TROPOMI eli TROPOspheric Monitoring Instrument on lokakuussa 2017 Sentinel-5 Precursor -satelliitin mukana laukaistu spektrometri, joka mittaa useiden eri ilmakehän hivenkaasujen pitoisuuksia, aerosoleja sekä pilviä. Se on samalla myös uusin ja resoluutioltaan tarkin typpidioksidin (NO2) pitoisuuksia mittaava satelliitti-instrumentti. NO2:ta havainnoivien satelliitti-instrumenttien mittaukset perustuvat ilmakehästä siroavaan auringon valoon, minkä perusteella niiden algoritmit laskevat ilmakehässä olevien NO2-molekyylien lukumäärän käyttäen apuna erilaisia syötetietoja. Saadussa tuloksessa on tämän vuoksi paljon erilaisia virhelähteitä, minkä vuoksi satelliitti-instrumenttien mittausten oikeellisuutta seurataan jatkuvasti vertaamalla niitä erilaisiin referenssiaineistoihin. Tällaista seurantaa kutsutaan myös instrumentin validoinniksi, ja se on erityisen tärkeää uusien instrumenttien kuten TROPOMIn tapauksessa.
Tässä työssä validoidaan TROPOMIn NO2-mittaukset käyttäen Helsingin Kumpulassa sijaitsevan Pandora-referenssi-instrumentin mittauksia. Tämän lisäksi TROPOMIn herkkyyttä lähellä maanpintaa tapahtuville pitoisuusvaihteluille arvioidaan vertaamalla sen mittauksia Kumpulassa sijaitsevan in situ -ilmanlaatuaseman mittauksiin. Lopuksi arvioidaan TROPOMIn ja Pandoran mittausten ja niiden välisen vastaavuuden riippuvuutta rajakerroksen paksuudesta ja siellä vallitsevasta tuulesta. Tutkimus ajoittuu 19.4.–29.9.2018 väliselle ajalle.
Vertailuissa tarkastellaan erityisesti instrumenttien mittausten välisiä eroja (TROPOMI – Pandora) ja niiden keskiarvoa, erojen suhteellisia arvoja (suhteessa Pandoraan) ja niiden mediaania, sekä mittausten välistä Pearsonin korrelaatiokerrointa. Näiden tunnuslukujen riippuvuutta ajasta tarkastellaan eripituisia aikavälejä kattavien aikasarjojen avulla.
Tulosten mukaan TROPOMIn ja Pandoran mittausten välinen Pearsonin korrelaatiokerroin on 0,66 ja niiden välisten suhteellisten erojen mediaani 12,1 %. Tätä voidaan pitää hyvänä tuloksena, sillä TROPOMIlle asetettu suhteellisten erojen tavoite on enintään 30 %. Positiivinen arvo on kuitenkin epätyypillinen kaupungissa tehtävälle validoinnille, mikä voi tarkoittaa Kumpulan alueen edustavan pitoisuuksiltaan enemmän tausta-aluetta kuin tyypillistä kaupunkiympäristöä. Mittausten välisen korrelaation havaittiin riippuvan rajakerroksen paksuudesta, mikä voi johtua TROPOMIn tulkinta-algoritmin käyttämästä NO2:n pystyprofiilista tai paksussa rajakerroksessa tapahtuvasta voimakkaammasta sekoittumisesta. Asian selvittäminen edellyttää kuitenkin lisätutkimuksia. Lopuksi TROPOMIn todettiin olevan herkkä viikon- ja päivänsisäisille pitoisuusvaihteluille Pandora-instrumenttiin verrattuna, mikä on lupaava tulos TROPOMIn mahdollisten ilmanlaadun seurantaan liittyvien sovellusten kannalta.
TROPOMIn parantuneen resoluution vaikutus on tutkimuksessa nähtävissä aiempiin instrumentteihin verrattuna parantuneena korrelaationa ja positiivisempina mittauseroina, sekä herkkyytenä päivänsisäisille pitoisuusvaihteluille. TROPOMIn voidaankin odottaa tulevaisuudessa lisäävän satelliittipohjaisten NO2-mittausten käyttökohteita.
