Eesti teadlased ennustavad satelliitide abil üleujutusi

Üleujutus (ülemine paneel), mille ulatuse kaardistamiseks on kasutatud Sentinel-1 satelliidi (all vasakul) poolt kogutud andmeid. Kaugseireteenusega kaardistatud üleujutus Kasari jõe suudmealal (all paremal). Foto: Rivo Uiboupin

TalTechi Meresüsteemide instituudi arendatud üleujutuste kaugseire ja sadamate keskkonnaseire teenused pakuvad lahendusi, mis aitavad inimestel ja ettevõtetel tagada turvalisust ning teha paremaid planeerimisotsuseid.  Trialoogi portaalist selgub, et eriti oluline on mullu kevadel valminud kaugseire teenus, mis kasutab satelliitpilte üleujutusalade kaardistamiseks.

Teenuse eesmärk on võimaldada pidevat veealade seiret ning pakkuda alates 2015. aastast statistilisi ülevaateid suurvee esinemise kohta, toetades sellega efektiivsemat riskihindamist ja ettevalmistust äärmuslike ilmastikunähtuste vastu.

Satelliidid aitavad üleujutusi kaardistada

TalTechi Meresüsteemide instituudi kaasprofessor Rivo Uiboupin rääkis, et teenuse ajendas looma Keskkonnaagentuuri ja Kliimaministeeriumi vajadus täita seadusest tulenevat kohustust kaardistada ja jälgida üleujutusalasid. „Teenus on nagu ilmateade, kuid keskendub konkreetsetele üleujutusi puudutavatele ohtudele. Igaüks saab veebist vaadata, kus üleujutused parajasti esinevad, olgu see siis Matsalu lahe rannikul või Soomaal.“

Meresüsteemide kaugseire kaasprofessor Rivo Uiboupin. Foto: Erakogu

Operatiivse seire puhul töötlevad TalTechi teadlaste arendatud algoritmid satelliidi radaripilte, et määrata automaatselt üleujutusalad ja pakkuda kasutajatele reaalajainfot. See on eriti kasulik kevadiste ja sügiseste üleujutuste ajal. Satelliitpiltide statistiline analüüs võimaldab kogutud andmete põhjal hinnata, kui tihti ja millistes piirkondades üleujutusi esineb.

Teenuse praktilisust ilmestab see, et lisaks reaalajas vaatamisele saab andmeid kasutada ka planeerimisel, näiteks arendusotsuste tegemisel. „Tänaseks on teadlikkus kliimaga seotud riskidest ja üleujutuste mõjust kasvanud ning seireandmeid võetakse arvesse ka planeerimisotsustel,“ lisas Uiboupin.

Uiboupini sõnul oli tehnoloogiliselt kõige keerulisem töötada välja satelliitpiltide töötlemise algoritme, mis oleksid täpsed, usaldusväärsed ja vastaksid tellija ootustele. „Et viia teadustulemused praktikasse, on vaja lisaks tehnoloogia arendamisele ka head koostööd tellijaga.“ Ta tunnistab, et teekond on olnud käänuline ja väljakutseid täis, ent huvitav. „Uute tehnoloogiliste lahenduste riigiteenustesse integreerimisel oleme ületanud tänaseks kitsaskohad ja koostöö tellijatega on ladus.“

Rohkem kui 15 miljonit vaatamist

Kaugseire kõrval on TalTechi meresüsteemide instituudi meeskonnal pikaajaline kogemus sadamate operatiivses keskkonnaseires, mille algtõukeks võib pidada 2005. aasta jaanuaritormi. See suurte mastaapidega sündmus tekitas mõõtejaamade sadamatesse paigaldamiseks praktilise vajaduse – sai selgeks, et tuleb jälgida veetaset, tuule kiirust ja muid keskkonnaparameetreid. Kogutavad andmed aitavad paremini mõista meres toimuvaid protsesse ja hinnata ekstreemsete keskkonnasündmuste mõjusid.

Tänaseks on instituudi hallatav mõõtejaamade ehk nutipoide võrgustik laienenud ning hõlmab paarikümmet rannikujaama, mis edastavad viieminutiliste intervallide kaupa andmeid ning aitavad võtta sadamatel ja laevadel vastu kriitilisi navigatsiooniotsuseid. „Kui mõni meie süsteemi mõõtejaam läheb tehnilistel põhjustel korraks rivist välja, saame kohe kasutajatelt murekirju, mis näitab selgelt teenuse vajalikkust.“ Näiteks Muuga sadamas asuva mõõtejaama andmeid on aastate jooksul vaadatud üle 15 miljoni korra.

Näiteks Muuga sadamas asuva mõõtejaama andmeid on aastate jooksul vaadatud üle 15 miljoni korra.

Keskkonnaseire valdkonna arengu väljakutsed ei piirdu vaid uute mõõteseadmete lisamisega. Suurt rõhku pannakse ka mõõtetäpsuse ja prognooside kvaliteedi parandamisse.

Kaugseire valdkonnas on oluline ka arendada algoritme, et satelliidipiltide tõlgendamine oleks võimalikult täpne ja usaldusväärne. Samuti on oluline leida viise, kuidas muuta keeruline teaduspõhine info arusaadavaks ja kasutajasõbralikuks, olgu tegu siis merepinnatemperatuuri, veetaseme muutuste või muu keskkonnaparameetriga.

Täna hõlmab instituudi mõõtejaamade võrgustik paarikümmet rannikujaama, mis edastavad viieminutiliste intervallide kaupa andmeid ning aitavad võtta sadamatel ja laevadel vastu kriitilisi navigatsiooniotsuseid Foto: Kaimo Vahter/ TalTechi meresüsteemide instituut

Teadus, mis pole abstraktne

Uiboupin leiab, et teaduse suurim väärtus peitub selle praktilisuses. „Mind motiveerib meie teadustöö ühiskondlik mõju. Meie arendused toetavad nii poliitikakujundajaid kui ka tavakodanikke,“ ütles ta. Kõik lahendused – üleujutuste seire, sadamate keskkonnaseire või avamerel paiknevate tuuleparkide mõjude hindamine – tuginevad teadusele ja toetavad praktilisi otsuseid.

Eesti kaug- ja keskkonnaseire tulevik tundub Uiboupini sõnul põnev. Järgnevatel aastatel keskendub TalTechi meresüsteemide instituudi meeskond muuhulgas ka uute seiretehnoloogiate rakendamisele ja mere digitaalsete kaksikute arendamisele. „Me pakume täpseid ja usaldusväärseid mereandmeid ja soovime seeläbi toetada meie keskkonda ja tulevikku mõjutavaid otsuseid.“

Sarnaselt teiste valdkondadega muutub ka okeanograafias masinõpe ja tehisintellekt üha olulisemaks, seda nii lühiajaliste mereprognooside koostamisel kui ka pikaajaliste kliimamuutuste hindamisel. Samas, ilma täpsete vaatlusandmeteta ei saa masinõppemeetodeid efektiivselt rakendada. „AI-meetodite rakendamise abil suudame analüüsida suuri andmehulkasid ja teha täpsemaid prognoose. Praeguseks on meil mitmeid näiteid, kus tänu AI- ja masinõppe kasutamisele oleme parandanud mereprognooside täpsust. Samas tuleb arvestada, et AI ei ole kõikvõimas ja lõplik vastutus jääb ikkagi inimesele,“ rõhutas Uiboupin.

Kliimariskide jälgimine kosmosest

Keskkonnaagentuuri hüdroloogiaosakonna juhataja Jana Põldnurk rääkis, et pikas perspektiivis omandavad satelliitidel põhinevad seirevahendid kliimariskide maandamisel ja teadlike otsuste tegemisel Eestis väga suure tähtsuse. “Mida pikemaks kasvavad satelliidipiltide aegread, seda selgemalt saab tuvastada ajas toimuvaid muutusi,” ütles ta.

Üleujutuste seireteenuse arendamise koostöö TalTechi teadlastega on olnud Põldnurga hinnangul hea ja vastanud ootustele. Rakenduse valideerimisel on tekitanud suurimaid raskusi üleujutusalade hooajalisus ja ühe satelliiti piiratud kättesaadavus. Tulevikus on plaanis seireteenust arendamist jätkata. “Uurime eelkõige kliendi vaatenurgast põllu- ja metsaalade lokaalsete üleujutuste seirevõimalusi ning erinevaid funktsionaalsusi.“

Põldnurga sõnul on hüdroloogiaosakond alati valmis ülikoolidega koostööd tegema. Maailma mastaabis on Eesti positsioon keskkonnaseire innovatsioonis tema hinnangul üsna hea. “Meie tugevuste hulka kuuluvad kõrgel tasemel digitaristu, oma ala professionaalid, targad inimesed, osalus rahvusvahelistes organisatsioonides ja paindlikud lähenemisviisid.“

Parvlaevad Tõll ja Piret. Pilt on illustreeriv. Foto: Tairo Lutter

Kaugseirega tormide vastu

AS Saare Liinid on üks neid ettevõtteid, kellele on TalTechi Meresüsteemide instituut paigaldanud sadamatesse keskkonnaseirejaamasid. AS Saarte Liinid sadamate peakapteni Andrus Maide sõnul on koostöö olnud hea ja pikaajaline. “Kui kunagi ühendasime jõud projektipõhiselt, siis täna töötame koostöölepingu alusel. Viimase rohkem kui viieteistkümne aasta jooksul on saanud kümme Saarte Liinide sadamat omale autonoomsed meretaseme- ja meteoroloogiajaamad. Lähiajal on plaanis paigaldada jaamad veel kolme sadamasse.”

Maide tõdes, et 2005. aasta jaanuaritorm tõi ilmekalt välja vajaduse varustada sadamad meteoroloogia- ja meretasemejaamadega ning omada usaldusväärset meretaseme mudelprognoosi. “On üsna selge, et inimene ei suuda oma käega tormi ära hoida, aga kui ta teab tormitulekust ja selle ulatusest ette, on tal võimalik selleks valmistuda,“ tõdes ta.

Maide selgitas, et TalTechi Meresüsteemide instituut aitab hoida Saarte Liinide sadamatel töös seirejaamu ja saada ülevaadet sadamates registreeritud keskkonnaandmetest. “Kuvades kogutud andmeid sadamate kodulehel, on võimalik jagada sadamat külastavatele laevadele, väikelaevadele ja teistele piirkonnas liikuvatele veesõidukitele jooksvat ilmainfot.“

Sadamate igapäevatöös ja operatiivses planeerimises on meretasemealane info äärmiselt oluline, kuna Saarte Liinide sadamad asuvad madalates merepiirkondades, kus väiksemgi meretaseme kõikumine võib mõjutada laevaliiklust. “Sellises olukorras on TalTechi teadlaste läbiviidaval meretaseme mudelprognoosil sadamate töö korraldamises määrav tähtsus,” ütles ta.

Kliimamuutuste tagajärjed mõjutavad sadamataristut üha enam, märkis Maide. “Jääd on vähemaks jäänud ja sellega on suurenenud lainetuse surve sadamarajatistele. Nende mõjude hindamiseks on meteoroloogia- ja meretasemejaamade andmed eriti väärtuslikud.”