Operation Blue Skies: voiko tekoäly ohjata lentokoneet pois ilmastoa lämmittävistä vanojäljistä?

Operation Blue Skies on Britannian tukema tutkimus- ja käyttökokeilu, jossa selvitetään, voidaanko lentoliikenteen ilmastovaikutuksia pienentää välttämällä pitkäkestoisia tiivistymisvanoja. Viiden miljoonan punnan ohjelma kestää 30 kuukautta ja toteutetaan Shanwickin valtameri-ilmatilassa, joka sijaitsee Pohjois-Atlantin lentokäytävän itäosassa. Järjestäjät kuvaavat sitä ensimmäiseksi valtion tukemaksi kokeiluksi, jossa vanojen välttämistä testataan kokonaisen valtameri-ilmatilan mittakaavassa.

Tarkoituksena ei ole muuttaa jokaisen lennon reittiä. Sen sijaan sää- ja tekoälyennusteilla pyritään löytämään pieni määrä lentoja ja ilmakehän alueita, joissa suhteellisen pieni korkeudenmuutos voisi estää vanan, jonka lämmittävä vaikutus olisi poikkeuksellisen suuri.

Miksi jotkin tiivistymisvanat lämmittävät ilmastoa?

Tiivistymisvanat syntyvät, kun lentokoneen moottorin lämmin ja vesihöyryä sisältävä pakokaasu sekoittuu hyvin kylmään ilmaan. Tällöin muodostuu jääkiteistä koostuvia pilviä. Monet vanat katoavat nopeasti, mutta riittävän kylmässä ja kosteassa yläilmakehässä ne voivat säilyä, levitä ja muuttua laajemmaksi jääpilveksi. Tällaiset pilvet vaikuttavat siihen, kuinka paljon lämpöä poistuu Maan ilmakehästä, ja siksi tiivistymisvanat ovat merkittävä osa ilmailun muuta kuin hiilidioksidiin liittyvää ilmastovaikutusta.

Vaikutus riippuu ilmakehän olosuhteista ja vuorokaudenajasta. Ilta- ja yölennoilla pitkäkestoiset vanat voivat olla erityisen merkityksellisiä, koska niiden muodostama jääpilvi voi vähentää infrapunasäteilynä poistuvan lämmön määrää. Siksi tarkasti kohdennettu välttäminen voi olla tehokkaampaa kuin kaikkien vanojen kohteleminen yhtä haitallisina.

Näin tekoälyn ohjaamat muutokset on tarkoitus toteuttaa

Google yhdistää ennustetyössään satelliittihavaintoja, historiallisia lento- ja vanatietoja sekä Britannian ilmatieteen laitoksen Met Officen sääennusteita. Tavoitteena on ennustaa niin sanottuja ylikyllästyneitä jääalueita eli yläilmakehän kohtia, joissa pitkäkestoisia tiivistymisvanoja syntyy tavallista todennäköisemmin.

Prosessin on määrä edetä kolmessa vaiheessa:

1. Riskin ennustaminen: Tekoälymallit tunnistavat alueet ja lentokorkeudet, joilla kone todennäköisesti synnyttäisi pitkäkestoisen tiivistymisvanan.
2. Toimintavaihtoehdon arviointi: Lennonjohtajat selvittävät, onko valitun koneen pieni korkeudenmuutos turvallinen ja käytännössä mahdollinen.
3. Tuloksen tarkistaminen: Satelliittikuvia ja lentotietoja verrataan ennusteeseen, jotta nähdään, välttikö kone pitkäkestoisen vanan ja kuinka paljon muutos lisäsi polttoaineen kulutusta.

NATS:n lennonjohtajien odotetaan ohjaavan valittuja koneita tekemään suhteellisen pieniä nousuja tai laskuja, enintään noin 2 000 jalkaa kerrallaan. Koko Atlantin ylittävää liikennettä ei siis reititetä uudelleen. Käytännön kokeilut on suunniteltu talvikausille, ja painopiste on ilta- ja yölennoissa, jolloin vanojen välttämisen odotettu ilmastohyöty on suurimmillaan.

Ratkaiseva kysymys: syntyykö kokonaisuutena ilmastohyötyä?

Lentokorkeuden muuttaminen ei automaattisesti ole ilmastoratkaisu. Nousu tai lasku voi lisätä polttoaineen kulutusta ja siten myös hiilidioksidipäästöjä. Operation Blue Skies -ohjelmassa pyritään siksi mittaamaan lisäpolttoaineen aiheuttamien päästöjen ja vältetyn vanojen lämmitysvaikutuksen välistä vaihtokauppaa.

Vakuuttava tulos edellyttäisi muutakin kuin hyvin toimivan näköisiä ennusteita. Tutkijoiden on selvitettävä esimerkiksi:

• kuinka usein malli ennustaa pitkäkestoisen vanan oikein;
• kuinka monta lämmittävää vanaa jää havaitsematta tai ennustetaan virheellisesti;
• kuinka paljon korkeudenmuutokset kuluttavat ylimääräistä polttoainetta;
• vahvistavatko satelliittihavainnot ennustetut ja vältetyt vanat; sekä
• millä ilmastomittarilla ja aikajänteellä vanojen lämmitysvaikutusta verrataan hiilidioksidipäästöihin.

Kyse on siis kokeesta, ei todisteesta siitä, että tehdyt ohjausliikkeet tuottaisivat jo nyt kokonaisuutena ilmastohyötyä. Tiivistymisvanojen vaikutuksia on vaikea arvioida, ja Britannian hallituksen selvitys ilmailun muista kuin hiilidioksidiin liittyvistä ilmastovaikutuksista korostaa, kuinka haastavaa niiden yhdenmukainen mittaaminen on.

Ketkä ovat mukana ja mikä tekee kokeilusta merkittävän?

Hankekonsortioon kuuluvat Google UK, Britannian liikenneministeriö, lennonvarmistuspalvelu NATS, Met Office, Contrails.org, Imperial College London ja Cambridgen yliopisto. Britannian hallituksen tuki kulkee Aerospace Technology Institute -ohjelman kautta.

Ohjelman merkitys liittyy ennen kaikkea sen toiminnalliseen mittakaavaan. Aiempi työ on sisältänyt lentoyhtiöiden omia kokeiluja sekä työkaluja, joilla tiivistymisvanoja havaitaan satelliittikuvista, yhdistetään yksittäisiin lentoihin ja ennustetaan. Googlen aiemmassa tutkimuksessa tietokonenäkömallia opetettiin tunnistamaan vanoja merkittyjen satelliittikuvien avulla ja yhdistämään ne lentokoneisiin.

Blue Skies pyrkii siirtymään yksittäisistä lentokokeista tilanteeseen, jossa ennusteiden perusteella tehtäviä päätöksiä testataan lennonjohtajien hallinnoimassa vilkkaassa valtameri-ilmatilassa. Hankkeen järjestäjien mukaan Shanwickin ilmatilan osuus maailman arvioidusta tiivistymisvanojen aiheuttamasta lämpenemisestä on noin 5 prosenttia.

Miten tulokset pitäisi tarkistaa riippumattomasti?

Ohjelman mukaan menetelmät ja tulokset on tarkoitus julkaista. Tämä on tärkeää, sillä vahvimpien johtopäätösten pitäisi olla toistettavissa ja avoimesti arvioitavissa – niiden ei pitäisi perustua vain mallien ennusteisiin tai hankkeen omiin markkinointiarvioihin.

Akateemiset kumppanit voivat osallistua tieteelliseen arviointiin, mutta riippumattoman tarkastelun pitäisi ulottua myös operatiiviseen laskentaan. Hyödyllisessä loppuraportissa olisi hyvä ilmoittaa ainakin mallin suorituskyky, havaitut muutokset tiivistymisvanoissa, lentokohtaiset polttoainevaikutukset, käytetyt ilmasto-oletukset sekä ennustejärjestelmän pyörittämiseen tarvittava energia.

Näin voitaisiin erottaa toisistaan kolme eri väitettä: pystyykö tekoäly ennustamaan vanoja synnyttäviä olosuhteita, voivatko lennonjohtajat hyödyntää ennusteita turvallisesti häiritsemättä liikennettä ja vähentääkö toimenpide kokonaisuutena ilmastovaikutusta.

Mitä voisi tapahtua, jos menetelmä toimii?

Jos kokeilu osoittaa menetelmän tuottavan luotettavasti nett hyötyä, tiivistymisvanojen välttämisestä voisi tulla suhteellisen nopeasti käyttöönotettava keino vähentää osaa ilmailun muusta kuin hiilidioksidiin liittyvästä ilmastovaikutuksesta. Menetelmä hyödyntäisi nykyisiä lentokoneita ja lennonvarmistusjärjestelmiä, eikä sen käyttöönotto edellyttäisi uusien polttoaineiden tai kokonaan uuden lentokaluston odottamista.

Se ei kuitenkaan korvaisi hiilidioksidipäästöjen vähentämistä. Lentokoneet kuluttaisivat edelleen polttoainetta, kaikkia tiivistymisvanoja ei voitaisi välttää ja korkeudenmuutokset saattaisivat joissakin tilanteissa lisätä päästöjä. Menetelmän arvo riippuisi siitä, pystytäänkö oikeat lennot ja ilmakehän alueet tunnistamaan riittävän tarkasti, jotta kokonaisvaikutus kääntyy myönteiseksi.

Myös Googlen tekoälyn energiankulutus on punnittava

Hanke nostaa esiin myös perustellun kysymyksen tekoälyn vaatimasta energiasta. Google kertoo datakeskustensa sähkönkulutuksen kasvaneen 27 prosenttia vuonna 2024, samalla kun datakeskusten energiankäytön päästöt vähenivät 12 prosenttia. Yhtiö yhdistää laskun puhtaan energian hankintoihin ja tehokkuustoimiin.

Luvut eivät kuitenkaan sellaisinaan kerro, tuottaako Blue Skies -järjestelmä nettomääräistä ilmastohyötyä. Reilu arviointi edellyttäisi tekoälyennusteiden vaatiman lisälaskennan energian ja päästöjen vertaamista lentokoneiden mitattuihin polttoaineenkulutuksen muutoksiin sekä havaittuun tiivistymisvanojen aiheuttamaan lämpenemiseen.

Ennen kuin nämä tiedot julkaistaan, varovaisin johtopäätös on selvä: Operation Blue Skies on merkittävä testi sille, voiko tekoäly tehdä tiivistymisvanojen välttämisestä käytännöllistä kokonaisen ilmatilan mittakaavassa. Sen todellinen ilmastohyöty on kuitenkin vielä osoittamatta.