Browsing by master's degree program "Master's Programme in Atmospheric Sciences"
Now showing items 81-87 of 87
-
(2023)In this thesis we try to find the measurement accuracy of our dronebound wind measurement setup and if the quality of the measurements is high enough for operational usage. The thesis goes over the most important theoretical concepts concerning effects of wind in the boundary layer. In the thesis we analyze wind data gathered by a drone-bound anemometer, and introduce a direct method of measuring wind with a UAV. The data includes stationary wind data gathered at height of 30 metres, as well as vertical wind profiles to 500 metres above ground level. The data is compared to reference data from a 30 metre wind mast and automatic radiosoundings. The measurements were conducted in Jokioinen, Finland between the 2nd of September 2022 and 10th of October 2022. Total of 20 measurement flights were conducted, consisting of 14 stationary wind measurements and six wind profile measurements. We found out the stationary wind measurement quality to be comparable with earlier studies. The vertical wind profile measurements were found to be hard to analyze, as the reference measurement was not as compatible as we had hoped for. The difference between automatic radiosoundings and our profile measurements was distinctly greater than the difference between the stationary drone and wind mast measurements. Lastly some optimization and improvements to the measurement arrangement are discussed. The application of these improvements and modifications will be left as future endeavour for some willing individual.
-
(2024)Due to its long lifetime and relatively low variability compared with its background values, it is of great significance to precisely measure the concentration of CO2 in the atmosphere. In the high latitude regions, permafrost and boreal forest serve as large carbon reservoirs. Capturing the carbon concentration there helps us understand the process of climate change and provide accurate data to the carbon flux models. However, the measurement there is facing significant challenges. Sparse observation coverage and low-quality data are still major problems to be solved. In this thesis, we are looking into these problems from satellite-based OCO-2 XCO2 retrievals in high latitude regions. XCO2 data acquired above 45°N were used to compare the version updates, validate the results with ground-based TCCON site data and come up with a colocation method for boreal areas trying to tackle the issue caused by slant solar radiation. The comparison of version 10 and version 9 datasets shows improvements of version 10 in data volume and precision level. Yet the changes are not as significant for sites near polar areas. It also reveals that the current advances mainly focus on reducing systematic errors. In the validation with TCCON data, from OCO-2 displays lower seasonal fluctuations. The quality filters are shown to be too tight for boreal sites in filtering lower values. It provides information for new approaches when adjusting the filters. The global distribution of averaged XCO2 reveals that standard deviation is higher for nadir mode land observation in mountain areas. This might be lowered with an improved surface pressure correction method. Averaging kernel correction is applied when comparing with TCCON to standardize the sensitivity profile. It enhances the accuracy of the results and also stresses the significance of integration scheme. A new colocation method is implemented for better locating of TCCON observations in high latitudes but did not return good results. Further adjustments for the algorithm and tests in more areas are needed.
-
Variability in carbon dioxide and heat fluxes in Minneapolis determined using land surface modelling (2023)Growing population in cities increases the share of global greenhouse gas (GHG) emissions coming from urban areas. To understand the energy, water and GHG emission exchanges between urban surface and the atmosphere, modelling is a necessary tool. This is because measurements are not always available from all the different urban environments. In the case of carbon dioxide CO2 exchange, modelling is needed to provide new information on the different anthropogenic and biogenic components over various land uses. In this thesis, the aim was first to compare energy and CO2 fluxes from an urban land surface model called Surface Urban Energy and Water Balance Scheme (SUEWS) against measurements from suburban neighbourhood in Minneapolis, USA. The second aim was to study differences in the fluxes between years in the area. The model is parameterized with surface information about the study area, which is divided into two grids, residential and recreational area. The meterological forcing data are derived from ERA5. In the first part of the study, SUEWS is run in the area from June 2006 to April 2009, and the fluxes of latent QE and sensible QH heat and CO2 are compared against eddy covariance (EC) measurements conducted in the same area in the same time period. The diurnal cycles of CO2 show that the model is able to catch the daytime values well in every season for both study area grids, but night-time positive values are difficult especially for recreational area in autumn and winter. The model also underestimates the emissions in every season in the morning and evening rush hour peaks, which are caused by traffic. Overall, CO2 flux is simulated reasonably well. The model performs very well against QE measurements, but more poorly against QH. The second part of the study extended time period from January 1995 to April 2009 to analyze the long-term variation of fluxes. These were studied independently without the measurement comparisons. Annual cumulative sum of CO2 showed great variation between the years, and the highest value was emissions of 1135 gCm-2year-1 in 2001 and the lowest 600 gCm-2year-1 in 2005 from the residential area. Annual cumulative sums of QE did not show so much variation. The reason behind the differences between these two years was the great variation of photosynthesis. In 2001 air temperature restrained photosynthesis when surface conductance and its environmental factors were further studied. No statistical difference between the years 2001 and 2005 was though found.
-
(2023)Tutkielmassani tutkin Suomessa esiintyneiden voimakkaiden keski- ja puuskatuulien suunta- ja vuodenaikajakaumia vuosilta 2010-2019. Työssä käyttämäni tuulihavainnot keräsin 19 sääasemalta Suomesta, joista yhdeksän oli sisämaa-asemia, kahdeksan oli meri- tai rannikkoasemia ja kaksi oli tunturiasemia. Työni tavoitteena oli selvittää, mistä suunnasta ja milloin voimakkaimmat tuulet esiintyvät sekä onko voimakkailla tuulilla alueellisia yhtäläisyyksiä suunta- ja vuodenaikajakaumissa. Työssä tutkin aluksi jokaisen aseman tuulihavaintojen voimakkainta kahta prosenttia eli noin 1500-1750 havaintoa. Vuodenaikoja esitellessä käytin myös 100 ja 30 voimakastuulisinta päivää 10 vuoden havaintojaksolta, jotta pystyin vertailemaan vuodenaikajakaumia kaikista voimakkaimmissa tuulissa. Kuukausijakaumissa käytin 100 voimakastuulisinta päivää. Lopuksi vertailin suuntia eri vuodenaikoina, jolloin rajasin jokaisen aseman kunkin vuodenajan tuulihavainnot voimakkaimpaan prosenttin. Meri- ja rannikkoasemilla havaitsin eniten voimakkaita keskituulia syksyllä ja talvella, sisämaassa loppusyksystä ja alkukeväällä sekä Pohjois-Suomessa puolestaan talvella ja alkukeväällä. Nämä voimakkaat keskituulet aiheutuvat talven voimakkaista matalapaineista sekä keväällä voimistuvasta turbulenssista. Sisämaa-asemilla havaitsin myös kesäkuussa voimakkaita keskituulia, joiden aiheuttajana on saattanut olla edellä mainittujen sijasta mesoskaalan konvektiivinen ilmiö. Voimakkaiden tuulten suuntajakaumissa eniten tuulia puhalsi etelän ja lännen väliltä. Sisämaassa kaikkein voimakkaimmat tuulet puhalsivat siitä suunnasta, mistä puhalsi suurin osa kaikista voimakkaista tuulista. Meri- ja rannikkoasemilla kaikkein voimakkaimmat keski- ja puuskatuulet tulivat luoteesta ja idästä.
-
(2023)Antarctic Bottom Water (AABW), a water mass that sinks to form the deepest limb of the meridional overturning circulation (MOC), is a key control on the ventilation of the Southern Ocean as well as global exchanges of heat, freshwater, and carbon. Sources of this water mass include latent heat polynyas found in Prydz Bay, East Antarctica, which expose the Southern Ocean to the colder atmosphere and are important sources of high salinity shelf water (HSSW). This water mass is the precursor to Dense Shelf Water (DSW) which can be exported from the continental shelf to form Antarctic Bottom Water (AABW). In this study, Lagrangian particle tracking of water masses within Prydz Bay was used to investigate the roles of seasonality, bathymetry, and the presence of other water masses on the mechanisms of water mass transformation (WMT), a series of key processes in the MOC. Online particles were released weekly within the Prydz Bay polynya region in a 10 km resolution simulation of the Whole Antarctic Ocean Model (WAOM10) and their forward trajectories were tracked for one year. Results highlight the export of Prydz Bay water along the westward Antarctic Slope Current (ASC). Cluster analysis of the results shows a winter signal for bottom water forming particles. When advected beneath the ice shelf, polynya water can mix with fresh meltwater, becoming less dense and forming ice shelf water (ISW). After this polynya-originating water departs the ice shelf again, its increased buoyancy can make future AABW formation less likely. This study confirms that the presence of modified circumpolar deep water (mCDW) can play a controlling factor in rates of DSW export as bottom water. Results show export of DSW from the Prydz Channel and Cape Darnley, mixing either along or across isopycnals depending on the influence of other water masses and cross-slope flow. Interactions with the ASC and major topographic features including the Enderby Land projection and several underwater canyons appear to influence the export of water to the deep ocean. WAOM10 finds realistic ratios of AABW formation as compared with observational data and shows greater low-density water formation than other models.
-
(2019)Säätutkia käytetään sadealueiden liikkeiden ja sateen voimakkuuden arvioimisen. Säätutkan toimintaperiaate perustuu sille, että sen lähettämä mikroaaltopulssi siroaa ilmakehässä olevista partikkeleista kuten vesipisaroista ympäristöönsä, jolloin pieni osa lähetetystä pulssista heijastuu takaisin kohti tutkaa. Tutka vastaanottaa palanneen pulssin ja arvioi sen perusteella sadealueita. Säätutkat ovat mittalaitteita, jotka vaativat toimiakseen säännöllistä huoltoa ja mittaustulosten validointia. Säätutkan kalibrointi on monessa mielessä haasteellista. Tutka on kaukokartoituslaite, jonka keräämä data kattaa alueen aina 250 km säteelle tutkasta. Se ei mittaa suoraan sademäärää, kuten sademittarit yleensä, vaan arvio sen välillisesti tutkaheijastuvuuden kautta. Tämän tutkimuksen tarkoitus on tarkastella uutta mahdollista kalibrointimenetelmää. Uusi menetelmä käyttäisi pienoissadetutkaa MRR-2 vertailukohtana. Myös MRR-2 mittaa tutkaheijastuvuustekijää, joten se voisi olla hyvä vertailupari säätutkalle. Tasaisen sateen otoksessa vuosien 2015-2018 kesäsateissa säätutkan WRM200 ja pienoissadetutkan MRR-2 vertailupisteihin sovitetun suoran yhtälö on 𝑍(𝑊𝑅𝑀200) = 0.83 𝑍(𝑀𝑅𝑅−2) + 2.01, jossa 𝑍(𝑊𝑅𝑀200) on säätutkan ja 𝑍(𝑀𝑅𝑅−2) on pienoissadetutkan mittaama tutkaheijastuvuustekijä. Tasaisessa sateessa otoksen RMS-virhe on 3,36 dB. Konvektiivisen sateen otoksessa vastaava yhtälö on 𝑍(𝑊𝑅𝑀200) = 0.77 𝑍(𝑀𝑅𝑅−2) + 3.70 ja RMS-virhe 5,36 dB. Tasaisessa sateessa verrattavuus on konvektiivisessa sateessa tehtyä vertailua parempi. Tutkimus sisältää pohdintaa tuloksiin vaikuttavista tekijöistä sekä pohdintaa MRR-2:n soveltuvuudesta vertailulaitteeksi säätutkan kalibrointiin. Tutkimuksen pohjalta vaikuttaa siltä, että vaikka vertailunasettelu pyritään tehdä mahdollisimman vakaaksi, ei virhetekijöitä voida sulkea pois. Näin ollen tämän kaltaisella asettelulla ei voida suorittaa tarkkaa säätutkan kalibrointia.
-
(2021)Ilmakehän aerosolihiukkasilla on vaikutuksia maapallon säähän ja ilmastoon ja siksi niiden syntyä ja toimintaa pyritään tuntemaan yhä paremmin. Jos niiden rakenneosaset tunnetaan hyvin, voidaan myöskin aerosolihiukkasten ominaisuudet oppia tuntemaan paremmin. Mallinnusten ohella kokeelliset mittaukset ovat yksi keino saada lisää tietoa ilmakehän pienten rakenneosasten toiminnasta. Tässä työssä tutkin voidaanko differentiaalisella liikkuvuusanalysaattorilla (differential mobility analyzer, DMA) mitata α-pineenin hapetustuotteiden eri rakenteita. α-pineeni ja otsoni reagoivat virtausputkessa ja reaktioissa muodostuneet hapetustuotteet varattiin klusteroimalla ne elektrospraylla tuotettujen varattujen reagenssi-ionien kanssa. Näin syntyneiden varattujen klustereiden liikkuvuus ja massa-varaus-suhde mitattiin. Analysointiprosessissa käytin Matlab-pohjaista ToFTools-ohjelmaa ja INAR:in postdoc Lauri Ahosen tekemää Flat-DMA-analysointiohjelmaa. Tunnistin ToFToolsilla α-pineenin hapetustuotteista ja reagenssi-ionista koostuvien klustereiden kemiallisen koostumuksen niiden massan perusteella ja sovitin niiden liikkuvuusspektrin piikkien sisään Flat-DMA-analysointiohjelmalla piikkejä DMA:n maksimiresoluutiolla. Sovitettujen piikkien määrä kertoo siitä, kuinka monta rakennetta kullakin klusterilla mahdollisesti voisi olla. Mittauksissa havaittiin useita yhdisteitä, joita voitiin teorian perusteella olettaa syntyvän. Kuitenkin tunnistettiin myös sellaisia yhdisteitä, joita ei odotettu muodostuvan α-pineenin ja otsonin välisissä reaktioissa. On mahdollista, että yhdisteet on tunnistettu väärin tai mittauksiin on päässyt epäpuhtauksia. Näiden mittausten perusteella ei voida vielä varsinaisesti tehdä johtopäätöksiä siitä, miten monta isomeeria α-pineenin hapetustuotteilla on. Tulosten perusteella käytetty reagenssi-ioni vaikuttaa merkittävästi mitattujen rakenteiden määrään, joten jotta α-pineenin hapetustuotteiden rakenteita voitaisiin tutkia, täytyisi kunkin reagenssi-ionin vaikutus tuntea paremmin. Myöskin jotta rakenteiden määrää voitaisiin tutkia luotettavammin, täytyisi DMA:n resoluution olla huomattavasti nykyistä parempi. Nykyisellä resoluutiolla isomeerien määrän arviointi oli hankalaa eikä lopputuloksista voida olla varmoja.
Now showing items 81-87 of 87