Kaupungin lämpösaarekkeen tutkimus Turussa
Turun yliopiston maantieteen ja geologian laitos käynnisti Turun kaupunki-ilmastoprojektin (TURCLIM, Turku Urban Climate Research Group) vuonna 1998 ja ensimmäiset lämpömittarit asennettiin vuonna 2001. Projektin päätavoitteena oli tutkia kaupunki-ilmastoa kiinteän mittariverkoston avulla. Kaupunki-ilmastoprojekti on lisäksi ollut tärkeä osa Turun yliopiston maantieteen ja geologian laitoksen kaupunki-ilmaston ja tieteelisten menetelmien opetusta. Myöhemmin tutkimusprojektiin on tullut mukaan myös Turun kaupungin ympäristönsuojelutoimisto. Lisäksi aihepiiriin liittyvää yhteistyötä tehdään myös Ilmatieteen laitoksen kanssa. Lämpösaareketutkimukseen liittyen Turun keskusta on lisäksi kuvattu lentokoneesta lämpökameralla osana ILKKA-hanketta. Lämpökameran avulla voidaan tutkia ja kartoittaa muun muassa mahdollisia rakennusten lämpövuotoja.
Kattava lämpömittariverkosto
Turun kaupunkialueelta on kerätty lämpötilahavaintoja tiheällä mittausverkostolla kesästä 2001 alkaen. Verkosto on laajentunut merkittävästi viimeisten vuosien kuluessa ja nykyisellään se koostuu nykyisellään 70 lämpötila- ja kosteusmittarista, jotka tekevät havaintoja puolen tunnin välein (kuva 1). Tiheän mittausverkoston, lämpötilojen havaintotiheyden, sekä verkoston verraten pitkän toiminta-ajan ansiosta Turusta on olemassa kansainvälisestikin ainutlaatuinen lämpötilahavaintoaineisto. Tämä luo edellytykset monipuoliselle kaupungin lämpösaarekkeen tutkimukselle myös jatkossa. Havaintoaineiston pituus alkaa vähitellen mahdollistaa myös lämpösaarekkeessa ajan mittaan tapahtuneiden muutosten tutkimisen.
Kuva 1. Lämpötila Turun keskustassa ja sen lähialueella 21. – 22.10.2013 välisenä yönä TURCLIM-havaintoverkoston mittauspisteiden mittaamana. Kaupungin ja lähiöiden aikaansaaman lämpösaarekkeen lisäksi kuvassa näkyy selvästi lähimerialueiden yölämpötiloja lauhduttava vaikutus. Tiestö: Copyright Liikennevirasto /Digiroad 2011.
Turun keskustan lämpöilmakuvaus osana kaupunki-ilmaston tutkimusta
Lämpötilojen mittaamisen ohella kaupungin lämpösaareketta voidaan tutkia myös suorittamalla lämpöilmakuvaus lentokoneesta käsin. Tällöin voidaan tutkia erilaisten pintojen lämpötiloja laajalla alueella. Osana lämpösaareketutkimusta tehtiin Turussa ILKKA-hankkeen aikana ilmakuvauslento 21.–22.10.2013 välisenä yönä. Kuvauksen suorittivat yhteistyönä Blom Kartta Oy ja Specim Oy. Kuvauksessa käytettiin Specimin kehittämää hyperspektraalista AisaOWL-sensoria, joka mittaa pinnan lähettämää pitkäaaltoista lämpösäteilyä sadalla kanavalla. Sensorin kattama aallonpituusalue oli 7,7–12,5 µm.
Lämpöilmakuvaus vaatii onnistuakseen mahdollisimman tasaiset sääolosuhteet. Tämä tarkoittaa lähes nollakeliä tai pientä pakkasta, lumetonta maata ja tyyntä tai heikkotuulista säätä. Auringonsäteilyn vaikutuksen minimoimiseksi, sekä muiden säätilavaatimusten takia lämpökuvaus suoritettiin yöllä. Ilmakuvauksen kanssa suoritettiin lämpötilan referenssimittauksia samanaikaisesti maanpinnalla useasta havaintopisteestä. Lisäksi ilman lämpötilahavaintoja oli runsaasti käytettävissä kuvausajankohdalta Turun yliopiston kaupunki-ilmastoprojektin lämpömittariverkoston keräämänä.
Kuva 2. Lämpöilmakuva Turun keskusta-alueelta. Kuvaus suoritettiin 21.–22.10.2013 välisenä yönä Specim Oy:n kehittämällä ja valmistamalla hyperspektrikameralla. Huomioi, että osa lämpöilmakuvalla näkyvistä selvästi ympäristöään lämpimämmistä kohteista on tarkoitettu ”vuotamaan” lämpöä. Tällaisia ovat esimerkiksi muuntajien jäähdytysyksiköt ja lämmitettävät parkkihallien ajoluiskat. Lisäksi pintojen emissiivisyyserot aiheuttavat sen, että havaitut pintalämpötilat ovat joissain tapauksissa todellisuutta alhaisempia.
Lämpöilmakuvaus auttaa lämpövuotojen havainnoinnissa
Lämpöilmakuvauksen lopputuotteena saatiin orto-oikaistu lämpötilakartta Turun keskusta-alueelta (kuva 2). Kartasta on tähän mennessä saatu selville muun muassa kaikkein selvimpiä lämpövuotokohteita, kuten poistoilmakanavia, muuntamoita ja lasikattoja. Tämän ohella lämpöilmakuvasta on havaittu kaukolämpöputken vuoto, joka näkyy ilmakuvassa viivamaisena ympäristöään lämpimämpänä kohteena (kuva 3).
Suurimmat virhelähteet lämpöilmakuvassa aiheutuvat eri materiaalien emissiivisyyksien aiheuttamista eroista. Eritoten matalaemissiiviset pinnat, kuten maalaamattomat peltikatot, ilmenevät lämpökartassa selvästi ympäröiviä alueita kylmempinä, koska ne heijastavat enemmän ympäristön lämpösäteilyä suhteessa lähettämäänsä lämpösäteilyyn. Emissiivisyyseroista aiheutuvia virheitä voidaan kuitenkin lieventää tekemällä aineistolle emissiivisyyskorjaus. Lisäksi referenssimittaukset helpottavat mahdollisten virheiden löytämistä. Kaukokartoitusta on käytetty kaupunkien lämpösaareketutkimuksissa enenevässä määrin, mutta hyperspektrikuvaus on menetelmänä tässä tarkoituksessa vielä verraten tuore.
Kuva 3. Kaukolämpöputken vuoto, joka näkyy lämpöilmakuvassa pitkänä ja kapeana viivamaisena kohteena. Pintamateriaalit, joilla on matala emissiivisyys, näkyvät kuvasssa ympäristöään selvästi kylmempinä kohteina. Esimerkkinä oikean alareunan laaja bitumikatto
LÄHTEET
Suomi, J & Käyhkö, J. (2012). The impact of environmental factors on urban temperature variability in the coastal city of Turku, SW Finland. International Journal of Climatology 32: 451–463. DOI:10.1002/joc.2277
Voogt, J.A. & Oke, T.R. (2003). Thermal remote sensing of urban climates. Remote Sensing of Environment 86: 370–384. DOI:10.1016/S0034-4257(03)00079-8
Weng, Q. (2009). Thermal infrared remote sensing for urban climate and environmental studies: Methods, applications, and trends. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing 64: 335–344. DOI:10.1016/j.isprsjprs.2009.03.007
AIHEESTA MUUALLA
Turun yliopiston maantieteen ja geologian laitoksen kaupunki-ilmastoprojektin kotisivut
(https://www.utu.fi/en/sites/climate/climate/turclim/Pages/home.aspx)
Oululaisen kaukokartoitusteknologiaa kehittävän ja valmistavan Specim Oy:n verkkosivusto
11.12.2014
