Mitä ovat digitaaliset kaksoset?
Ilmakehätutkija Jenni Kontkanen selvittää mallinnuksilla, miten sääilmiöt muuttuvat tulevaisuudessa.
Espoon Keilaniemessä ei tarvitse kävellä montaa sataa metriä metropysäkiltä, kun edessä tönöttää uusi, patinoituva teräsrakennus: Life Science Center.
Uusbrutalistisen rakennuksen läpi mennään keskuksen vanhempiin osiin.
Kovin perinpohjaisesti rakennukseen ei pääse tutustumaan, sillä kehityspäällikkö Jenni Kontkanen on varannut vain alakerran neuvotteluhuoneen.
Ylempiin kerroksiin ei vierailijoita oteta, sillä CSC:llä on tarkat turvallisuuskäytännöt.
CSC on suomenkieliseltä nimeltään Tieteen tietotekniikan keskus. Se on 70-prosenttisesti valtion ja 30-prosenttisesti korkeakoulujen omistama, voittoa tavoittelematon yhtiö.
Valtion erityistehtäväyhtiönä sillä on valtion määräämä tehtävä tukea tiedettä ja koulutusta. Käytännössä yhtiö tuottaa laskentapalveluita ja muita digitaalisia ratkaisuja julkisille toimijoille.
Vuonna 1988 yhtiö yhdisti Suomen ensimmäistä kertaa internetiin. Samana vuonna Jenni Kontkanen syntyi.
Oppitunti oli ehkä biologiaa tai maantietoa. Lukion opettaja tuli maininneeksi, että meteorologia on hyvä tulevaisuuden ala. Kontkanen piti fysiikasta ja matikasta ja innostui meteorologiasta eli ilmakehäfysiikasta.
Heti maisterin tutkinnon perään hän teki väitöskirjan, sitten post doc -tutkimusta Helsingin ja Tukholman yliopistoissa. Tutkimusaiheena olivat pienhiukkaset, jotka vaikuttavat ilmanlaatuun ja pilvien muodostumiseen.
Kontkanen oli varsin tyytyväinen akateemiseen elämään, ei varsinaisesti etsinyt paikkoja muualta. Mutta kun hän tutustui CSC:hen, jokin yhtiössä viehätti. Siellä oltiin ajan hermolla.
Kontkanen haki ilmastostrategin paikkaa vuonna 2022. Samana vuonna CSC:llä vihittiin käyttöön Lumi-supertietokone, tuolloin Euroopan tehokkain. Suuremmat löytyivät vain Yhdysvalloista ja Japanista.
Lisäksi suunniteltiin digitaalisten kaksosten hanketta. Mallinnuksella tuotetaan uutta tietoa päätöksenteon tueksi.
Kontkasesta tämä kaikki kuulosti ”superkiinnostavalta”. Innostavalta, kunnianhimoiselta ja työltä, jolla voi oikeasti vaikuttaa.
Pian sen jälkeen, kun Kontkanen oli valittu ilmastostrategiksi, yhtiössä aukesi myös toinen paikka, jota hän ei voinut jättää hakematta: kehityspäällikkö digitaalisten kaksosten ryhmässä. Kehityspäällikön roolissa saa olla mukana suunnittelemassa suuria EU-projekteja.
Sellainen on Destination Earth, EU:n suuri digitaalisten kaksosten lippulaivahanke.
Tulikin kaksoset! Mutta toinen on digitaalinen.
Digitaalisen kaksosen luonnetta on ehkä helpointa selittää vauvavertauksella.
Vertaus on sitä paitsi aivan pätevä. Galwayn yliopistossa Irlannissa on todella tehty digitaalisia vauvoja, joihin on mallinnettu tietoja vauvoista mahdollisimman tarkkaan: 26 eri elimen toiminnot, kuusi eri solutyyppiä ja yli 80 000 aineenvaihdunnallista reaktiota. Jos oikealla vauvalla on oireita, digitaalisen vauvan avulla voidaan arvioida, mistä oireet voisivat johtua.
Lääketieteellisten digitaalisten kaksosten avulla on myös selvitetty esimerkiksi suolistomikrobiongelmien yhteyksiä Alzheimerin tautiin.
Digitaalinen kaksonen on eräänlainen kattotermi hyvin erilaisille mallinnuksille. Sanaparia on käytetty jo pidempään esimerkiksi teollisuudessa, jossa on saatettu luoda yksittäisen tehtaan tai vaikkapa automallin digitaalisia kaksosia. Näin auton toiminnallisuuksia tai vikoja on voitu selvittää mallin avulla.
Mutta Jenni Kontkanen työskentelee niin suuren asian kuin ilmastonmuutoksen parissa, joten mallintamisen mittakaava kasvaa aivan eri sfääreihin.
Samalla mukaan tulee uusi ulottuvuus. Enää ei mallinneta pelkästään olemassa olevia ilmiöitä, kuten auton toiminnallisuuksia, vaan mukaan saadaan vaikutuksia arvioivia malleja.
Millä tavoin vaikkapa tuulet muuttuvat tulevaisuudessa?
Miten ilmastonmuutos tulee vaikuttamaan siihen, kuinka paljon saamme tuulivoimaa?
Viitisen vuotta sitten EU käynnisti jättihankkeen. Tavoite oli kunnianhimoinen: luoda digitaalinen kaksonen koko maapallosta.
Sen avulla voitaisiin tarkkailla, mallintaa ja ennustaa sekä luonnon että ihmisen toimintaa. Jos tietyssä paikassa hakataan metsää, miten se vaikuttaa planeetallamme muuhun?
Termi on saanut tutkijoilta myös kritiikkiä. On harhaanjohtavaa puhua koko maapallon digitaalisesta kaksosesta. Ei mitään niin suurta ja monimutkaista voida koskaan mallintaa täysin. Kyseessä on aina vajavainen, yksinkertaistettu esitys, joka väistämättä sisältää epävarmuuksia.
Ei tällaista kokonaisuutta olekaan tekeillä, Kontkanen sanoo.
Meneillä on yhtä aikaa useita projekteja, joissa tehdään digitaalisia kaksosia erilaisista näkökulmista: ilmastosta, sään ääri-ilmiöistä tai meristä.
Tavoitteena on, että näitä kaksosia voitaisiin tuoda yhteen, vuorovaikuttamaan keskenään. Yhdessä ne kuvaisivat jo melko laajasti maapalloa.
Kontkanen johtaa ilmastokaksosen kehittämistä. Yksinään jo se sisältää valtavan paljon erilaisia muuttujia. Tuulen nopeutta, lämpötiloja, säteilyä, sademääriä ja niin edelleen.
Tänä vuonna Kontkasen johdolla on aloitettu myös toisen, ilmastokaksosta täydentävän kaksosen kehittäminen.
Tämä lisäkaksonen mallintaa vielä aiempaa tarkemmin merijään, jäätiköiden, kasvillisuuden ja aerosolihiukkasten vaikutuksia ilmastoon.
Aiemmin Suomessa on toteutettu myös erilaisia biodiversiteetin digitaalisia kaksosia.
Jos on esimerkiksi käyttänyt Muuttolintujen kevät -sovellusta, on itsekin ollut mukana rakentamassa kaksosta.
Jyväskylän yliopiston kehittämässä sovelluksessa tavalliset ihmiset voivat äänittää linnunlaulua ja tallentaa äänitteet sovellukseen. Sieltä ne päivittyvät CSC:n koordinoimaan digitaaliseen kaksoseen, jolla tutkitaan luonnon moninaisuutta ja ekosysteemien reaktioita ympäristön muutoksiin.
Destination Earth -kaksoshankkkeessa on mukana yli sata organisaatiota eri puolilta Eurooppaa. Sen huomaa Kontkasen kanssa jutellessa.
Hän pysähtelee vähän väliä hakemaan sanoja suomeksi. Hän on tottunut puhumaan storyline-simulaatioista tai ice sheetseista.Tai siitä, onko malli actionable.
”On jo olemassa ilmastomalleja, joissa esiintyy samoja muuttujia, mutta ne eivät ole kovin actionable eli niiden perusteella ei voi hirveästi tehdä käytännön päätöksiä.”
”Meidän projektissa uusia asia on, että lisätään mukaan sellaisia malleja, jotka arvioivat ilmastonmuutoksen vaikutusta eri asioihin.”
Vaikka tiedettäisiin, että jäätiköiden sulaminen vaikuttaa yhdellä tavalla ja aerosolihiukkasten pitoisuus toisella, nyt voidaan katsoa entistä tarkemmin niiden yhteisvaikutusta.
Kontkanen kertoo esimerkin portugalilaisesta koneoppimismallista, jossa hyödynnetään kansalaisten omia sääasemia. Asukkaat välittävät malliin tiedon omien lämpömittareidensa lukemista. Näin saadaan hyvin paikallista tietoa tiettyjen kortteleiden lämpötiloista.
Portugalilaisella mallilla pystytään testaamaan seuraavaa askelta. Entä jos tiettyyn kortteliin lisättäisiinkin puisto? Kuinka paljon heinäkuun tuskalliset helteet helpottaisivat?
Myös CSC:n koordinoimissa digitaalisissa kaksosissa uutta on tarkkuus. Tai korkea resoluutio, kuten tutkijat sanovat. Se tarkoittaa, että malleista voidaan katsoa ja ennustaa erilaisten skenaarioiden vaikutuksia jopa viiden kilometrin tarkkuudella.
Kanarian saaria tutkinut ryhmä teki vertailua ilmastoennusteiden ja toteutuneiden sademäärien välillä. Aiemmin on ollut vaikea huomioida maanpinnan muotojen vaikutusta sademääriin eri puolella saarta. Ilmastokaksosen avulla päästiin paljon tarkempaan paikalliseen ennusteeseen.
Niin sanotuilla storyline-simulaatioilla tietynlainen säätapahtuma voidaan puolestaan siirtää eri kontekstiin. Jos tiedetään, millainen sääilmiö johti pari vuotta sitten Espanjassa tuhoisiin tulviin, voidaan tunnistaa kaikki ilmiön keskeiset elementit ja siirtää se tulevaisuuteen.
Näin saadaan tietää, miten tuhoisia tulvia vastaava rankkasade aiheuttaisi tulevaisuuden ilmastossa.
Jenni Kontkanen uskoo, että digitaalisilla kaksosilla voidaan vaikuttaa päätöksentokoon.
Kunnat esimerkiksi voivat saada tarkkaa tietoa siitä, miten ilmastonmuutos tulee vaikuttamaan juuri omalla alueella.
Paljonko merenpinta nousee? Kuinka tukalia helteitä voi tulla? Millaista kaupunkisuunnittelua kannattaisi tehdä, jotta pahempiin rankkasateisiin voidaan sopeutua?
Mutta hetkinen.
Onko nyt niin, että nämä mallinnukset keskittyvät ennen kaikkea varautumiseen ja sopeutumiseen? Eikö digitaalisten kaksosten avulla voida torjua ilmaston lämpenemistä?
Näinhän se käytännössä on, Kontkanen sanoo.
Hän kuitenkin toivoo, että mallinnukset voisivat välillisesti vaikuttaa myös ilmastonmuutoksen hidastamiseen.
Ehkä tarkat paikalliset ennusteet auttavat hahmottamaan ilmastonmuutoksen vaikutuksia konkreettisemmin ja motivoivat vähentämään päästöjä.
Ilmastonmuutoksen kaukaisuus tai abstraktius vähenee, jos ei puhuta ainoastaan siitä, kuinka paljon maapallon keskilämpötila nousee.
”On ihan eri asia sanoa, että sinun kotikunnassasi riski metsäpaloihin ja tulviin kasvaa näin ja näin paljon.”
Kevään taittuessa kesäksi EU:n Destination Earth -hankkeessa alkaa uusi vaihe.
Ilmastokaksosesta tehdään vuorovaikutteisempi, jotta ulkopuoliset toimijat voisivat yhdistää siihen omaa dataansa. Malliin pyritään liittämään myös chat-ominaisuus. Silloin esimerkiksi kaupunkisuunnittelija voisi kysyä ilmastomallilta kysymyksiä. Matkaa tähän kuitenkin vielä on.
Toistaiseksi mallinnuksen ajaminen Euroopan toiseksi nopeimmalla Lumi-supertietokoneella Kajaanissa vie yli kuukauden. Tekoälyn toivotaan nopeuttavan ajoja.
Kontkasen työssä synkät ilmastoennusteet näkyvät jatkuvasti.
Mistä hän itse on eniten huolissaan tulevaisuudessa?
”Onhan se aika iso asia, jos kaikkialla ei enää saa sanoa tekevänsä ilmastotutkimusta.”
Eniten häntä huolestuttaa se, jos tieteeseen ei uskota.
”Ja jos pahimmassa tapauksessa tiedettä ei enää saa tehdä.”
Suurista huolista Kontkanen pääsee parhaiten irti luonnossa. Pari kertaa vuodessa hän tapaa tehdä pidemmän vaelluksen, usein Pohjois-Suomessa.
”Kaikkein parasta on, kun voi olla jopa viikon seuraamatta puhelinta.”
Oikaisu 30.3.2026 kello 10.40: Euroopan toiseksi nopein Lumi-supertietokone on Kajaanissa, ei Espoon Keilaniemessä, kuten tekstissä aiemmin luki.