Skip Ribbon Commands
Skip to main content

Lämpökartoitus

Thermal Mapping provides a very detailed map of temperature differences during night time hours
    Yleiskuvaus

     Yleiskuvaus

    Tyypillisenä talviyönä lämpötilaerot maantie- tai kiitorataverkostossa voivat vaihdella jopa 10 ºC. Tämän seurauksena toisten osioiden lämpötila voi olla nollan alapuolella ja toisten ei.

    Lämpökartoitus on prosessi, jossa mitataan maantien pinnan öisen vähimmäislämpötilan spatiaalista vaihtelua korkeatarkkuuksisella infrapunalämpömittarilla. Vaisalan lämpökartoitus on ainoa testattu ja vakiintunut tekniikka, joka määrittää pinnan lämpötilasuhteita kokonaisessa maantie- tai kiitorataverkostossa. Se on tekniikka, jota on käytetty maailmanlaajuisesti ja joka lisää tieviranomaisten ja sääpalvelujen käytettävissä olevia tietoja. Lämpökartoitus on keskeinen osa tehokasta jäätilanteen ennustusjärjestelmää, sillä se tarjoaa mekanismin, jolla voidaan laajentaa pistekohtaisia anturipaikkatietoja yksittäisten sääasemien välillä ja tieverkostossa.

    Lämpökartoitus tunnistaa lämpötilan vaihtelun kuviot tekemällä tarkkoja mittauksia talviöinä pinnan lämpötiloista maantie- tai kiitorataverkoston esimääritetyistä osioista eri sääolosuhteissa. Tämän kuvion ja lämpimien ja kylmien osioiden jaon määrittävät paikalliset ympäristöseikat ja vallitsevat sääolosuhteet. Kuuran tai jään esiintymisen määrittää energiatasapaino, jonka pinta vastaanottaa ja menettää, ja kosteuden määrä. Tähän vaikuttaa eri tekijöiden välinen monimutkainen suhde:

    • Vallitsevat sääolosuhteet.
    • Taivasnäkymä (altistus). Tähän vaikuttavat eri tekijät, kuten kasvillisuus, rakennukset ja tunnelit. Matala taivasnäkymä viittaa maantietä tai kiitorataa lähellä oleviin tai peittäviin tekijöihin. Tällaiset tekijät estävät yön aikaisen viilentymisen ja pinnassa saattaa säilyä jonkin verran lämpöä. Korkea taivasnäkymä viittaa avoimeen ympäristöön, jossa on kylmät maantien yölämpötilat, kun mikään ei estä pintaa viilentymästä.
    • Korkeus (lämpötila laskee korkeuden kasvaessa). 
    • Rannikon ja suurten vesialueiden läheisyys.
    • UHI (urban heat island) -ilmiö.
    • Leikkaukset, penkereet, kohotetut osiot. Nämä ovat paikallisia ominaisuuksia, jotka vaikuttavat maantien/kiitoradan energiavirtaan kyseisessä kohdassa.
    • Maantien/kiitoradan rakenne (pintamateriaali, esimerkiksi betoni/asfaltti/avoin asfaltti, rakenteen syvyys).
    • Liikenteen määrä ja virta.

    Näiden tekijöiden yhdistelmä luo ainutlaatuisen lämpötilasormenjäljen kullekin maantielle/kiitoradalle. Lämpökartoitus muodostaa näiden muuttujien välisen suhteen ja määrittää, kuinka ne toimivat vuorovaikutuksessa eri sääskenaarioissa.

    Tutkimukset tuottavat lämpösormenjälkiä, jotka ovat maantielle tai kiitoradalle yksilöllisiä lämpötilaprofiileja. Lämpökartat koostetaan sormenjälkien analyysistä yhdessä tutkimuksen sääolosuhteiden tietojen kanssa. Kunkin sääolosuhteen lämpökartta tunnistaa pinnan lämpötilavaihtelujen kuvion ja laajuuden ja osoittaa suhteelliset erot värikoodattuina lämpötilaluokkina.

    Vaisalalla on yli 20 vuoden kokemus lämpökartoituspalvelujen tuottamisesta ja kehityksestä. Vaisalan asiantuntemusta hyödynnetään kansainvälisessä, yli 1000 käyttäjää kattavassa asiakaskunnassa. Yritys toimii erilaisissa talvi-ilmastoissa, kuten Länsi-Euroopassa, Pohjois-Amerikassa, Japanissa, Itä-Euroopassa, Skandinaviassa ja Uudessa-Seelannissa. Monet tieviranomaiset pitävät lämpökartoitusta parhaana käytäntönä eri puolilla maailmaa.
    Sääolosuhteet

     Sääolosuhteet

    Samankaltaisissa sääolosuhteissa maantiessä tai kiitoradassa ilmenee jatkuva ja ennustettava kuvio pintalämpötilan vaihteluja. Lämpötilavaihtelujen taso muuttuu eri sääolosuhteiden välillä. Jotta voidaan muodostaa paikallisten ympäristötekijöiden ja vallitsevan sään välinen suhde, lämpökartoitus käyttää kolmea erillistä sääluokkaa, joilla tunnistetaan muutokset pintalämpötilan vaihtelussa.

    Äärimmäiset sääolosuhteet:

    Tyynet ja selkeät olosuhteet, jotka liittyvät tavallisesti antisyklonisiin järjestelmiin (korkeapaine) tai syklonisten järjestelmien (matalapaine) välisiin korkeapaineselänteisiin. Pilvien ja tuulen puuttuminen viilentää pintaa erittäin nopeasti öisin ja tuottaa todennäköisesti suurimman vaihtelun yöajan pintalämpötiloissa alueella.

    Kosteat sääolosuhteet:

    Liittyvät syklonisiin järjestelmiin (matalapaine), matalapilviä ja kohtalaista tuulta. Pilvipeite toimii suojana, joka heijastaa energiaa takaisin pintaan öisin, ja tuuli edistää pinnan ilmakerrosten sekoittumista. Tämä yhdistelmä saa aikaan pienimmän vaihtelun yöajan pintalämpötiloissa.

    Keskitason sääolosuhteet:

    Johtuvat erilaisista meteorologisista ominaisuuksista, kuten transienttiselänteistä tai rintaman lähestymisistä, jotka liittyvät yleensä keski-/ korkean tason pilviin ja kohtalaisiin tuuliin. Pintalämpötilan vaihtelut ovat suuremmat kuin kosteissa olosuhteissa, mutta eivät niin korostetut kuin ääriolosuhteissa.

    Ihannetapauksissa lämpökartoitustutkimukset tulisi tehdä kaikissa kolmessa sääolosuhdetyypissä. Ääri- ja keskitason skenaarioita voidaan kuitenkin käyttää sääasemien paikannukseen tai reittioptimointiin paikallisen tilanteen mukaan.

    Käyttötietoja

     Käyttötietoja

    • Vaisalan lämpökartoitustutkimukset tehdään erityisvarustelluilla ajoneuvoilla, joista jokaiseen on asennettu korkeatarkkuuksinen infrapunalämpömittari, joka on yhdistetty automaattiseen GPS-kirjaussovellukseen.
    • Lämpökartoitustutkimuksia tehdään tavallisesti marraskuusta huhtikuuhun (pohjoisella pallonpuoliskolla). Ne aloitetaan yleensä kello 23.00, ja ne kestävät auringonnousuun.
    • Vaisalan lämpökartoitustutkimukset tehdään normaaleilla maantienopeuksilla, minkä ansiosta tutkimuksia voidaan suorittaa eri verkostotyypeissä ja ympäristöissä, kuten kaupungissa, maaseudulla, moottoriteillä ja lentokentillä.
    • Lämpökartoitusmittaukset tehdään tavallisesti viiden metrin välein.  Tietojen keruun tarkkuutta on mahdollista muuttaa verkoston vaatimusten mukaan.
    • Lämpökartoitustutkimusten aikana tehdään yksityiskohtaisia havaintoja vallitsevista meteorologisista olosuhteista ja tienpinnan tilasta.
    • Kaksiajorataisilla maanteillä tutkimukset tehdään yleensä sisäkaistalla.  Jos kaistoja on kolme tai enemmän, tutkimukset tehdään yleensä keskikaistalla.
    • Ennen kuin lämpökartoitustutkimuksia tehdään, maantie-/kiitorataverkosto jaetaan pienempiin, paremmin hallittaviin osioihin noin 30-50 kilometrin reiteiksi.  Reittien avulla sääolosuhteita voidaan arvioida jatkuvasti tutkimuksen ajan.  Aluetta, jonka yksi ajoneuvo kattaa tutkimusyön aikana, kutsutaan sektoriksi. Jokainen sektori koostuu useista reiteistä.
    • Sektorit ja reitit noudattavat aina määrättyä järjestystä, ja ne sisältävät päällekkäisiä osioita.  Päällekkäisyyksien ansiosta kaikkia tietoja voidaan verrata ja liittää yhteen (yhdeksi tutkimukseksi).
    • Lämpökartat tehdään kerättyjä tietoja käyttämällä, ja ne esittävät maantien pinnan vähimmäislämpötilan suhteellisen spatiaalisen vaihtelun eri sääolosuhteissa ja osoittavat suhteelliset erot värikoodattuina lämpötilaluokkina.
    • Lämpökartat voidaan tuottaa painettuna tai elektronisissa kuvamuodoissa. Lämpökartat luodaan GIS-ympäristössä, georeferoidaan ja voidaan tarvittaessa viedä GIS-alustoihin.
    • Vaisala jatkaa lämpökartoitusprosessin kehittämistä jatkuvan tutkimus- ja kehitystyöohjelman avulla.  Keskeinen osa tätä on lämpökartoituksen tarkkuuden ja toistettavuuden säännöllinen testaus ja tutkiminen. Tuloksia julkaistaan kansainvälisissä tiedejulkaisuissa. 
    • Vaisala on luonut tilastollisia menetelmiä, joilla voidaan validoida tietojen laatu ja kvantifioida eri lämpökartoitustutkimuksissa kerättyjen lämpötilakuvioiden väliset samankaltaisuudet.  Tällaiset prosessit osoittavat, että Vaisalan lämpökartoitusprosessi on luotettava ja että lämpötilan vaihtelut maantiellä voidaan aina toistaa samanlaisissa sääolosuhteissa.
    Tärkeimmät edut

     Tärkeimmät edut

    • Potentiaalisesti vaarallisten osioiden tunnistaminen.  Lämpökartoitus tarjoaa koko verkoston lämpötilasuhteen ja tunnistaa maantien osiot, jotka todennäköisesti jäätyvät ensimmäisinä.  Nämä tiedot eivät välttämättä tule ilmi pelkkiä tiesääasemia käyttämällä.
    • Mahdollistaa valikoivat jäänestostrategiat. Lämpökartoitus voi tunnistaa ja kohdistaa alueet, jotka vaativat käsittelyä, ja se tarjoaa avaintietoja reittioptimointia varten.
    • Tunnistaa tiesääasemien optimaalisen sijainnin ja lukumäärän.   Lämpökartoitus tunnistaa maantien osiot, joissa on verkostoa ja/tai ilmastoaluetta edustavat vakaat lämpöominaisuudet, ja se tunnistaa näin sääasemien optimaaliset sijainnit.
    • Laajentaa jääennusteen paikkakohtaisilta sääasemilta koko tieverkostoon.  Lämpökartoitus mahdollistaa ennustelämpökarttojen käytön jäätilanteen ennustusjärjestelmässä.   Lämpökartat antavat tietoja maantien pintalämpötilojen suhteesta sääasemien välillä, sillä se mahdollistaa vähimmäislämpötilojen ekstrapoloinnin koko verkostossa.
    • Tarjoaa kvantitatiivisia viitetietoja.

    Lämpökartoituksen merkitys päätöksenteon työkaluna maksimoidaan, kun menetelmä integroidaan Vaisalan jäätilanteen ennustusjärjestelmään.  Paikkakohtaiset ennustetiedot tiesääasemalta voidaan laajentaa kaikkiin verkoston maanteihin lämpökartoitusta käyttämällä.

    Lämpökartoitus on keskeinen osa Vaisalan jäätilanteen ennustusjärjestelmää, ja se tarjoaa käyttäjille ennusteen vähimmäislämpötilakarttoja koko verkoston alueella.  Lämpökartoitus on tärkeä menetelmä myös sääasemien sijaintia harkittaessa.  Jos sääasemat sijaitsevat vain verkoston kylmimmissä osioissa, talvikunnossapitostrategia voi olla pessimistinen.  Tämä voi johtaa tarpeettomiin käsittelyihin ja kuluihin.