Avoin ympäristötieto – yhteistyön kehittäminen vesistöjen seurannassa. Järvien vedenlaatupalvelu -hankkeen loppuraportti

Julkisten tietovarantojen mahdollisimman tehokkaan käytön on katsottu tuottavan uutta tietoa ja palveluita sekä lisäävän hyvinvointia. Kerätyn ympäristötiedon heikko hyödyntäminen yritystoiminnassa on kuitenkin jo pitkään tiedossa ollut ongelma. Syitä tähän voi etsiä ympäristötiedon epäkaupallisesta luonteesta, sen keräämistavoista ja saatavuudesta tai esimerkiksi julkisen sektorin vahvasta roolista toimialalla. Järvien vedenlaatupalvelu -hankkeessa (Tekes, 2009-2012) haluttiin edistää julkisen tiedon hyödyntämistä yksityisellä sektorilla sekä kehittää yhteistyötä eri toimijoiden välillä. Lähtökohtana oli paikallisen tutkimusinfrastruktuurin kehittäminen niin, että eri lähteistä kerätty vedenlaadun mittaustieto olisi tietokannan kautta helposti yritysten käytettävissä. Lisäksi hankkeessa tutkittiin eri käyttäjien tarpeita vedenlaatutiedolle, kehitettiin menetelmiä tiedon tarkkuuden parantamiseksi sekä luotiin muun muassa lyhyen aikavälin ennustemalleja. Konkreettinen tulos oli myös uuden “jokamiehen” vedenlaadun mittalaitteen kehittäminen. Tämä esimerkiksi matkapuhelimen kameran käyttöön perustuva mittalaite tuo uusia mahdollisuuksia edullisen vedenlaatutiedon keräämiseen, kansalaishavainnointiin ja samalla myös erilaiseen liiketoimintaan. Julkiseen ympäristötietoon perustuvaa liiketoimintaa pohdittiin kahdessa työpajassa. Työpajoissa keskusteltiin siihen liittyvistä haasteista ja mahdollisuuksista sekä myös ideoitiin uusia julkiseen ympäristötietoon perustuvia liiketoimintamahdollisuuksia. Tässä julkaisussa pohditaan julkisen ja yksityisen sektorin yhteistyön mahdollisuuksia Järvien vedenlaatupalvelu -hankkeen tulosten pohjalta

Uudet menetelmät ympäristöntutkimuksessa ja seurannassa – pilottina Säkylän Pyhäjärvi

Vesistöalueiden ja vesivarojen hoidon ja suojelun tutkimuksessa tulevat jatkossa vieläkin enemmän korostumaan kokonaisvaltaiset ratkaisut, joilla etsitään kestäviä ja taloudellisia ratkaisuja vesiensuojeluongelmiin. Ilmastonmuutoksen myötä lisääntyvät leudot talvet aiheuttavat haasteita sekä hajakuormituksen vähentämistavoitteille että ympäristön seurannalle. Ympäristöntutkimuksessa ja -seurannassa tarvitaan uusien menetelmien käyttöönottoa, mutta menetelmät vaativat kehitystyötä, testausta ja validointia. Tekesin rahoittaman CatchLake-hankkeen päätavoitteena oli uusien menetelmien testaaminen pilottialueen mittakaavassa. Alueena oli vesihuollon ja virkistyskäytön kannalta merkittävä Säkylän Pyhäjärvi valuma-alueineen. Hanke koostui kolmesta toisiaan täydentävästä osasta: mallinnuksesta, mittauksista valuma-alueella ja järvellä, sekä kaukokartoituksesta. Julkaisussa tarkastellaan uutta tietoa ympäristöntutkimuksessa ja seurannassa, sekä pohditaan uuden tiedon käyttöä, sovelluksia sekä mahdollisia kehityssuuntia

State-of-the Art Study in Citizen Observatories : Technological Trends, Development Challenges and Research Avenues

Citizen science has rapidly spread in the last decades around the world as a genuine interactive and inclusive opportunity for engaging citizens in the continuous collection of data relevant for science, governance, businesses, communal living and individual concerns. The present–day abundance of ICT technologies has caused the proliferation of two data collection methods in this field: participatory (user-centric) and opportunistic (device-centric). As a result, citizen observatories have become big data systems, with large scale volumes of data that come and go to millions of users.; about any social or environmental phenomenon (e.g. transit, air or weather) and comes in different formats (e.g. XML, Plain Text, CSV) and through different platforms (e.g. websites, mobile apps, sensor networks). This study reviewed the last 10 years of citizen science literature through a systematic literature review. This study identified 108 citizen observatories, which were deeply studied and clustered to identify global and European trends in environmental applications, practices, engagement techniques and technology uses. Challenges and recommendations from the literature in the field were classified to understand the common present and future path for the discipline. Furthermore, a survey and interviews were applied to stakeholders in Finland to gain broader understanding of the field country–wise. This study, provides the first comprehensive insight of the broad scale of contemporary ICT enabled citizen observatories in social and environmental dimensions

A Synthesis of Marine Monitoring Methods With the Potential to Enhance the Status Assessment of the Baltic Sea

Highlights - We rated novel methods regarding their ability to improve the Baltic Sea monitoring. - Methods were assessed with respect to their costs and applicability. - All methods can potentially increase data resolution or monitor novel ecosystem elements. - We recommend several novel methods for the Baltic status assessment.A multitude of anthropogenic pressures deteriorate the Baltic Sea, resulting in the need to protect and restore its marine ecosystem. For an efficient conservation, comprehensive monitoring and assessment of all ecosystem elements is of fundamental importance. The Baltic Marine Environment Protection Commission HELCOM coordinates conservation measures regulated by several European directives. However, this holistic assessment is hindered by gaps within the current monitoring schemes. Here, twenty-two novel methods with the potential to fill some of these gaps and improve the monitoring of the Baltic marine environment are examined. We asked key stakeholders to point out methods likely to improve current Baltic Sea monitoring. We then described these methods in a comparable way and evaluated them based on their costs and applicability potential (i.e., possibility to make them operational). Twelve methods require low to very low costs, while five require moderate and two high costs. Seventeen methods were rated with a high to very high applicability, whereas four methods had moderate and one low applicability for Baltic Sea monitoring. Methods with both low costs and a high applicability include the Manta Trawl, Rocket Sediment Corer, Argo Float, Artificial Substrates, Citizen Observation, Earth Observation, the HydroFIA®pH system, DNA Metabarcoding and Stable Isotope Analysis

Meriseurannan tiekartta – SYKEn ylläpitämien ja koordinoimien meren tilaseurantojen nykytila ja kehittäminen

Raportissa kuvataan nykyiset SYKEn ylläpitämät ja koordinoimat meren kuormitus- ja tilaseurannat ja esitetään tavoitteita seurantojen kehittämiselle ja seurantatiedon käytön tehostamiselle vuoteen 2026 mennessä. Työ perustuu vuonna 2016 tehtyyn meriseurantojen toteutusta ja niiden kehittämistarvetta koskeneeseen kyselyyn, joka lähetettiin n. 30 seurantojen ja kehittämishankkeiden vastuuhenkilölle SYKEssä. Vastausten perusteella koottiin tiekartan alustava luonnos, jota on vuosina 2018-2019 päivitetty ja tarkistettu yhteistyössä seurantojen ja kehittämishankkeiden vastuuhenkilöiden kanssa. Nyt raportoitava versio antaa ajantasaisen kuvan SYKEn ylläpitämistä ja koordinoimista meren tilaseurannoista ja niiden kehittämisestä heinäkuussa 2020 alkaneen merenhoidon toisen seurantakauden kynnyksellä. Työ jakautuu aihealueisiin, joita ovat manuaaliseen näytteenottoon perustuva seuranta, automaatio, kaukokartoitus, kansalaishavainnointi, seurannan tietojärjestelmät, mallinnus ja sen tietotarpeet, seurantojen optimointi ja aineistojen yhteiskäyttö sekä merenhoidon ja HELCOM -työn tietotarpeet. Lisäksi tarkastellaan seuranta-aineistojen käyttöä. Seurantojen kehittämiselle esitetään välittömät tavoitteet (vastikään valmistunut tai valmistumassa oleva kehittämistyö) sekä tavoitteet vuoden 2020 aikana ja vuoteen 2026 mennessä

Satellite measurements of sea surface temperatures

Tässä diplomityössä tutkittiin erilaisia käytettävissä olevia menetelmiä merenpinnan lämpötilan mittaamiseksi satelliitti-instrumenteilla. Mikroaalto- ja infrapunamenetelmin tapahtuvien lämpötilanmittausten teoreettiset perusteet esiteltiin ja käytiin läpi mittauksiin vaikuttavia virhelähteitä. Erityisesti keskityttiin niihin menetelmiin, joita voidaan soveltaa AVHRR-instrumentissa (Advanced Very High Resolution Radiometer) käytettäviksi. Vesihöyry on infrapunamittausten suurin virhelähde 8-13 mikrometrin alueella, joka muuten soveltuu hyvin pintalämpötilojen mittaamiseen. "Split window" -tekniikassa käytetään apuna kanavien 4 ja 5 kirkkauslämpötilojen eroa, sillä eri aallonpituuksilla tapahtuvan erilaisen absorption määrän avulla voidaan saada selville ilmakehän vaikutuksen suuruus. Tutkimuksen aikana muodostettiin uudet kertoimet suomalaista ilmastoa varten, koska maailmanlaajuisesti käytettävät algoritmit on optimoitu korjaamaan myös huomattavasti suurempia ilmakehän kosteuspitoisuuksia kuin mitä Suomessa normaalisti tavataan. Uusi algoritmi muodostettiin simuloimalla satelliittimittauksia tilastollisesti muodostetuille tyypillisille lämpötilan ja kosteuden vertikaalijakaumille. Menetelmää testattiin vertaamalla tuloksia paikan päällä tehtyihin mittauksiin, ja havaittiin tarkkuuden olevan vertailukelpoista globaalien algoritmien kanssa. Käytettävissä ollut mittausdata ei soveltunut hyvin pintalämpötila-algoritmien testaamiseen. Projektin aikana syntyneellä MODTRAN - säteilynkulkuohjelmaan perustuvalla simulointiohjelmistolla on ollut käyttöä mm. kuvaavan spektrometrin (AISA) ilmakehäkorjauksessa, sillä sen avulla voidaan toteuttaa ohjelmallinen yhteys MODTRAN-ohjelmaan

Retrieval of water quality parameters using different channel configurations

KurzfassungRecently launched satellite instruments, such as SeaWiFS and MODIS, and instruments to be launched in the near future, such as MERIS, provide a significant increase of remote sensing data suitable for water quality monitoring. Numerous channels in visible and near infrared wavelengths provide a variety of possibilities for water quality parameter estimation, starting from simple band ratio algorithms and extending towards more complex neural network solutions and inverse algorithms. As all these instruments have individual measurement channel characteristics - number of channels, central wavelengths and widths - exactly the same detection methods cannot be used in different satellites. The different detection methods and channel configuration differences will most likely in practice lead to different estimates by different instruments even if the water and atmospheric state is constant. From the end users point of view it is important to know these differences, if different data sources are to be used. In order to understand the error characteristics and to assess the capabilities of different instruments, a comparison with ground truth data must be made. Hyperspectral data from various sources (airborne imaging spectrometer measurements, shipborne spectrometer measurements, water optical models) is converted with suitable channel response functions to different satellite instrument multispectral configurations. This data is compared with the water sample laboratory analysis using an inverse water optical model, which converts spectral measurements to water quality parameters (chlorophyll, gelbstoff and suspended sediment content, algae species etc.). The optical model parameters are adjusted by using the full hyperspectral and laboratory analysis data to minimise the inversion errors caused by the model itself. Thus the results reflect the ability of different instruments to reproduce the key features of the hyperspectral signature of water in order to adequately detect the different water quality parameters. Another source of error in the water quality measurements is the atmospheric correction of the measured channels. In lakes and coastal areas also the adjacency effect plays an important role: Some light is originally reflected from the neighbouring land area and further scattered from the atmosphere above water to the satellite sensor. The influence is large specifically in the infrared region, where vegetation is very bright and water dark. As some atmospheric correction algorithms assume water dark in this region, the phenomenon may cause cumulating errors by leading to a distracted correction of channel values. The influence of atmospherically induced errors is modelled by using 6S model twice: Reflectance on water surface is converted to a measurement by the satellite using one atmospheric state model and back to a water surface reflectance with another. This distracted measurement is then used as an input to the inverse water optical model. The results are based on measurements in Lake Constance. The cases studied can be considered as case 2 water, in which there is also other optically active components than plankton. In such waters the water optical models are relatively complex. Specially in lakes the model parameters may require region-specific optimisation, thus the presented methods can be used to create local estimates of the different instrument accuracy