Üks põhjus, miks teadlased merepinda uurivad, on vajadus kaardistada võimalikult täpselt merevee kvaliteedi näitajaid ning selle põhjal analüüsida kliima ja ökosüsteemi muutuseid. TalTechi mereteadlased ehk okeanograafid keskendusid oma hiljutises uurimistöös uue meetodi arendamisele, mis „ehitab“ merepinna temperatuuri ja soolsuse vaatlustest lünkadeta „kaardid“, mille tulemusi saab prognoosimudelites kasutada.

Lisaks toimuvate keskkonnamuutuste kaardistamisele saavad sellisest informatsioonist kasu ka näiteks kalurid, kelle töö sõltub kalaparvede liikumistest.

Pinnakihi uurimiseks kasutatakse kolme tüüpi andmeid

Uurimistöö juht, TalTechi meresüsteemide instituudi professor Jüri Elken selgitab, et okeanograafid kasutavad merevee pinnakihi uurimiseks tänapäeval valdavalt kolme tüüpi andmeid. „Vanim meetod on nn in situ meetod, ehk vee omadusi mõõdetakse kohapeal laevadelt või kaasajal ka automaatjaamadelt, kasutades kas sensorite andmeid või analüüsides võetud veeproove.

Teiseks meetodiks on kaugseire: kaasajal kasutatakse enim satelliitidelt saadavaid andmeid, mille tulemusi võib esitada näiteks detailsete kaartidena. Kolmas uurimismeetod on numbriline modelleerimine, kus mere seisundi muutused leitakse füüsikalisi protsesse simuleerivate keeruliste arvutiprogrammide abil, mille tulemusi saab esitada ka animeeritud kaartidena ehk omalaadse multifilmina.“

Igal meetodil oma head ja vead

Kõigil kolmel analüüsimeetodil on omad plussid ja miinused. Nii näiteks annavad kohapealsed vaatlused kõige täpsemad andmed merevee omaduste kohta, kuid vaatluspunkte on vähe ning nad on ebaühtlaselt jaotunud. Seetõttu on kujunev pilt kahjuks kaunis katkendlik. Satelliidipildilt saab detailse info näiteks vee temperatuuri ja klorofüllisisalduse kohta, kuid mitte merevee soolsuse, toitainete ja paljude muude oluliste merevee näitajate kohta. Numbrilised mere ökosüsteemi mudelid leiavad üha rohkem praktilist kasutamist, kuid nende täpsus jätab mõnikord soovida. Seega kasutatakse mereseisundi uurimiseks ja oma prognooside tegemiseks kõiki kolme meetodit.

Nüüd saab kolme meetodit õigesti kombineerida

Jüri Elkeni sõnul on uurimistulemuse edu valem teadlaste jaoks kolme meetodi omavahelises õiges kombineerimises. Erinevat tüüpi andmete ühildamiseks kasutavad okeanograafid aga statistilisi meetodeid. Antud uuringus võeti kasutusele traditsiooniline EOF (empiirilised ortogonaalsed funktsioonid) meetod, millele tehti täiendused.

Pinnakaartide kordusmustrid leiti korrapärasel arvutusvõrgul numbrilise mudeli tulemustest, põhiliste mustrite kaalukoefitsiendid konkreetse ajahetke kohta leiti aga lähiperioodi vaatlusandmete põhjal. Uue meetodi abil on võimalik vaatlustulemusi laiendada ka piirkondadesse ja nendele aegadele, kus vaatlusi ei toimunud.

Kaardistatav analüüsiala laienes oluliselt

„Kui mingi merepiirkond, näiteks Eestit ümbritsevad merealad, on samasuguste ilmastikutegurite mõju all, on mereseisundi muutujate reaktsioon üksteisest eemal asuvates paikades sarnane. Näiteks kui sügisel toimub Soome madalas rannikumeres, kuskil Kotka lähistel, kiirem jahtumine kui avamerel, siis sarnane muutus esineb väga tõenäoliselt ka Pärnu lähistel või Väinameres.

Samuti kui Narva jõe lähedal on meres keskmisest väiksem soolsus, siis on see tõenäoliselt väiksem ka Daugava juures. Sellist keerulist korrelatsioonide mustrit võtab põhimõtteliselt arvesse meie arendatud EOF analüüsi rakendus,“ ütleb  professor Elken. Seega – toetudes ühes kindlas piirkonnas domineerivatele statistilistele mustritele, saavutatakse senise vaatlusjaamadelt saadud kaardistatava analüüsiala oluline laienemine.

Tulemuseks uus algoritm ja arvutiprogramm

„Teadustöö väljundina lõime vaatlusandmete sulandamise (assimileerimise) uut tüüpi algoritmi ja ka vastava arvutiprogrammi. Selle rakendamise esimeste katsetulemuste põhjal võib väita, et saame oluliselt vähendada seni suureks probleemiks olnud veepinna temperatuuri ja soolsuse päevase prognoosi süstemaatilist (kuu keskmist) erinevust võrreldes tegelike vaatlusandmetega,“ kinnitab professor Elken.

Uurimuse tulemustest saab täpsemalt lugeda ajakirjast Frontiers in Earth Scinece.