Browsing by Author "Iipponen, Juho"

Ei ole olemassa mallia, joka pystyisi täydellisesti kuvaamaan monimutkaisen ja kaoottisen ilmakehän käyttäytymistä. Siksi mallien ennusteita on korjattava lähemmäksi ilmakehän todellista tilaa havaintojen avulla. Tässä työssä puoliempiirisen yläilmakehämallin kuvausta termosfäärin kokonaismassatiheydestä yritetään tarkentaa data-assimilaation keinoin. Mallitilan korjaamiseksi käytetään ensemble Kalman -suodinta, joka on osoittautunut hyödylliseksi työkaluksi alailmakehän data-assimilaatiojärjestelmissä. Troposfääristä poiketen termosfäärin tilan ennustamisen epävarmuus liittyy kuitenkin pitkälti epävarmuuteen termosfäärin tilaa ajavista pakotteissa. Ionosfäärin ja Auringon UV-säteilyn äkkinäiset ja vaikeasti ennustettavat muutokset voivat nopeasti muuttaa yläilmakehän tilaa tavalla, jonka aikakehitys on suurelta osin riippumaton termosfäärijärjestelmän alkutilasta. Näin ollen ei ole lainkaan selvää, että data-assimilaatio tarkentaisi mallien analyysiä tai ennustetta. Tämän työn tavoitteena on tutkia, tarkentaako havaintojen avulla korjattu malli keski- ja ylätermosfäärin massatiheydestä tehtävää analyysiä verrattuna malliin, jonka tilaa muuttavat ainoastaan yläilmakehäjärjestelmään kohdistetut pakotteet. Lisäksi tarkastellaan, onko tehdyllä analyysillä ennustearvoa seuraavan kolmen päivän aikana tehtäviin massatiheysmittauksiin nähden. Tutkimusjaksona käytetään vuotta 2003, jolloin pakotteet olivat voimakkaita ja niiden muutokset nopeita. Havaintoaineisto on tuotettu algoritmilla, joka laskee yläilmakehän tiheyden matalan maan kiertoradan satelliittien radoissa havaittujen muutosten avulla. Vaikka aineiston ajallinen erotuskyky on melko huono suhteessa pakotteiden ajamien muutosten nopeuteen, osoittautuu, että sen avulla voidaan tarkentaa yläilmakehämallin analyysiä. Sen sijaan käy ilmi, ettei näin korjatun mallitilan avulla kyetä ennustamaan järjestelmän tilan kehitystä, vaikka termosfääriä ajavien pakotteiden aikakehitys olisi tarkkaan tiedossa. Tämän arvellaan johtuvan siitä, että analyysin avulla tuotettu korjaus on voimakkaasti riippuva pakotteen muutoksista sen ajanjakson aikana, jolta havaintoja analyysiä varten kerätään. Näin ollen korjaus ei ole enää paras mahdollinen seuraavien päivien aikana, jolloin ilmakehän tila on pakotteiden seurauksena muuttunut. Ensemble Kalman -suotimen analyysiin tuoma tarkennus, vaikkakin tilastollistesti merkitsevä, ei ole kovin suuri. Pakotteisiin ja havaintoaineistoon liittyvien epävarmuuksien lisäksi on mahdollista, että suotimen suorituskykyä heikentävät mallin ennakkokentässä esiintyvät harhaanjohtavat korrelaatiot, tai työssä käytetty hyvin yksinkertainen kovarianssin inflaatiomenetelmä.