English version of this page

Upscaling hotspots – understanding the variability of critical land-atmosphere fluxes to strengthen climate models (Spot-On)

Fluksprosesser mellom landoverflaten og luft spiller en viktig rolle for vær og klima. Med dette prosjektet tar vi sikte på å utvikle metoder for bedre å gjøre rede for heterogenitet i landoverflaten i klimamodell valideringer.

Simulering av en fluksvirvel med partikkelspredning fra en hypotetisk punktkilde ved Finse, Hardangervidda fjellplatå. Figur: Prosjekt-teamet for Spot-On

Simulering av en fluksvirvel med partikkelspredning fra en hypotetisk punktkilde ved Finse, Hardangervidda fjellplatå. Figur: Prosjekt-teamet

Om prosjektet

Mange viktige prosesser foregår akkurat der landoverflaten og luften berører hverandre. Å forstå disse prosessene har blitt et vitenskapelig imperativ ettersom menneskelige aktiviteter truer med å endre vær- og klimasystemene våre. Vi trenger derfor bedre prediksjoner for utveksling av klimagasser som metan, CO2 og vanndamp. En kritisk begrensning for vår forståelse av denne klimagassutvekslingen har lenge vært at den varierer betydelig i landskapet. 

Med dette prosjektet vil vi utvikle og anvende nye verktøy for å kartlegge denne variabiliteten, og å sammenligne disse observasjonene med klimamodeller, med mål å redusere usikkerhetene i prediksjonene til modellene.

Mål

I prosjektet tar vi i bruk nyutviklet sensorteknologi, statistiske metoder, og databehandlingsmuligheter for å levere høyoppløselige kart over klimagassutveksling i landskapet. For å oppnå dette vil vi konfigurere en drone-sverm med gassanalysatorer som overfører målinger til en dataassimilasjonsalgoritme som, ved hjelp av fluidmekanikk, beregner overflategassutvekslingen.

Basert på sanntidsdata mens dronene flyr, kan systemet deretter omplassere individuelle droner for å minimere usikkerheten til overflatekartet. Ambisjonen er å kartlegge store områder som kan sammenlignes med punkter i globale klimamodeller, for å kunne sammenligne klimagassutvekslingen direkte.

Målrettede casestudier i prosjektet vil gi ny innsikt i kritiske biogeokjemiske prosesser i nordlige økosystemer, noe som fundamentalt vil redusere usikkerhet og potensielle feil i klimaprognoser.

Finansiering

Norsk tittel er 'Beregne punktkilder - forstå variabiliteten av kritiske flukser mellom landoverflaten og atmosfæren for å styrke klimamodeller (SpotOn)'. Prosjektet er finansiert av Norges Forskningsråd, med NFR-prosjektnummer 301552. Det er gitt i kategorien – Forskerprosjekt for unge talenter.

Varighet: Spot-On-prosjektet startet opp i 2020, og vil vare ut 2024.

Publikasjoner

  • Hove, Alouette van; Aalstad, Kristoffer; Lind, Vibeke; Arndt, Claudia; Odongo, Vincent & Ceriani, Rodolfo [Vis alle 9 forfattere av denne artikkelen] (2025). Inferring methane emissions from African livestock by fusing drone, tower, and satellite data. Biogeosciences. ISSN 1726-4170. 22(16), s. 4163–4186. doi: 10.5194/bg-22-4163-2025. Fulltekst i vitenarkiv
  • Westergaard-Nielsen, Andreas; Maigaard, R S; Davie-Martin, Cleo Lisa; Seco, Roger; Holst, T & Pirk, Norbert [Vis alle 8 forfattere av denne artikkelen] (2025). Towards a remote-sensing-driven model of isoprene emissions from Alpine tundra. Environmental Research Letters. 20(10). doi: 10.1088/1748-9326/ae02a9. Fulltekst i vitenarkiv
  • Keetz, Lasse Torben; Aalstad, Kristoffer; Fisher, Rosie; Terán, Christian Poppe; Naz, Bibi S. & Pirk, Norbert [Vis alle 8 forfattere av denne artikkelen] (2025). Inferring Parameters in a Complex Land Surface Model by Combining Data Assimilation and Machine Learning. Journal of Advances in Modeling Earth Systems. 17(6). doi: 10.1029/2024MS004542. Fulltekst i vitenarkiv
  • Hove, Alouette van; Aalstad, Kristoffer & Pirk, Norbert (2024). Guiding drones by information gain. Proceedings of Machine Learning Research (PMLR). 233(89-96). Fulltekst i vitenarkiv
  • Cassiani, Massimo; Ardeshiri, Hamidreza; Pisso, Ignacio; Salizzoni, Pietro; Marro, Massimo & Stohl, Andreas [Vis alle 8 forfattere av denne artikkelen] (2024). The dynamics of concentration fluctuations within passive scalar plumes in a turbulent neutral boundary layer. Journal of Fluid Mechanics. ISSN 0022-1120. 1001. doi: 10.1017/jfm.2024.861. Fulltekst i vitenarkiv
  • Pirk, Norbert; Aalstad, Kristoffer; Mannerfelt, Erik Schytt; Clayer, Francois; Wit, Heleen de & Christiansen, Casper Tai [Vis alle 9 forfattere av denne artikkelen] (2024). Disaggregating the Carbon Exchange of Degrading Permafrost Peatlands Using Bayesian Deep Learning. Geophysical Research Letters. ISSN 0094-8276. 51(10). doi: 10.1029/2024GL109283. Fulltekst i vitenarkiv
  • Alonso-Gonzalez, Esteban; Aalstad, Kristoffer; Pirk, Norbert; Mazzolini, Marco; Treichler, Désirée & Leclercq, Paul [Vis alle 9 forfattere av denne artikkelen] (2023). Spatio-temporal information propagation using sparse observations in hyper-resolution ensemble-based snow data assimilation. Hydrology and Earth System Sciences (HESS). ISSN 1027-5606. 27(24), s. 4637–4659. doi: 10.5194/hess-27-4637-2023. Fulltekst i vitenarkiv
  • Hove, Alouette van; Aalstad, Kristoffer & Pirk, Norbert (2023). Using reinforcement learning to improve drone-based inference of greenhouse gas fluxes. Nordic Machine Intelligence (NMI). 3, s. 1–6. doi: 10.5617/nmi.9897. Fulltekst i vitenarkiv
  • Filhol, Simon; Fiddes, Joel & Aalstad, Kristoffer (2023). TopoPyScale: A Python Package for Hillslope Climate Downscaling. Journal of Open Source Software (JOSS). 8(86), s. 1–6. doi: 10.21105/joss.05059. Fulltekst i vitenarkiv
  • Pirk, Norbert; Aalstad, Kristoffer; Yilmaz, Yeliz A.; Vatne, Astrid; Popp, Andrea & Horvath, Peter [Vis alle 12 forfattere av denne artikkelen] (2023). Snow-vegetation-atmosphere interactions in alpine tundra. Biogeosciences. ISSN 1726-4170. 20(11), s. 2031–2047. doi: 10.5194/bg-20-2031-2023. Fulltekst i vitenarkiv
  • Oehri, Jacqueline; Schaepman-Strub, Gabriela; Kim, Jin-Soo; Grysko, Raleigh; Kropp, Heather & Grünberg, Inge [Vis alle 74 forfattere av denne artikkelen] (2022). Vegetation type is an important predictor of the arctic summer land surface energy budget. Nature Communications. 13. doi: 10.1038/s41467-022-34049-3. Fulltekst i vitenarkiv
  • Pirk, Norbert; Aalstad, Kristoffer; Westermann, Sebastian; Vatne, Astrid; Hove, Alouette van & Tallaksen, Lena Merete [Vis alle 8 forfattere av denne artikkelen] (2022). Inferring surface energy fluxes using drone data assimilation in large eddy simulations. Atmospheric Measurement Techniques. ISSN 1867-1381. 15(24), s. 7293–7314. doi: 10.5194/amt-15-7293-2022. Fulltekst i vitenarkiv
  • Alonso-Gonzalez, Esteban; Aalstad, Kristoffer; Baba, Mohamed Wassim; Revuelto, Jesus; Lopez-Moreno, Juan I & Fiddes, Joel [Vis alle 8 forfattere av denne artikkelen] (2022). The Multiple Snow Data Assimilation System (MuSA v1.0). Geoscientific Model Development. ISSN 1991-959X. 15(24), s. 9127–9155. doi: 10.5194/gmd-15-9127-2022. Fulltekst i vitenarkiv

Se alle arbeider i NVA

  • Aalstad, Kristoffer; Blandini, Giulia; Guidicelli, Matteo; Pirk, Norbert & Hove, Alouette van (2025). Learning to assimilate and assimilating to learn. Fulltekst i vitenarkiv
  • Nickelsen, Trine (2021). Verdens største karbonlager lekker – han måler utslippene. Apollon : Forskningsmagasin for Universitetet i Oslo. ISSN 0803-6926. Fulltekst i vitenarkiv
  • Aalstad, Kristoffer; Fiddes, Joel; Martin, Leo Celestin Paul; Alonso-Gonzalez, Esteban; Yilmaz, Yeliz A. & Pirk, Norbert [Vis alle 7 forfattere av denne artikkelen] (2021). Workshop on downscaling with TopoSCALE for cryospheric applications. Fulltekst i vitenarkiv
  • Nickelsen, Trine (2021). Verdens største karbonlager lekker – han måler utslippene. [Journal]. Apollon : Forskningsmagasin for Universitetet i Oslo. Fulltekst i vitenarkiv
  • Aalstad, Kristoffer; Alonso-Gonzalez, Esteban; Bazilova, Varvara; Bertino, Laurent; Fiddes, Joel & Pirk, Norbert [Vis alle 7 forfattere av denne artikkelen] (2021). Leveraging emerging Earth observations using data assimilation. Fulltekst i vitenarkiv
  • Aalstad, Kristoffer; Westermann, Sebastian; Pirk, Norbert; Fiddes, Joel & Bertino, Laurent (2021). Retrieving fractional snow-covered area from optical satellites using data assimilation. Fulltekst i vitenarkiv
  • Aalstad, Kristoffer; Alonso-Gonzalez, Esteban; Bazilova, Varvara; Bertino, Laurent; Fiddes, Joel & Filhol, Simon [Vis alle 9 forfattere av denne artikkelen] (2021). Unmixing satellite imagery using data assimilation to map snow and albedo. Fulltekst i vitenarkiv
  • Aalstad, Kristoffer; Alonso-Gonzalez, Esteban; Bertino, Laurent; Fiddes, Joel; Hove, Alouette van & Pirk, Norbert [Vis alle 8 forfattere av denne artikkelen] (2021). Learning from Earth observations using data assimilation. Fulltekst i vitenarkiv

Se alle arbeider i NVA

Publisert 28. sep. 2020 10:38 - Sist endret 21. nov. 2022 15:55