Maajään mallinnus pohjoisella ikirouta-alueella

• Main Author: Keränen, J. (Joonas)
• Format: Master Thesis
• Language: Finnish
• Published: University of Oulu 2020
• Subjects: Gam; Arktis*
• Online Access: http://jultika.oulu.fi/Record/nbnfioulu-202012173362

Tiivistelmä. Veden jäätymisestä seuraavan tilavuuden kasvun takia maajäällä on merkittävä vaikutus ikirouta-alueen maaperän ominaisuuksiin. Arktisen alueen lämmetessä maajään sulaminen vähentäisi maaperän kantokykyä. Koska pohjoinen ikirouta-alue peittää noin 24 % pohjoisen pallonpuoliskon maa-alasta, olisi tällä huomattavia vaikutuksia alueen ympäristölle ja asukkaille. Maajään määrän mallintaminen onkin tärkeää sulamisen vaikutusten voimakkuuden ja laajuuden arvioimiseksi. Tämän tutkielman tarkoituksena on selvittää maajään määrään vaikuttavia tekijöitä ja tilastollisesti mallintaa sen määrää sirkumpolaarisella alueella. Aineistona toimivat pohjoisella ikirouta-alueella vuosina 2000–2014 suoritetut kenttätutkimukset, joiden tulokset kerättiin tieteellisistä julkaisuista. Aineisto jaettiin gravimetriseen (n=49) ja volumetriseen (n=22) maajäämäärän esittämisen mukaan. Näytteidenottopaikkojen koordinaattien pohjalta laskettiin ilmasto-, ympäristö-, ja maaperämuuttujat neliökilometrin tarkkuudella. Molempien aineistojen kohdalla maajään määrää mallinnettiin yleistetyn additiivisen mallin (GAM, generalized additive model) avulla. Saatujen mallien ennustuskykyä ja toimivuutta arvioitiin LOOCV (leave-one-out-cross-validation) ristiinvalidoinnilla ja laskemalla MAE (mean error, keskivirhe) sekä RMSE (root mean squared error, keskineliövirheen neliöjuuri). Gravimetrisessa maajään mallissa selittäviksi tekijöiksi valikoituivat tärkeysjärjestyksessä NDVI (normalized difference vegetation index) -kasvillisuusindeksi, karkeiden sedimenttien määrä, orgaanisen aineksen määrä, vuotuinen keskilämpötila ja lumisateen määrä. Volumetrisessa mallissa selittävät tekijät olivat hienorakeisten sedimenttien määrä ja FDD (freeze degree days). Gravimetrisen malli selitysaste jäi 21 %:iin, kun volumetrisen mallin selitysaste oli 42 %:a. Gravimetrisen mallin kalibroinnissa MAE ja RMSE olivat 23,1 ja 30,4, ristiinvalidoinnilla vastaavien arvojen ollessa 29,9 ja 36,9. Volumetrisen mallin kohdalla MAE oli 8,1 ja RMSE 10,3, kun ...