Uusi apulaisprofessori Pertti Ala-aho haluaa hyödyntää digitalisaatiota vesivarojen tutkimuksessa ja hallinnassa

Tekniikan tohtori, diplomi-insinööri Pertti Ala-aho aloittaa työnsä apulaisprofessorina 1.7.2022 Oulun yliopiston vesi-, energia- ja ympäristötekniikan tutkimusyksikössä. Oulun yliopisto päätti perustaa professuurin saatuaan Maa- ja vesitekniikan tuki ry:ltä (MVTT) merkittävän miljoonan euron lahjoituksen tekniikan alalle. Lahjoitusvarojen ansiosta Ala-aho voi alkaa rakentamaan tutkimusryhmää ja tekemään uusia tutkimusavauksia vesiteknillisen tutkimuksen ja digitalisaatiokehityksen yhdistämisestä.

”Viimeaikainen teknologinen kehitys on aiheuttanut digiloikan veden määrän ja laadun seurannassa. Uusi sensoritekniikka mahdollistaa reaaliaikaisen seurannan monista tärkeistä vedenlaatuparametreista virtavesissä. Kaukokartoitusmenetelmät satelliittien ja droonien avulla puolestaan tuottavat valtavasti tietoa vesivarojen, kuten maankosteuden ja lumipeitteen, ominaisuuksista kattaen laajoja alueita”, Ala-aho kertoo.

Avoimien ja vapaasti saatavilla olevien digitaalisten aineistojen määrä on siis kasvanut räjähdysmäisesti, mutta aineistojen hyödyntäminen vesivarojen hallinnassa ei Ala-ahon mielestä ole pysynyt kehityksessä mukana. ”Esimerkiksi useimmat veden kiertoa simuloivat matemaattiset mallit eivät pysty täysimittaisestihyödyntämään uusia digitaalisia aineistoja. Tilanne on hieman kuin olisimme ruotsinlaivan buffetissa ilman lautasta – on paljon valinnanvaraa, mutta ei keinoja hyödyntää tarjontaa”, hän vertaa.

Esimerkkinä sensoritekniikan tutkimuksesta Ala-aho mainitsee tänä syksynä ohjauksessaan alkavan väitöstyön. Työssä hyödynnetään DTS (distributed temperature sensing) -valokuitukaapelin kykyä mitata lämpötilaa tarkasti (alle 0,1 °C), tiheästi (esim. metrin välein) ja usein (esim. joka minuutti) koko pitkän kaapelin matkalta.

”Olemme yhteistyössä Geologian tutkimuskeskuksen kanssa asentaneet kaksi kilometriä pitkän kaapelin mittaamaan puron lämpötilaa tutkimusalueellamme Pallaksella. Suurta aineistoa analysoimalla olemme jo oppineet, kuinka tällainen nk. ’big data’ luo täysin uusia näkökulmia virtavesien lämpötilan vaihtelun ja lämpötilaa säätelevien prosessien ymmärtämiseen.”

Alkavan väitöstyön tavoitteena on laajentaa DTS-kaapelin käyttösovelluksia lumen ja roudan tutkimukseen asentamalla vastaava kaapeli lumipatjaan ja maaperään. Ensimmäiset asennukset ovat suunnitteilla tulevalle syksylle. ”Työn tavoitteena on paitsi mittaustekniikan sovellusten kehittäminen, myös mittauksesta saatavan ’big data’ -aineiston hyödyntäminen pohjoisen hydrologisen mallinnuksen ja koneoppimisen yhdistämisessä”, Ala-aho visioi.

Edellytyksiä ihmistoiminnan ja ilmastonmuutoksen vaikutusten seurantaan

Vesi kiertää kaikkialla luonnossa ja rakennetussa ympäristössä, joten tutkimuksen avulla on tärkeää tuottaa ratkaisuja, jotka ylittävät sektori- ja tieteenalarajat. Esimerkiksi jokien vesimäärän ja laadun tarkempi simulointi luo edellytykset maankäytön ja ilmastonmuutoksen vaikutusten tarkasteluun, vesiensuojelun suunnitteluun ja turvalliseen vesihuoltoon.

”On tärkeää, että uudet digitaaliset aineistot ja viimeisimmät mallinnusmenetelmät pääsevät aktiiviseen käyttöön yhteiskunnassa. Ne ovat paras käytettävissä oleva tapa arvioida, mitä vaikutuksia sekä ilmastonmuutoksella että ihmisen toiminnalla, kuten esimerkiksi biotalouteen siirtymisellä tai vesistöjen kunnostamisella, on vesivaroihin”, Ala-aho kuvaa.

Oulun yliopisto tekee läheistä yhteistyötä alan yritysten ja tutkimuslaitosten kanssa. Vesitekniikan uudella resursoinnilla vahvistetaan myös vesitekniikan yritysyhteistyötä ja tutkimuksen tuomien ratkaisujen soveltamista käytäntöön laajasti Suomessa ja kansainvälisesti.

”Uuden professuurin myötä vahvistamme Oulun yliopiston kansainvälistä asemaa johtavana vesitekniikan tutkimusympäristönä ja etenkin kylmän ilmaston hydrologisten prosessien tutkimuksen ja mallinnuksen osaajana. Arvostamme suuresti Maa- ja vesitekniikan tuki ry:n lahjoitusta, jonka ansiosta professuuri mahdollistui”, Oulun yliopiston vesi-, energia- ja ympäristötekniikan tutkimusyksikön johtaja, professori Björn Klöve sanoo.

Lumisten alueiden vesitutkija

Tähänastisessa Suomen Akatemian rahoittamassa tutkijatohtorin tehtävässään Pertti Ala-aho on tutkinut lumen merkitystä pohjoisille vesivaroille. Lumen määrää sekä sulavan lumen kulkeutumista ja varastoitumista ympäristöön tutkitaan erilaisin mittauksin, kuten määrittämällä veden ja lumen vesimolekyylien isotooppikoostumusta.

Isotooppikoostumusta käytetään vesimolekyylien ”sormenjälkenä”, joka on lumesta sulavassa vedessä erilainen kuin vesistöissä tai pohjavedessä. Näin sulavan lumen liikettä voidaan jäljittää vesinäyttein ja tulevaisuuden muutoksia lumiolosuhteissa voidaan arvioida matemaattisilla malleilla.

Suomen Akatemia myönsi tänä keväänä Ala-aholle viisivuotisen akatemiatutkijan rahoituksen lumitutkimuksen jatkamiseksi. Mallinnuksen, digitalisaation ja lumitutkimuksen teemat nivoutuvat kiinteästi toisiinsa pohjoisissa ympäristöissä. Koska hankkeet tukevat toisiaan, Ala-aho hoitaa akatemiatutkijan tehtävää rinta rinnan professuurin kanssa.

”Olen erittäin kiitollinen ja otettu, että Suomen Akatemia näki tämän tutkimusteeman rahoittamisen tärkeäksi. Ilmastonmuutoksen vaikutus globaaleihin lumiolosuhteisiin on jo käynnissä oleva tosiasia. Meille pohjoisen asukeille lumen merkityksen ymmärtäminen on mielestäni valtavan tärkeää ja kiireellistä sekä vesivarojen riittävyyden turvaamiseksi että pohjoisten ekosysteemien suojelemiseksi”, Ala-aho painottaa.