Väitöskirja: Uusilla laskentamenetelmillä ekosysteemien hiilitaseita voidaan määrittää tarkemmin

Väitöskirjatyössä kehitettiin menetelmiä, joiden avulla hiilidioksidivuomittauksista saadaan laskettua entistä tarkempia arvioita ekosysteemien hiilitaseista ja niiden epävarmuuksista. Työn tuloksilla voidaan parantaa esimerkiksi metsien ja peltojen hiilitasearvioita kansallisissa kasvihuonekaasujen inventaarioissa ja yritysten hiililaskelmissa. Ilmastonmuutoksen edetessä on yhä tärkeämpää ymmärtää maaekosysteemien hiilenkiertoa ja pystyä ennustamaan, mitä hiilen lähteille ja nieluille tapahtuu tulevaisuudessa. Tieto hiilenkierrosta on keskeistä myös, kun maankäyttösektorilta etsitään ratkaisuja ilmastonmuutoksen hillitsemiseen.

Tietoa näihin tarpeisiin saadaan hyödyntämällä pyörrekovarianssimenetelmää, jolla voidaan suoraan mitata hiilen vaihtoa eli hiilidioksidivuota ekosysteemien ja ilmakehän välillä. Mittauksista voidaan laskea hiilitaseita eli määrittää, onko ekosysteemi toiminut hiilen lähteenä vai nieluna pidemmän ajan yli tarkasteltuna.

Mittausaikasarjassa on käytännössä aina katkoja, joten taseiden luotettavuuden kannalta on olennaista, miten puuttuvat jaksot mallinnetaan. Ilmatieteen laitoksen tutkija Henriikka Vekuri kehitti väitöstutkimuksessaan uusia menetelmiä, joilla voidaan mallintaa puuttuvia jaksoja ja arvioida hiilitaseiden epävarmuutta.

Työssä osoitettiin, että kaksi yleisesti käytettyä mallinnusmenetelmää aiheuttavat systemaattisen virheen taseisiin pohjoisilla leveysasteilla. Kansainvälisten mittausverkostojenkin käyttämä menetelmä arvioi hiilen lähteet todellista suuremmiksi ja nielut pienemmiksi, kun taas toisen menetelmän aiheuttama virhe oli vastakkainen. Kahdella koneoppimismenetelmällä saatiin tarkkoja arvioita taseista, mutta vain toisella pystyttiin arvioimaan luotettavasti myös mallinnuksen aiheuttama epävarmuus.

Tutkimuksessa selvisi, että hiilitaseiden tarkkuuteen vaikuttivat erityisesti mittausaineistojen katkojen määrä ja etenkin pitkät yhtenäiset puuttuvat jaksot. Mittausten satunnaisvirheillä oli vain pieni vaikutus taseen kokonaisepävarmuuteen. Pyörrekovarianssimenetelmällä hiilitaseista saadaan pääasiassa hyvin tarkkoja arvioita, jopa silloin, kun suurin osa aineistosta joudutaan mallintamaan. Tällä hetkellä pyörrekovarianssimenetelmää ei hyödynnetä kansallisessa kasvihuonekaasuinventaariossa, mutta menetelmän avulla voitaisiin parantaa inventaariossa käytettävien maankäyttösektorin laskentamenetelmien luotettavuutta. Tutkimuksen tuloksia voidaan hyödyntää myös metsä- ja ruoka-alan yritysten vastuullisuusraportoinnin hiililaskennassa. Niiden avulla voidaan myös parantaa satelliittihavaintoihin perustuvaa hiilidioksidipäästöjen ja hiilinielujen kartoitusta.

Väitöskirja tarkastetaan 21.3. Helsingin yliopistossa

Henriikka Vekurin väitöstyö Reliable carbon balance estimates using eddy covariance – improved gap-filling methods and uncertainty quantification tarkastetaan perjantaina 21. maaliskuuta 2025 kello 13 alkaen Helsingin yliopiston matemaattis-luonnontieteellisessä tiedekunnassa.

Väitöstilaisuus järjestetään Kumpulan kampuksen Exactum-rakennuksessa (Pietari Kalmin katu 5, Helsinki) salissa CK112. Vastaväittäjä on apulaisprofessori Andreas Ibrom Tanskan teknillisestä korkeakoulusta, ja kustoksena toimii professori Annalea Lohila.

Lähde: Ilmatieteen laitos