Browsing by Title

Boreaaliset suot ovat globaalilla tasolla merkittäviä hiilen varastoja sekä monimuotoisia ekosysteemejä. Ombrotrofisia keidassoita esiintyy erityisesti eteläboreaalisella vyöhykkeellä, kun minerotrofiset aapasuot ovat yleisempiä keski- ja pohjoisboreaalisella vyöhykkeellä. On kuitenkin odotettavissa, että ilmastonmuutos siirtäisi keidas- ja aapasuovyöhykkeen rajaa pohjoisemmaksi, mikä tarkoittaisi nykyisten aapasoiden rahkoittumista keidassoiksi. Keidas- ja aapasoiden suhteellisten osuuksien muuttuminen vaikuttaisi soiden kaasuvirtoihin sekä monimuotoisuuteen. Tutkimuksen tavoitteena on selvittää nykyisten aapasuovyöhykkeen soiden sukkessiovaihetta rahkoittumista indikoivien avainlajien kautta. Kasvillisuus- ja ympäristöaineisto tutkimukseen kerättiin 21:ltä luonnontilaiselta suolta Pohjois-Pohjanmaalta sekä Pohjois-Karjalasta ja Kainuusta. Avainlajien optimielinympäristöä mallinnettiin yleisten lineaaristen mallien ja regressiopuumenetelmien avulla. Myös ekologisten monimuuttujamenetelmien (DCA ja CCA) avulla selvitettiin suokasvien esiintymistä suhteessa ympäristötekijöihin sekä tutkimusalueiden välisiä mahdollisia eroja. Tulosten perusteella avainlajien (Eriophorum vaginatum, Sphagnum angustifolium, S. balticum ja S. magellanicum) esiintymistä selittää parhaiten sekä pH, sijainti sekä turpeen paksuus. Ilmastomuuttujien osuus on vähäinen, mutta niiden mukanaolo kuitenkin paransi GLM-mallien selityskykyä. DCA:n perusteella myös vedenpinnantaso vaikuttaa avainlajien esiintymiseen. Vasteet ympäristötekijöiden suhteen kuitenkin vaihtelevat avainlajien välillä. Itäisen ja läntisen tutkimusalueen välillä on havaittavissa tilastollisesti merkitsevää lajistoeroa, ja erityisesti S. balticumin esiintyminen on painottunut itäiselle tutkimusalueelle. Yhdistettäessä avainlajien dominanssitulokset ja soiden trofiatasot havaittiin tutkimusalueella kolmea erilaista kehitysvaihetta: selkeät aapasuot, selkeät rahkasuot, sekä muutosvaiheen suot. Aapasoiden osuus aineistosta on 43 %, muutosvaiheen soiden 19 % ja keidassoiden 38 %. Tulokset kertovat, että rahkoittuminen on jo alkanut aapasuovyöhykkeen eteläisissä osissa. Rahkoittumisen taustalla voi olla useita tekijöitä. Koska soiden välillä on suuriakin eroja kehitysvaiheen suhteen, voidaan päätellä, ettei suurilmaston merkitys ole kovinkaan voimakas soiden kehityksen kannalta. Itäisen tutkimusalueen suot ovat tulosten perusteella hieman enemmän rahkoittuneet, mutta itäisellä tutkimusalueella vallitsee edelleen myös selkeitä aapasoita. Niinpä rahkoittumiskehitykseen näyttää vaikuttavan erityisesti paikalliset ympäristötekijät. Tulosten perusteella on oletettavaa, että avainlajien dominanssi tulee kasvamaan erityisesti muutosvaiheen soilla ja suot muuttuvat keidassoiksi. Aapasoiden rahkoittuminen vähentäisi ravinteikkaiden suotyyppien monimuotoisuutta, joten aapasoiden suojelu tulee jatkossa olemaan nykyistäkin tärkeämpää. Boreaaliset suoekosysteemit ovat muutoksen alla, ja ilmastonmuutoksen ja soiden sukkession välisten suhteiden selvittäminen vaatii lisätutkimusta.

Työssä tarkastellaan ääriarvoteorian perusteiden pohjalta kahta tunnettua ääriarvojakaumaa ja niiden antamia häntätodennäköisyyksiä havaintoaineistolle, joka esittää osaketuottojen kuukausitappioita. Lukijalla oletetaan olevan hallussa todennäköisyysteorian -ja laskennan perustiedot. Ääriarvoteoriassa ollaan kiinnostuneita jonkin havaintoaineiston otosmaksimien käyttäytymisestä sekä niiden jakaumasta. Kiinnostuksen kohteena on siis harvoin sattuvien tapahtumien todennäköisyydet eli havaintojen häntätodennäköisyydet ja tarkoitus on analysoida tiettyyn hetkeen mennessä havaittuja tapahtumia suurempien tapahtumien todennäköisyyksiä. Tutkielman alussa käydään lävitse ääriarvoteorian muutamia olennaisia tuloksia. Käsiteltävä teoria on nimenomaan klassista ääriarvoteoriaa, jossa havaintojen oletetaan olevan riippumattomia ja samoin jakautuneita. Olennainen tulos ääriarvoteoriassa on se, että mikäli sopivilla vakioilla normeerattu otosmaksimi suppenee jakaumaltaan kohti jotain ei-degeneroitunutta jakaumaa, kun otoskoko kasvaa rajatta, niin tällöin tämän jakauman täytyy olla tyypiltään yksi kolmesta standardista ääriarvojakaumasta Fréchet, Weibull tai Gumbel. Tällöin sanotaan, että otosmaksimin jakauma kuuluu ääriarvojakauman vaikutuspiiriin maksimin suhteen. Teorian käsittelyn jälkeen esitellään ääriarvoteorian kaksi tunnetuinta ääriarvojakaumaa. Ensimmäinen niistä on standardi yleistetty ääriarvojakauma eli ns. GEV-jakauma, joka pitää sisällään nuo kolme edellä mainittua standardia ääriarvojakaumaa. Toinen esiteltävä jakauma on yleistetty Pareto-jakauma eli ns. GP-jakauma, jonka jakaumaperheen jäsenet niinikään kuuluvat GEV-jakauman antamien ääriarvojakaumien vaikutuspiiriin maksimin suhteen. Molempien jakaumien avulla pystytään vähän eri menetelmin tutkimaan ääriarvojen tapahtumista jonkin tietyn havaintoaineiston pohjalta ja ekstrapoloimaan havaintoaineiston alueelle, jota ei paljon tunneta eli ääriarvoalueelle. Teorian ja jakaumien konkretisoimiseksi tutkielmassa käydään esimerkin avulla läpi minkälaisia tuloksia ääriarvojakaumilla voidaan saavuttaa. GEV-jakauman sovitus havaintoaineistoon tapahtuu ns. blokkimaksimimenetelmällä. Siinä aineisto jaetaan vuoden blokkeihin ja kustakin blokista poimitaan suurin osaketappio. Tämän jälkeen GEV-jakauma sovitetaan ns. suurimman uskottavuuden menetelmällä havaintoihin. GP-jakauman sovitus aineistoon tapahtuu ns. ylitemenetelmällä, jossa havaintoihin otetaan mukaan tietyn korkean tason ylittävät havainnot. Tämän jälkeen myös GP-jakauma sovitetaan havaintoihin suurimman uskottavuuden menetelmällä. Tuloksista käy ilmi, että molemmat jakaumat vaikuttavat sopivan suhteellisen hyvin havaintoihin joskin GP-jakauma antaa monipuolisempia tuloksia. Lopuksi kerrataan vielä käsiteltyjä asioita sekä kurotetaan esitellyn teorian ohi kohti yleisempää teoriaa. Klassinen ääriarvoteoria ei riippumattomuus oletuksineen nimittäin sellaisenaan sovi reaalimaailman havaintoaineistoon. Asia on tutkielmassa kuitenkin pääosin sivuutettu esityksen helpottamiseksi.

Koulujen puutarhatoiminta on yhtä aikaa koululaitoksemme kanssa kehittynyt ilmiö. Aikojen saatossa koulupuutarhatoimintaa kohtaan tunnettu kiinnostus on vaihdellut ja tällä hetkellä se on ilmeisesti taas kasvussa. Koulupuutarhatoimintaa voidaan tarkastella monenlaisista näkökulmista, esimerkiksi osana koulun ympäristökasvatusta, terveyskasvatusta tai oppiainerajat ylittävää opiskelua. Aihetta on tutkittu vain vähän ja tämän tutkimuksen tavoitteena on selvittää millaista koulupuutarhatoimintaa Suomessa on ja miten puutarhoja hyödynnetään opetuksessa. Lisäksi tarkastelun kohteena on havainto, jonka mukaan koulupuutarhatoimijat usein ajattelevat oppilaiden oppivan toiminnan kautta 'mistä ruoka tulee'. Nykyaikainen ruokajärjestelmä on kuitenkin monimutkainen kokonaisuus, jonka muodostavat kuluttaja, tuottaja, jatkojalostajat ja pakkausteollisuus, sekä kauppa ja muut ruoan kautta tekemisissä olevat verkostot. Ymmärtääkseen ruoan matkaa pellosta pöytään ei siis riitä että tietää miten kasvit kasvavat. Tutkimuksessa selvitetäänkin lisäksi mitä koulupuutarhojen avulla opetetaan ruokajärjestelmästä. Tutkimuksen empiirinen aineisto kerättiin teemahaastattelujen avulla. Tutkimusta varten haastateltiin 11 opettajaa eri puolilta maata sijaitsevista kouluista, joissa on aktiivista koulupuutarhatoimintaa. Tutkimuskoulujen joukossa on ala- ja yläkouluja, lukio ja kaksi steinerkoulua. Tavoitteena oli saada tutkimukseen mukaan mahdollisimman laaja otos erilaisia koulupuutarhoja, joten kustakin koulusta haastateltiin vain yhtä toiminnasta hyvin perillä olevaa opettajaa. Litteroitu haastatteluaineisto analysoitiin teemoittelun ja tyypittelyn avulla. Teemoittelun kautta aineistosta löytyneiden ilmiöiden yleisyyttä selvitettiin sisällön erittelyllä. Tutkimuksen tulosten perusteella ei voida määrittää suomalaisen koulupuutarhan tyyppiesimerkkiä, sillä toimintatavat, toiminnan laajuus, sille asetut päämäärät ja puutarhojen hyödyntäminen opetuksessa vaihtelevat kouluittain paljonkin. Puutarhojen toimintamallit on kehitetty koulukohtaisesti niiden resurssien varassa, joita kullakin koululla on ollut käytettävissään. Toiminnan ensisijaisena tavoitteena on oppimisen tukeminen, mutta eri kouluissa puutarhan merkitystä painotetaan eri tavoin: ympäristökasvatuksen, kokonaisvaltaisen oppimisen tai jonkin tietyn kurssin oppimisympäristönä tai koulun pihaa viihtyistävänä tai koulun arkeen vaihtelua tuovana tekijänä. Toiminnalle asetetut tavoitteet määrittävät sitä kuinka paljon puutarhaa hyödynnetään opetuksessa ja lisäksi hyödyntämisen laajuuteen vaikuttaa puutarhan koko. Vaikka myös monet opettajat ajattelevat koulun puutarhatoiminnan avulla opittavan mistä ruoka tulee kauppojen hyllyille, opetetaan ruokajärjestelmästä puutarhatoiminnan kautta vain tiettyjä osia. Alkutuotannon roolia painotetaan vahvasti, mutta osassa kouluista näkökulmaa laajennetaan valmistamalla satoa myytäväksi myyjäisissä tai sitä tarjotaan kouluruokalassa. Kahdessa koulussa tehdään lisäksi maatilayhteistyötä lähitilojen kanssa. Uusien oppimisympäristöjen ja opetusmetodien hyödyntämistä opetuksessa pidetään yleisesti suositeltavana, mutta niiden käyttöönotto vaatii opettajalta edelleen erityistä rohkeutta. Koulupuutarhatoiminta kannustaa opettajia kokeilemaan koulussa monenlaisia uusia toimintatapoja ja opetusmetodeja, kuten ulkona opettamista ja kokemuksellista oppimista. Tutkimukseen osallistuneet opettajat eivät juuri kokeneet tarvitsevansa apua koulun puutarhatoiminnan kehittämiseen, mutta se voisi hyödyttää heitä etenkin puutarhakasvatuksen osalta, sillä monilla on melko suppea käsitys puutarhan hyödyntämismahdollisuuksista opetuksessa. Koulupuutarhojen aiheuttama innostus ja lisääntynyt oppilaiden motivaatio, sekä käytännön tekeminen, oikeat ongelmat ja konkreettisen lopputuloksen näkeminen puoltavat paikkaansa koulussa, sillä tällaiset tekijät edistävät tutkimusten mukaan esimerkiksi oppilaiden luonnontieteiden osaamista. Tutkimus on esiselvitys suomalaisen koulupuutarhatoiminnan käytännöistä ja se avaa runsaasti lisätutkimuksen aiheita. Jotta puutarhakasvatuksen parhaista käytännöistä päästään selville, on tehtävä esimerkiksi hyvin dokumentoituja kokeiluja erilaisista puutarhakasvatuksen muodoista, joiden vaikuttavuutta arvioidaan. Tarvetta on myös tutkimuksille, jotka selvittävät puutarhakasvatuksen vaikutuksia oppilaiden oppimiseen suomalaisen koulun kontekstissa. Ruokajärjestelmäopetuksen suhteen tutkimuksessa ilmeni ristiriita sen suhteen, mitä opettajat toivovat oppilaiden oppivan koulupuutarhatoiminnan kautta ja mitä he näyttävät käytännössä opettavan, joten lisätutkimusta tarvitaan myös tämän ristiriidan vahvistamiseksi ja selvittämiseksi.

In this thesis, we develop a Bayesian approach to the inverse problem of inferring the shape of an asteroid from time-series measurements of its brightness. We define a probabilistic model over possibly non-convex asteroid shapes, choosing parameters carefully to avoid potential identifiability issues. Applying this probabilistic model to synthetic observations and sampling from the posterior via Markov Chain Monte Carlo, we show that the model is able to recover the asteroid shape well in the limit of many well-separated observations, and is able to capture posterior uncertainty in the case of limited observations. We greatly accelerate the computation of the forward problem (predicting the measured light curve given the asteroid’s shape parameters) by using a bounding volume hierarchy and by exploiting data parallelism on a graphics processing unit.

Field emission from metal surfaces is an important phenomenon in modern technology, not least due to its role in the vacuum breakdowns limiting the gradient of the accelerating fields in the Compact Linear Collider being planned at CERN. Vacuum breakdowns are found to originate at locations on the surface of the accelerating structures where field emission is enhanced, making understanding field emission important for increasing the effectivity of the instrument. According to the standard Fowler–Nordheim theory of field emission, the work function of the surface and the geometric field enhancement are the two parameters which determine the field emission current, with the standard interpretation of experimental results focusing on the geometric field enhancement. The role of the work function, which can be significantly decreased near surface defects, is often overlooked. The aim of this work is to study the influence of atomic-scale defects on the work function and field emission characteristics of a copper (111) surface, and to verify the validity of the Fowler–Nordheim equation for the surfaces with defects. The metal surface potential barriers were determined using density functional theory with an image potential type term added manually to account for the long-range exchange and correlation interactions. The determined potential barriers were used in quantum transport calculations to compute the field emission current while taking into account the density of states. A Fowler–Nordheim plot analysis was done for the computed emission currents. The results show that, for the studied atomic-scale surface defects, the decreased work function of the surface is sufficient to explain the increased field emission current, while no effective geometric field enhancement was found. The validity of the Fowler–Nordheim equation for the studied systems was established, with only an approximately constant factor separating the computed currents from those predicted by the Fowler–Nordheim equation.

A large number of studies have concerned banded precipitation structures in extratropical cyclones but these studies have focused on single banded events. Most of these studies have taken place in the United States, whereas this study investigates multiple snowbands formed in a snowstorm on 23th November 2008 in Southern Finland, where the large-scale dynamical features maybe different. The storm caused heavy snowfall, especially along the southern coast of Finland. The study is divided in two parts. The first part describes the observed characteristics of the snowstorm by identifying different stages of the storm evolution as well as the large and smallscale structures of precipitation. The second part aims to identify the forcing mechanisms, which lead to the formation of multiple snowbands by using high resolution model output. To achieve this results, radar composite data obtained from the Finnish Meteorological Institute's (FMI) Doppler radar network and the AROME mesoscale model simulation output are used. The radar composites revealed four different phases of the storm evolution. The storm exhibited 22 individual bands and 6 groups of bands during the first three phases. The AROME simulation was able to produce the storm evolution and precipitation features rather similar to those observed. Strong and widespread frontogenetical forcing, weak moist symmetric and potential stability and to a small extent moist symmetric instability and potential instability were important mechanisms for producing heavy precipitation and mesoscale bands. During the first two phases frontogenesis was the forcing mechanism for ascent. Precipitation along the warm front at middle troposphere during phase 1 was mainly caused by ascent along isentropic surfaces below 500 hPa were sufficient moisture was available. During phase 2, weak potential stability and to a small extent potential instability were present in the warm sector enhancing the vertical ascent and precipitation. At lower levels along the warm front also symmetric instability was found and most likely released, resulting in slantwise convection. Moist layer in the warm sector reached 500 hPa although there were fluctuations which made the precipitation field scattered. Based on the radar composites phases 3 and 4 differed dynamically from phases 1 and 2 but were similar to each other. Frontogenetical forcing reduced significantly after the cold frontal passage in phase 3. Despite of the shallow moist layer and potential instability, convection did not occur in the simulation in same extent than in observations.

Accessibility is a crucial factor for interaction between areas in economic, cultural, political and environmental terms. Therefore, information concerning accessibility is relevant for informed decision making, planning and research. The Loreto region in the Peruvian Amazonia provides an interesting scene for an accessibility study. Loreto is sparsely populated and because there are few roads in the region, in practice all movement and transportation happens along the river network. Due to the proximity of the Andes, river dynamics are strong and annual changes in water level combined with these dynamic processes constantly reshape accessibility patterns of the region. Selling non-timber forest products (NTFP) and agricultural products (AP) in regional centres is an important income source for local rain forest dwellers. Thus, accessibility to the centres is crucial for the livelihood of local population. In this thesis I studied how accessible the regional centre Iquitos is from other parts of Loreto. In addition, I studied the regional NTFP/AP trade patterns and compared them with patterns of accessibility. Based on GPS-measurements, using GIS, I created a time-distance surface covering Loreto. This surface describes the time-distance to Iquitos, along the river network. Based on interview material, I assessed annual changes to accessibility patterns in the region. The most common regional NTFP/AP were classified according to the amount of time they can be preserved, and based on the accessibility surface, I modelled a catchment area for each of these product classes. According to my results, navigation speeds vary considerably in different parts of the river network, depending on river types, vessels, flow direction and season. Navigating downstream is, generally, faster than upstream navigation. Thus, Iquitos is better accessible from areas situated south and south west of the city, like along the rivers Ucayali and Marañon. Differences in accessibility between different seasons are also substantial: during the dry season navigation is slower due to lower water levels and emerging sand bars. Regularly operating boats follow routes only along certain rivers and close to Iquitos transport facilities are more abundant than in more distant areas. Most of the products present in Iquitos market places are agricultural products, and the share of NTFP is significantly smaller. Most of the products were classified in product class 2, and the catchment area for these products is rather small. Many products also belonged to class 5, and the catchment area for these products reaches up to the edges of my study area, following the patterns of the river network. The accessibility model created in this study predicts travel times relatively well, although in some cases the modelled time-distances are substantially shorter than observed time-distances. This is partly caused by the fact that real-life navigation routes are more complicated than the modelled routes. Rain forest dwellers having easier access to Iquitos have more opportunities in terms of the products they decide to market. Thus, they can better take advantage of other factors affecting the market potential of different products. In all, understanding spatial variation in accessibility is important. In the Amazonian context it is difficult to combine the accessibility-related needs of the local dwellers with conservation purposes and the future challenge lies in finding solution that satisfy both of these needs.

De-anonymization is an important requirement in real-world V2X systems (e.g., to enable effective law enforcement). In de-anonymization, a pseudonymous identity is linked to a long-term identity in a process known as pseudonym resolution. For de-anonymization to be acceptable from political, social and legislative points of view, it has to be accountable. A system is accountable if no action by it or using it can be taken without some entity being responsible for the action. Being responsible for an action means that the responsible entity cannot deny its responsibility of or relation to an action afterwards. The main research question is: How can we achieve accountable pseudonym resolution in V2X communication systems? One possible answer is to develop an accountable de-anonymization service, which is compatible with existing V2X pseudonym schemes. The accountability can be achieved by making some entities accountable for the de-anonymization. This thesis proposes a system design that enables, i) fine-grained pseudonym resolution; ii) the possibility to inform the subject of the resolution after a suitable time delay; and iii) the possibility for the public to audit the aggregate number of pseudonym resolutions. A TEE is used to ensure these accountability properties. The security properties of this design are verified using symbolic protocol analysis.

Heart rate (HR) monitoring has been the foundation of many researches and applications in the field of health care, sports and fitness, and physiology. With the development of affordable non- invasive optical heart rate monitoring technology, continuous monitoring of heart rate and related physiological parameters is increasingly possible. While this allows continuous access to heart rate information, its potential is severely constrained by the inaccuracy of the optical sensor that provides the signal for deriving heart rate information. Among all the factors influencing the sensor performance, hand motion is a particularly significant source of error. In this thesis, we first quantify the robustness and accuracy of the wearable heart rate monitor under everyday scenario, demonstrating its vulnerability to different kinds of motions. Consequently, we developed DeepHR, a deep learning based calibration technique, to improve the quality of heart rate measurements on smart wearables. DeepHR associates the motion features captured by accelerometer and gyroscope on the wearable with a reference sensor, such as a chest-worn HR monitor. Once pre-trained, DeepHR can be deployed on smart wearables to correct the errors caused by motion. Through rigorous and extensive benchmarks, we demonstrate that DeepHR significantly improves the accuracy and robustness of HR measurements on smart wearables, being superior to standard fully connected deep neural network models. In our evaluation, DeepHR is capable of generalizing across different activities and users, demonstrating that having a general pre-trained and pre-deployed model for various individual users is possible.