

Yhden neliökilometrin suuruinen alue tiivistyy satelliitin radiometridatasta piirretyssä kuvassa yhteen pikseliin. Kun ruudusta ehkä vain kolmannes on lumen peitossa, ja kun joissakin kohdassa maan pinta paistaa lumen läpi, kasvillisuus vaihtelee ja rakennuksiakin löytyy, tietokone joutuu vaikeuksiin.

— Myös pilvien ja lumen ero pitää opettaa algoritmille empiirisesti. Ja se, että märkä lumi näyttää tummemmalta kuin kuiva pakkaslumi, Ilmatieteen laitoksen tutkija Niilo Siljamo kertoo.

Kun Siljamo keräsi algoritmille opetusmateriaalia lumen automaattista tunnistamista varten, hän katsoi läpi puoli miljoonaa pikseliä sääsatelliittien ottamia kuvia. Tuon käsityön jälkeen tietokone ymmärtää aiempaa paremmin, mikä on lunta ja mikä ei.

Lumen tunnistava algoritmi on hyödyksi säätä ennustavien säämallien käytössä. Koska maan pinnalla sijaitsevien sääasemien väli voi olla viitisenkymmentä kilometriä, satelliittien tiedot täydentävät niiden havaintoja.

— Lunta on hämmästyttävän etelässä. Esimerkiksi Englannissa muutaman sentin lumipeite saa maan sekaisin. Silloin on hyvä, jos pystytään ennustamaan, milloin on lunta ja missä.

Satelliittien radat synnyttävät tietokoneelle lisävaikeuksia. Jos satelliitti on päiväntasaajan yläpuolella, pohjoiset alueet nähdään niin viistosta, että puiden oksille kertynyt lumi saatetaan tulkita maan lumipeitteeksi. Jos satelliitti etenee napa-alueiden tuntumassa, ja metsä on suoraan sen alapuolella, maan pinta puiden välissä nähdään hyvin, mutta puiden varjot voivat tuottaa ongelmia.

Siljamo on työskennellyt Ilmatieteen laitoksella kaksikymmentä vuotta. Jatko-opiskelijana hän on ollut yliopistossa kirjoilla vuodesta 1996.

— Kun työskentelee tutkijana, on tavallaan väistämätöntä, että väitöskirja syntyy. Se on luonnollinen osa uralla etenemistä, Siljamo määrittelee.

— Minä toivon, että joku käyttäisi näitä tuotteita. Säämallien lisäksi niistä voi olla hyötyä kenelle tahansa, joka tarvitsee tarkan tiedon lumisen alueen rajan sijainnista.

Niilo Siljamon väitöskirja Empirical approach to satellite snow detection tarkastettiin 18.9. Helsingin yliopiston matemaattis-luonnontieteellisessä tiedekunnassa.

Artikkeli on julkaistu Yliopisto-lehdessä 7/2020.

Lue lisää: Algoritmit täsmentävät säämallien tietoja lumesta