Mitä prosessoinnilla tarkoitetaan?
Prosessoinnilla tarkoitetaan yleisesti käsittelyä, muokkausta ja jalostamista. Mittausdatan prosessointi tarkoittaa datan muokkaamista haluttuun muotoon erilaisin menetelmin.
Mittausdatasta halutaan selvittää jotain mitä ei olla suoraan voida mitata, prosessointi tarkoittaa tapahtumasarjaa (prosessia), jossa mittausdataa tutkitaan ja sen perusteella tehdään laskelmia ja johtopäätöksiä.
GOMOS:in mittausdatan prosessoinnista käytetään myös rinnakkain ilmaisua mittausdatan analysointi. Analysoinnilla tarkoitetaan yleisesti erittelyä ja tutkimista osiin jakamalla.
GOMOS-datan prosessointi
Datalla tarkoitetaan lukuja, jotka on tallennettu tiedostoon. GOMOS:in raaka mittausdata on tähden spektrejä. Mittausdata on siis prosessoitava (analysoitava), jotta saadaan selville ilmakehän kaasupitoisuudet. Tämä prosessointi tapahtuu Lapin ilmatieteellisessä tutkimuslaitoksessa.
Seuraava kaavio havainnollistaa vaiheita ja korjauksia, joita mittausdatan prosessoinnissa tehdään, jotta saadaan selville kaasupitoisuudet:
Mittausdatan prosessointi -osioissa perehdytään prosessoinnin vaiheista transmission laskemiseen sekä spektraali- ja vertikaali-inversioihin. Näissä käytetään monenlaisia matemaattisia menetelmiä.
Koska prosessoidutkin datat ovat vain lukuja tiedostossa, on niitä tulkittava erilaisten kuvien avulla. Pelkät esimerkiksi otsonin tiheydet eri korkeuksilla tiedostoon tallennettuina ovat vaikeita tulkittavia lukuina, mutta erilaisilla apuvälineillä datatiedostoista voidaan piirtää kaasujen pystyjakaumia tai maapallonlaajuisia kokonaiskarttoja. Otsonikarttojen muodostamiseen tarvitaan mittauksia ympäri maapallon ja sen lisäksi ns. assimilaatiomalleja, joilla huomioidaan mm. se, että yhtä otsonikarttaa varten tehdyt mittaukset on tehty eri aikaan vuorokaudesta ja monen kaasun määrä vaihtelee huomattavasti vuorokaudenajan mukaan.
Näiden kuvaajien ja kuvien avulla tutkitaan esimerkiksi otsonin määrän muuttumista, kuten tässäkin projektissa Otsoni ja ympäristöongelmat -osiossa.
Mallintaminen
Yleisesti aina luonnontieteissä joudutaan käyttämään erilaisia malleja, jotka kuvaavat mahdollisimman hyvin tarkasteltavaa ilmiöitä. Hyvin toimivia malleja saatetaan vähitellen alkaa kutsua jopa luonnonlaeiksi.
Malleja ovat esimerkiksi pienoismalli Envisatista, malliratkaisut harjoitustehtäviin ja laki, joka kuvaa transmission riippuvuutta ilmakehän kaasujen määristä. Yllä oleva kaavio on malli, joka kuvaa GOMOS:in datan prosessoinnin tärkeimpiä vaiheita. Hyvä malli kuvaa oikeaa ilmiötä, esinettä tai tapahtumaa mahdollisimman hyvin, mutta riittävän yksinkertaisesti.
Matemaattisella mallintamisella tarkoitetaan eri ilmiöiden prosesseja kuvaavien kaavojen ja laskulakien muodostamista. Eri ilmiötä voidaan kuvata monella erilaisella mallilla ja muodostettuja malleja täytyy vertailla ja niiden toimivuus tarkastaa. Paras näistä on se, joka antaa parhaimman tuloksen vähimmällä työllä. Mallia tehdessä joudutaan tekemään yksinkertaistuksia ja approksimaatioita. Tutkijan työ onkin hyvin pitkälti ilmiöiden tarkastelua ja niitä kuvaavien mallien muodostamista.
GOMOS:in mittausdatan prosessoinnissa käytetään erilaisia malleja, sekä matemaattisia että muita. Mittaustuloksena GOMOS:ista saadaan tähden vaimenneesta spektristä laskettuja transmissioita, jotka kuvaavat ilmakehän läpäisevyyttä tietyllä korkeuksilla. Tästä erilaisten mallien avulla selvitetään kaasupitoisuudet. Laboratorio-olosuhteissa on selvitetty kaasujen vaikutusalafunktiot, jotka ovat malleja, jotka kuvaavat kaasun kykyä imeä tai sirottaa valoa.
Yhteys transmission ja ilmakehän kaasupitoisuuksien välille saadaan käyttämällä Beerin lakia, joka on malli, joka kuvaa transmission riippuvuutta kaasupitoisuuksista. Eteenpäin päästään suorittamalla inversio-ongelmien ratkaisua, jossa tarvitaan taas uusia erilaisia malleja.
GOMOS:in mittausdatan prosessoinnissa käytettävien mallien toimivuutta on täytynyt tarkastella jo ennen kuin GOMOS on Envisatin mukana lähetetty tekemään mittauksia. Malleja on testattu mm. tekemällä fortran-kielinen ohjelma LIMBO-simulaattori (Limb and Occultation Measurement Simulator), joka mallintaa GOMOS:in toimintaa. LIMBO-simulaattorilla on ollut erityisen suuri merkitys mm. mittausdatan prosessoinnissa käytettävien menetelmien vertailussa. Erilaisia malleja on voitu testata ja niistä saatuja tuloksia vertailla. Tälläkin sivustolla käytetty simuloitu data on saatu aikaan juuri LIMBO-simulaattorilla.
On olemassa myös mallit eri kaasujen profiileista, ns. standardiprofiilit. Ne antavat kuvan siitä, kuinka paljon mitäkin kaasua kullakin korkeudella suurin piirtein on. Esimerkkinä tässä on malli otsonin määrästä eri korkeuksilla.