Ilmatieteen laitoksen tutkijat hankkivat ennennäkemättömän tarkkaa tietoa ilmavälitteisen virustartunnan riskistä sisätiloissa. Tieto virustartunnan riskeistä ja mekanismeista saatiin tekemällä virusta kantavien aerosolien leviämisestä supertietokoneen laskentaan pohjautuvan mallinnus.

Ilmatieteen laitoksen tutkijoiden tekemä mallinnus paljasti puutteita yleisesti riskiarvioinnissa käytetystä menetelmästä. Tulokset vahvistavat ymmärrystä siitä, miten virustartuntariskiä voidaan pienentää ja miten tärkeää se on.

Tuore tutkimus myös lisää tietoa eri mallinnusmenetelmien luotettavuudesta ja niiden soveltuvuudesta ilmavälitteisen virustartuntariskin arviointiin

Ilmatieteen laitoksen tutkijat hyödynsivät tutkimuksessa Large-Eddy Simulation (LES) -menetelmää, joka on alun perin kehitetty ilmakehätutkimukseen.

Sen äärimmäisen tarkka laskennallinen erottelukyky pystyy huomioimaan kaikki tärkeimmät virusta kantavien aerosolien leviämiseen vaikuttavat tekijät, joita ovat esimerkiksi sisätilan muoto, korvaus- ja poistoilma-aukkojen sijainti sekä ihmisten, kylmien ikkunoiden ja lämmityselementtien aiheuttamat lämpötilaerot.

"Tuottaakseen yhden sekunnin ennusteen esimerkiksi ravintolan sisäilmassa tapahtuvasta aerosolileviämisestä malli ratkaisee noin miljardi yhtälöä sata kertaa”, erikoistutkija Mikko Auvinen kertoo tiedotteessa.

Tutkimuksessa tehdyissä simulaatioissa leviämisennustetta lasketaan tyypillisesti tunti.

"Vastaava mallinnus tavallisella tietokoneella kestäisi yli viisi vuotta”, Auvinen sanoo.

Tutkimus vahvisti ymmärrystä toimenpiteistä, joilla tartunnan todennäköisyyksiä voidaan pienentää.

Tärkeimpinä keinoina nousivat esiin perusilmanvaihdon maksimaalinen hyödyntäminen, ilman tehostettu sekoittuminen ja puhdistaminen sekä mahdollisimman lyhyt altistumisaika virukselle.

Tarkka mallinnustyö osoittaa, että ilmahygieniaa parantavat toimenpiteet ovat tärkeämpiä kuin aikaisemmin on arvioitu.

Tutkimus toi esiin merkittäviä puutteita menetelmissä, joiden avulla yleisesti arvioidaan tartuntojen todennäköisyyksiä ja ilmahygieniaa parantavien toimenpiteiden riittävyyttä sisätiloissa.

Virustartuntojen riskejä ja turvallista oleskeluaikaa sisätilassa arvioidaan useimmiten yksinkertaisella Wells-Riley-mallilla. Nykyiset ilmanvaihtoa ja sisäilmahygieniaa koskevat suositukset pohjautuvat pääosin sen tuloksiin.

"Wells-Riley-malli soveltuu tosiasiassa vain suhteellisen riskin arviointiin eli siihen, miten tartuntariski vaihtelee eri tilanteiden välillä. Malli perustuu oletukseen, että sisäilmaan uloshengitetty epäpuhtaus sekoittuu kaikkialle tilaan täydellisesti äärettömällä nopeudella. Todellisuudessa leviäminen tapahtuu sisäilman heikkojen virtausten kuljettamana”, erikoistutkija Antti Hellsten toteaa.

Tästä syystä malli Hellstenin mukaan aliarvioi viruspitoisuuksien kertymistä ja antaa ylioptimistisia arvioita turvallisesta oleskeluajasta tilassa, jossa on virustartunnan riski.

"Wells-Rileyn hyödyntämistä suhteellisen riskin arviointiin puoltaa kuitenkin se, että toisin kuin LES-malli, sen käyttö ei edellytä supertietokonelaskentaa.”

Raskasta supertietokonelaskentaa vuorostaan puoltaa se, että LES-menetelmän tarkkuuden ansiosta pystytään tutkimaan luotettavasti ilmavälitteisen tartuntariskeihin vaikuttavia mekanismeja ja niiden lainalaisuuksia.

Kun lainalaisuudet ymmärretään, tutkimuksen johtopäätökset voidaan yleistää ja soveltaa tulevaisuuden tarpeisiin sekä erilaisiin ympäristöihin, Auvinen sanoo.

Tutkimuksen tulokset ovat alustavia.

Tutkimus tehtiin monitieteellisessä Tupa-hankkeessa, jonka Business Finland on rahoittanut. Lisäksi työ on saanut Suomen Akatemian covid-19-erityisrahoitusta.

Tutkimuksen tulokset ovat alustavia. Tutkimuksesta on tekeillä tieteellinen artikkelikäsikirjoitus, jota ei ole vielä vertaisarvioitu.

*

Alla olevassa Ilmatieteen laitoksen videossa YouTubessa vertaillaan Wells-Riley- ja LES-mallien tuottamia ennusteita virustartunnan todennäköisyydelle, kun sisätilassa oleskellaan 30 minuutin ajan. Lisäksi videossa esitetään esimerkki, miten virusta kantavien aerosolien leviäminen todellisuudessa etenee.

*