JultikaUniversity of Oulu repository

Tiivistelmä

Maan ilmakehään sataa eli presipitoituu Maan lähiavaruudesta jatkuvasti energeettisiä varattuja hiukkasia. Presipitoituvien hiukkasten määrä on yhteydessä Auringon aktiivisuuteen, sillä osa hiukkasista on peräisin Auringosta. Auringon korkean aktiivisuuden aikaan aurinkotuulen ja Maan magneettikentän yhteisvaikutuksesta syntyviä magneettisia myrskyjä ja alimyrskyjä esiintyy enemmän kuin matalan aktiivisuuden aikaan, mikä puolestaan on yhteydessä Maan lähiavaruudessa olevien varattujen hiukkasten määriin. Varattujen hiukkasten määriä on mitattu 1970-luvulta lähtien National Oceanic Atmospheric Administrationin (NOAA) Polar Operational Environmental Satellites (POES) -satelliiteilla. Ensimmäinen satelliitti, jonka dataa tässä työssä käytetään, aloitti toimintansa vuonna 1979.

Tässä työssä satelliittien mittaamista elektronimääristä laskettiin ilmakehään presipitoituva isotrooppinen vuo, jota puolestaan hyödynnettiin presipitoituvan vuon rekonstruktiossa aina 1800-luvun puoliväliin asti. Isotrooppisen vuon laskennassa satelliittimittauksiin sovitettiin teoreettinen nousukulmajakauma, josta integroimalla eri suuntien yli saatiin määritettyä ekvivalentti isotrooppinen vuo ilmakehään. Näistä laskettiin päiväkeskiarvot leveysasteen funktiona.

Voiden rekonstruktio 1800-luvulle tehtiin tässä työssä kahdella erilaisella syväoppimisverkolla, jotka koulutettiin syöttö- ja tulodatalla (input data, output data). Aiemmin laskettua isotrooppista vuota vuodesta 1979 nykypäivään käytettiin verkkojen tulodatana. Samalle ajalle määritelty syöttödata koostui muun muassa kahdesta erilaisesta geomagneettisesta indeksistä, auringonpilkkuluvusta sekä aurinkosyklin vaihetta kuvaavasta kosini- ja siniasteluvusta. Vertaamalla syöttödatan ajallisia vaihteluita tulodataan verkot oppivat toistamaan tulodatan ajalliset vaihtelut. Kun koulutetuille verkoille annettiin syöttödataa aina 1800-luvulta nykypäivään, ne tuottivat rekonstruoidun isotrooppisen vuon kyseiselle aikajaksolle.

Kun energeettiset hiukkaset, tässä tapauksessa elektronit, presipitoituvat ilmakehään, ne ionisoivat ilmakehän molekyylejä. Jotta ilmakehän ionisaationopeus voitaisiin laskea, on tunnettava presipitoituvien elektronien isotrooppinen vuo. Tässä työssä rekonstruoitua presipitoivaa vuota käytettiin lopuksi ionisaation laskemiseen ilmakehän eri painetasoilla 1800-luvun puolivälistä nykypäivään saakka. Saatua ionisaatioaineistoa verrattiin lopuksi nykyisin käytössä olevan Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 (CMIP6) -aineiston ionisaatioon. Verrattaessa tuloksia nähtiin, että tässä työssä laskettu ionisaatio on järjestään korkeampi kuin CMIP6-data-aineiston ionisaatio. Tulos oli odotettavissa, sillä nykyisessä CMIP6-data-aineistossa käytetty ionisaatio luultavasti aliarvioi todellista ionisaatiota. Näin ollen tässä työssä laskettu ionisaatio luultavasti tuottaa tarkemman arvion todellisen ionisaation suuruudesta.