Inom FAME-flaggskeppet utvecklas en verktygslåda för matematiska metoder för samhällets behov

De matematiska metoder som används inom olika branscher är i stor utsträckning likadana. I stället för att utveckla beräkningstekniker endast för den specifika branschens behov, gör flaggskeppsprojektet detta tillsammans med forskare inom olika branscher.

"Matematiska metoder som utnyttjas inom andra branscher kan vara till nytta för Meteorologiska institutet, till exempel när vi utvecklar väderprognosen och dess metoder. Även de metoder som vi använder kan vara värdefulla för andra branscher. Därför är det viktigt att diskutera med experter inom olika områden", berättar forskningsprofessor Anders Lindfors.

Utöver väderprognoserna utnyttjar Meteorologiska institutet kalkylmässiga metoder även inom andra tillämpningsområden, såsom vid mätning av växthusgaser med hjälp av satelliter. Satelliter hjälper till att mäta bland annat luftföroreningar och växthusgasutsläpp från rymden. På så sätt kan man till exempel följa upp hur målen i Parisavtalet framskrider. Den europeiska satelliten CO2M som avfyras 2026 gör det möjligt att mäta dessa uppgifter ännu noggrannare än i nuläget.

"Matematiken är inte separat från det övriga samhället, utan den behövs inom alla livsområden, särskilt inom vetenskap och teknologi. FAME-flaggskeppet är ett utmärkt exempel på matematisk toppforskning som har tillämpningar inom olika områden, inom allt från medicin till rymden", konstaterar forskningsprofessor Marko Laine.

Målet är en forskning om konkreta teman i vardagslivet

FAME-flaggskeppsprojektet, som inledde sin verksamhet i år, är en fortsättning på den långsiktiga forskningen tillsammans med Finlands inversionsmatematiker. Skillnaden jämfört med det tidigare arbetet är att man inom FAME-flaggskeppet bedriver forskning om ämnen som berör vardagslivet på nära håll.

Ett av flaggskeppens mål är att bedriva forskning som är till konkret nytta för både samarbetspartners och samhället. I anslutning till detta är det viktigt att förstå vilka lösningar till exempel företagen behöver i anslutning till flaggskeppets kompetensområde.

Ett av flaggskeppens mål är att bedriva forskning som är till konkret nytta för både samarbetspartners och samhället.

Forskningarna inom FAME-flaggskeppsprojektet grundar sig på inversionsproblem och -modelleringar. Inversionsmodellering eller omvänd modellering innebär att man indirekt utreder okända variabler i modellen.

Ett exempel på ett inversionsproblem är satellitfjärranalys av växthusgaser.

"Satellitens instrument upptäcker solljusspektrum som reflekteras från marken och passerar genom atmosfären. När vi vet hur en viss mängd gaser i atmosfären, t.ex. koldioxid, påverkar solljusets förlopp, kan man av det observerade spektret omvänt dra slutsatser om hur många olika ämnen i atmosfären som har producerat denna observation. Detta och många andra typiska lösningar på inversionsproblem är icke entydiga och mycket känsliga för små förändringar i systemets tillstånd", berättar enhetschef Johanna Tamminen.

"Det är givande att göra en inversionsundersökning, i synnerhet om någon lösning fungerar i det egna problemet och någon annan dessutom kan utnyttja den i ett helt annat problem, eventuellt inom ett helt annat område", berättar Tamminen.

Tillförlitligheten hos väderprognoser som skapats med artificiell intelligens som forskningsobjekt

Inom flaggskeppsprojektets forskningar söker man inte bara svar på enskilda problem, utan man strävar också efter att i stor utsträckning förstå osäkerhetsfaktorer i anslutning till fenomenen. Kännedom om osäkerhetsfaktorer hjälper till att skapa en så sanningsenlig uppfattning som möjligt om modellernas och prognosernas tillförlitlighet. Detta är mycket viktigt inom många av Meteorologiska institutets verksamhetsområden, även för att förutspå vädret.

Inom flaggskeppsprojektets forskningar söker man inte bara svar på enskilda problem, utan man strävar också efter att i stor utsträckning förstå osäkerhetsfaktorer i anslutning till fenomenen.

Maskininlärning och artificiell intelligens är nya faktorer som berör många branscher. De traditionella väderprognoserna grundar sig på modellerad fysikalisk information om atmosfären. Utöver modellerna behövs observationer som bl.a. satelliterna producerar. Den nyaste trenden är databaserad prognostisering som baserar sig på neuronnät.

"Vi undersöker om vädret kan förutspås enbart med hjälp av observationer och utreder hur tillförlitlig den databaserade artificiella intelligensen är i prognostiseringen av vädret. Även detta kräver förståelse för matematiska metoder", beskriver Laine.

Över hundra forskare deltar i FAME-flaggskeppsprojektet (Flagship of Advanced Mathematics ​ for Sensing, Imaging and Modelling). Flaggskeppet leds av Östra Finlands universitet. Förutom Meteorologiska institutet deltar även Helsingfors universitet, LUT-universitetet, Jyväskylä universitet, Aalto-universitetet, Uleåborgs universitet och Tammerfors universitet.

Under våren publicerar vi artiklar på vår webbplats där vi fördjupar oss i de flaggskeppsprojekt som Meteorologiska institutet deltar i. Tidigare publicerade artiklar:

• Forskningens flaggskepp producerar effektiv data för samhällets behov

• Vårt mål är ren luft och ett tryggt klimat – flaggskeppsprojektet för atmosfären och klimatet förenar klimat- och luftkvalitetsforskningen på ett unikt sätt

Text Juliana Hulkkonen