Browsing by Title

Järven kehityksen tunteminen auttaa rekonstruktioimaan ihmistoiminnan ja luonnollisten muutosten aiheuttamia tapahtumia järven kehityksessä. Näitä tapahtumia voidaan päätellä pohjasedimenttikooreista saatavien tietojen avulla. Tämä tutkimus tutkii pienen vuoristojärven kehitystä viimeisen 800 vuoden aikana. Tutkimuksen tavoitteena on selvittää sedimentaatiossa tapahtuneita poikkeamia sekä ihmistoiminnan vaikutusta niihin. Kohdejärvi Laka sijaitsee Tšekin lounaisosassa Sumavan luonnonsuojelualueella. Laka-järvi on pituudeltaan 300 metriä ja leveydeltään 100 metriä. Järven alueella vallitsee vuoristoilmasto, ja järvi on jäässä keskimäärin 4–5 kuukautta vuoden aikana. Järveä ympäröivä metsäalue toimi teollisesta toiminnasta aiheutuneiden rikki- ja typpipäästöjen nieluna 1950-luvulta 1980-luvun loppuun, mikä aiheutti happamoitumista. Työn aineisto on PEDECO-projektin yhteydessä tuotettua, jonka tekijä on saanut ohjaajaltaan valmiina käyttöönsä. Tutkimuksessa käytetty aineisto on tuotettu venäläisellä suokairalla otetusta sedimenttikoorista ja Limnos-nostimella otetusta pintasedimenttikoorista tehdyt analyysit. Tutkimuksessa käytetyt menetelmät ovat radiohiiliajoitus yli 70 vuotta vanhojen sedimenttien ajoittamiseen, 210Pb-ajoitus alle 70 vuotta vanhojen sedimenttien ajoittamiseen, raekokoanalyysi lajitteiden osuuksien määrittämiseen, infrapunan lähellä olevien aallonpituuksien spektrometria orgaanisen aineksen, mineraaliaineksen ja biogeenisen silikaatin osuuksien määrittämiseen, röntgensädefluoresenssi alkuainepitoisuuksien määrittämiseen, siitepölyanalyysi ja muiden palynomorfien analyysi kasvien ja muiden itiöperäisten eliöiden esiintyvyyden määrittämiseen. Lisäksi aineistoista tehtiin Pearsonin korrelaatio ja pääkomponenttianalyysi, joiden avulla määritettiin eri muuttujien suhteita toisiinsa. Tuloksista näkyy kolme erilaista aikakautta järven kehityksessä: luonnontilainen 1200-luvulta 1600-luvulle, vähäistä ihmistoiminnan vaikutusta 1600-luvulta 1850-luvulle ja huomattavaa ihmistoiminnan vaikutusta 1850- luvulta nykyaikaan. Luonnollisista muutoksista järven kehitykseen vaikutti eniten sademäärien muutokset. Myös paikalliset tuulen ja hyönteisten aiheuttamat metsätuhot vaikuttivat järven kehitykseen. Ihmistoiminnan suurimmat vaikutukset aiheutuivat järven patoamisesta, sekä veden ajoittaisista juoksutuksista padon läpi. Kun veden juoksutus padon läpi lopetettiin 1920-luvulla, järven pinta nousi ja sen pinta-ala kasvoi. Veden alle jääneestä maaperästä liukeni veteen runsaasti eri alkuaineita, mikä aiheutti monien alkuaineiden kohdalla suurimmat pitoisuudet koko tutkimuksen ajanjakson aikana. Lisäksi järveen päätyi jonkin verran teollisuuden aiheuttamia päästöjä kaukokulkeumana.

Tässä työssä valmistettiin sarja pinta-funktionalisoitavia ja lämpöherkkiä mikrogeelipartikkeleita lääkeainekuljettajiksi. Partikkelit syntetisoitiin dispersiopolymeroinnilla vinyylikaprolaktaamista (VCL), metakryylihaposta (MAA) ja vinyylibentsyyliatsidista (VBA) käyttäen N, N'-bis(akryyli)kystamiinia silloittajana. Komponentit valittiin niiden funktionaalisuuksien ja bioyhteensopivuuden vuoksi, VBA sisällytettiin partikkeleihin sen liittämisreaktioihin sopivan atsidiryhmän takia. Monomeerisuhteita vaihdeltiin parhaimman lopputuloksen aikaansaamiseksi. Partikkeleiden atsidiryhmien reaktiivisuutta testattiin ATRP menetelmällä valmistetuilla alkyyni-pääteryhmäisillä PDMAEMA-ketjuilla. Ne liitettiin partikkeleihin käyttäen kuparikatalysoitua atsidi-alkyyni sykloadditiota (CuAAC). Partikkelien kemiallista rakennetta selvitettiin NMR- ja IR-analyyseillä. Partikkelien koko mitattiin lämpötilan funktiona dynaamisella valonsironnalla. Oikean reagenssisuhteen ja reaktio-olosuhteiden löydyttyä partikkeleita syntetisoitiin onnistuneesti. Niiden todettiin olevan stabiileja vesiliuoksessa ja niiden todettiin muuttavan kokoaan lämpötilan funktiona. Atsidiryhmien reaktiivisuus todettiin havaitsemalla PDMAEMA IR- ja NMR-spektristä intensiivisen puhdistuksen jälkeen.

Tämän tutkielman tarkoituksena on tutkia miten lämpökameraa voitaisiin käyttää hyödyksi fysiikan opetuksessa. Lämpökamera avaa mielenkiintoisen tavan lähestyä fysiikan ilmiöitä uudella, visuaalisella tavalla. Lämpökameroiden hankintahinnat alkavat olla jo tarpeeksi alhaisia koulujen hankittavaksi, joten niiden käyttäminen fysiikan opetuksessa on kiinnostava aihe. Tutkimuksen kontekstiksi on valittu energian käsitteen lähestyminen lämmön avulla. Tutkielmassa perehdytään aluksi hahmottavaan lähestymistapaan, jonka ajatusmaailman pohjalle lämpökameralla tehdyt mittaukset ja kokeet rakentuvat. Samalla perehdytään myös tyypillisiin lämpöopin virhe-, ennakko- ja intuitiivisiin käsityksiin. Lisäksi käydään läpi miten oppiminen ja käsitteellinen muutos tapahtuu. Tämän jälkeen perehdytään lyhyesti lämpökameraan ja sen taustalla olevaan teoriaan kirjallisuuden pohjalta. Varsinaisessa tutkimusosassa tutkitaan lämpökameran käyttämistä mittalaitteena, jonka jälkeen hahmottavan lähestymistavan pohjalta pohditaan energian käsitteenmuodostuksen kulkua ja mielekästä tapaa lähestyä energian laajaa käsitettä. Kun käsitteenmuodostusprosessi on jäsennetty, siirrytään itse energian käsitettä hahmottavien kokeiden ja mittausten pariin. Tutkimus toteutettiin tutustumalla lämpökameraan ja tutkimalla millaisiin mittauksiin se soveltuu. Tämän jälkeen suunniteltiin kokeita, jotka soveltuvat energian käsitteen hahmottamiseen. Tutkimuksen pohjalta voidaan sanoa, että lämpökamera on hyvä työkalu lämpöilmiöiden kokeelliseen tutkimukseen ja sen avulla voidaan tehdä monipuolisia mittauksia

Climate change is going to bring a change for ecosystems and their abiotic and biotic processes. Relationship between climate and ecosystems is usually studied using macroclimatic data, but plants have been found to be more closely associated with changes in microclimates. Microclimates involve temperature, wind, radiation, and humidity conditions near the ground surface. Microclimates can change over short distances creating differences for areas general climatic conditions. Microclimates can help plants to survive in the edge of their dispersal area or create stronger variations in temperatures. Not much research conducted on microclimates in boreal ecosystems yet. The aim of this thesis is to illustrate how environmental variables affect temperatures in different seasons inside boreal biome. Microclimates are a combination of physical processes and environmental variables. Main physical processes are energy released and bound by changes in the state of water, heat flux between soil and air, and radiation balance. Environmental variables are key components on defining how physical processes occur in the area affecting the microclimatic temperatures. Topography creates change in the lapse rates via altitude variations, and slope curves and orientation change radiation and moisture conditions. Radiation and moisture conditions also vary according to the vegetation factors, for example in the forest where canopy cover and vegetation height create differences in physical processes. Water masses and mires affect the area’s moisture conditions and heat flux between air and water. Heat flux between air and soil on the other hand is affected by quality of soil and wind conditions. Wind currents affect the mixing of different layers of air and the cold air pooling together with local topography. Relative influence of the environmental variables was studied using 8 study areas located in different boreal climatic zones. Study sites included 50 to 100 temperature meters, covering different environmental conditions in the area. Temperature data were collected at a height of 15 cm above the ground over a two-year period. In this thesis explanatory variables where canopy cover, radiation, slope, wind, distance to forest edge, TWI, and water and wetland portions. GAM-models were generated for different temperature variables for different months and years. Explanation ability of the model was evaluated with bootstrap-method. Relative influence of the explanatory variables was examined by variable randomization. Models explanatory power was highest in the southern study areas and decreased slightly when moving to the northern sites. There was a positive correlation between model explanatory power and its stability. Based on this the results are more reliable in the southern sites and during the summer. Temperatures observed in microclimates followed the changes in the macroclimatic conditions. In the northern areas, the main environmental factors explaining temperature variations were mainly topographic variables such as slope, wind, and TWI. In the southern areas vegetation variables like canopy cover, distance to forest edge and wetland portion were more relevant in explaining the temperature variations. Results also suggest that topography driven wind conditions are an important variable in the northern areas. Wind was found to decrease temperatures in winter months and increase temperatures in summer. The influence of wind has not yet been taken into consideration in many previous studies, as it is affected by several different factors. Further research into the factors affecting microclimatic temperatures is important in order to determine more precisely the differences between the environmental factors influencing the temperatures and their relative significance in different years. However, the temperature variables occurring in the boreal zone can be explained by examining the topographic and vegetation variables.

Three rivers in Hannukainen, in the Kolari municipality in Finland lie in the vicinity of an old mining site planned to be re-opened for mining activities. The rivers are known to have considerable inputs of groundwater (GW) due to earlier studies, and vulnerable natural salmonid populations. Two thermal infrared (TIR) datasets were used in this study from the Hannukainen area to find GW discharge locations and the landscape geomorphological factors affecting their occurrence; a TIR set collected in 2016 with an unmanned aerial vehicle (UAV) and a TIR set from 2012–2013 containing classified GW discharge site information. The processing of the UAV data was described in detail and GW discharge sites were located manually in GIS. Discovered GW sites were classified into four categories: spring, diffuse seepage, relict channel and tributary confluence plume. Temperature profiles were created to examine the temperature changes along the rivers. The GW sites mostly caused only minor fluxes to the stream temperature, the main effect being on the landscape morphological features. Four landscape metrics were calculated from the GW discharge site TIR data 2012–2013 and open GIS data: channel sinuosity, gradient, terrain slope and entrenchment ratio (ER). The metrics were then statistically correlated with the GW discharge site locations. After the correlations ER was the only statistically significant metric indicating connections to the discharge site occurrences and counts. Low statistic model accuracy values and correlation coefficients were attained suggesting that a large part of the variance in the data remains unexplained by the metrics. There was a weak positive linear relationship between ER and the discharge site occurrences and counts, which means that more open valleys are more prone to having an increased amount of GW discharge sites. As the correlation is weak, a large part of the effects on the discharge amounts come likely from other riverine processes. The results partly agree and partly differ from the few studies that used similar metrics. As used in this study the use of landscape metrics to predict the locations of GW discharge sites would be challenging and the reliability of results would be hard to ensure. More established methods for choosing, calculating and correlating the metrics are suggested. Also an inventory for metric values or value combinations representing the probable locations of GW discharge sites would be helpful in future studies.

Tässä pro gradu -tutkielmassa käsitellään langattoman IEEE 802.11 -lähiverkon eli WLANin tietoturvaa. Siihen kuuluu laitteiden todentaminen, datan salaus, lähetysten muuttumattomuus eli eheys ja verkon saatavuus. WLANin kolme eri tietoturvaprotokollaa, WEP, WPA ja WPA2, täyttävät tietoturvan eri osa-alueille asetettuja tavoitteita hyvin vaihtelevasti. WEP on vanhin ja kaikilta osin puutteellinen. Epävirallinen ja väliaikaiseksi tarkoitettu WPA takaa jo luotettavan todennuksen, mutta on muilta osin puutteellinen. WPA2 on standardoitu ja tarjoaakin WLANissa luotettavan todennuksen, salauksen ja eheyden. WPA2 ei kuitenkaan takaa verkon saatavuutta. Hyökkääjä voi palvelunestohyökkäyksillä estää verkon käyttöön oikeutettuja tahoja käyttämästä verkkoa. Vaarallisimmat palvelunestohyökkäykset WLANissa perustuvat joko radiohäirintään, yksittäisten lähetysten heikkoon todentamiseen tai suurella lähetysmäärällä tulvittamiseen. Palvelunestohyökkäyksillä voidaan helposti lamaannuttaa verkon toiminta, eikä mikään yksittäinen keino torju kaikkia hyökkäyksiä. Tässä tutkielmassa käydään läpi erilaisia hyökkäyksiä ja niiden torjuntakeinoja. Esitän myös uuden ajatuksen sekvenssinumeroihin perustuvasta tulvituksen torjunnasta. Lähetyksissä säännönmukaisesti eteneviä sekvenssinumeroita on aiemmin käytetty vain väärennetyn lähettäjästä kertovan MAC-osoitteen havaitsemiseen, mutta niitä voidaan käyttää myös tulvitushyökkäyksen torjumiseen.

Työssä esitellään Laplace-muunnoksena tunnettu integraalimuunnos. Se on yksi yleisimmin käytössä olevista integraalimuunnoksista, minkä taustat pohjautuvat Eulerin ja Lagrangen käänteistä Laplace-muunnosta muistuttaviin integraaleihin. Muunnos sai nimensä kehittäjänsä ranskalaisen matemaatikon Pierre-Simon Laplace (1749-1827) mukaan. Työn alussa esitellään Laplace-muunnoksen syntyyn liittyvää historiaa sekä palautetaan mieleen joitain esitietoja liittyen integraalin suppenemiseen ja jatkuvuuden käsitteeseen. Tämän jälkeen perehdytään varsinaiseen asiaan, eli Laplace-muunnoksen määritelmään ja sen ominaisuuksiin. Käydään läpi kuinka muodostuvat derivaatan ja integraalin Laplace-muunnokset sekä lopulta tutkitaan käänteisen Laplace-muunnoksen määritelmää ominaisuuksineen. Laplace-muunnos muuntaa t:n funktion f, s:n funktioksi F, minkä ratkaiseminen esimerkiksi osamurtohajotelman avulla on huomattavasti alkuperäistä helpompaa. Lopulta F(s) palautetaan käänteisen Laplace-muunnoksen avulla takaisin t:n funktioksi f, mikä on differentiaaliyhtälön ratkaisu. Käänteismuunnoksen ja kompleksisen Laplace-muunnoksen määrittelyssä käytän apuna Fourier'n muunnoksen teoriaa. Työssä käsitellään myös konvoluution sekä yksikköaskelfunktion käsitteitä ja niiden Laplace-muunnoksia. Tavoitteena on osoittaa kuinka kyseinen menetelmä helpottaa tietyntyyppisten differentiaaliyhtälöiden ratkaisemista. Varsinkin sähkötekniikassa ja elektroniikassa kyseinen integraalimuunnos on erittäin tärkeä työväline. Työn lopussa sovelletaan opittua erityyppisten differentiaaliyhtälöiden ratkaisuun sekä elektroniikan piirien, eritoten RLC-piirien yhteydessä ilmenevien differentiaaliyhtälöiden teoriaan.

Large deviations theory is a branch of probability theory which studies the exponential decay of probabilities for extremely rare events in the context of sequences of probability distributions. The theory originates from actuaries studying risk and insurance from a mathematical perspective, but today it has become its own field of study, and is no longer as tightly linked to insurance mathematics. Large deviations theory is nowadays frequently applied in various fields, such as information theory, queuing theory, statistical mechanics and finance. The connection to insurance mathematics has not grown obsolete, however, and these new results can also be applied to develop new results in the context of insurance. This paper is split into two main sections. The first presents some basic concepts from large deviations theory as well as the Gärtner-Ellis theorem, the first main topic of this thesis, and then provides a fairly detailed proof of this theorem. The Gärtner-Ellis theorem is an important result in large deviations theory, as it gives upper and lower bounds relating to asymptotic probabilities, while allowing for some dependence structure in the sequence of random variables. The second main topic of this thesis is the presentation of two large deviations results developed by H. Nyrhinen, concerning the random time of ruin as a function of the given starting capital. This section begins with introducing the specifics of this insurance setting of Nyrhinen’s work as well as the ruin problem, a central topic of risk theory. Following this are the main results, and the corresponding proofs, which rely to some part on convex analysis, and also on a continuous version of the Gärtner-Ellis theorem. Recommended preliminary knowledge: Probability Theory, Risk Theory.

In mitochondria and many bacteria, the electron transport chain produces energy from foodstuff as a part of cell respiration. Complex IV, also known as Cytochrome c Oxidase, is the last protein complex in the electron transport chain. It couples electron transport with the transfer of protons across the inner mitochondrial membrane (or the cell membrane in bacteria). The pumped protons produce a proton-motive force, which drives adenosine triphosphate synthase to generate adenosine triphosphate molecules used as energy currency in many cellular functions. Dysfunction of complex IV may cause myopathies and other mitochondrial malfunctions, and therefore it is important to understand how this enzyme functions and is regulated. The work performed in this Thesis provides novel insights into the intricate function of the enzyme and reveals the importance of lipid-protein interactions that turn out to be critical in the enzyme function. These insights provide new ways to better understand how cardiolipin as a key lipid in mitochondrial membranes participates in proton uptake pathways, and whether cardiolipin also has an important role in complex IV dimerization. Six large-scale atomistic molecular dynamics simulations of complex IV were performed, including simulations of the dimeric as well as the monomeric complex IV. In each simulation, the membrane consisted of three kinds of primary lipids found in the inner mitochondrial membrane. All the simulations were two to three microseconds long, therefore representing the current state-of-the-art in membrane-protein simulations in this context. The simulation data show that the dimeric complex IV is stable. The data also reveal that there are fewer protein-protein ion pairs between complex IV monomers in the presence of cardiolipins at the interface, however cardiolipin could also function as glue forming charge-charge interactions with both of the monomers. Cardiolipin-complex IV interactions seem to have more significance compared to other lipid-complex IV interactions, favoring the earlier proposals that cardiolipins are possibly involved in proton uptake. The monomeric complex IV was observed to tilt 5-10 degrees with respect to the initial position of the protein and membrane normal, while for the dimeric complex IV no tilt was observed. The difference in tilt might work as a free energy barrier in dimerization. It is also suggested that cardiolipins between the monomers could reduce the possible free energy barrier in dimerization. Understanding of these microscopic aspects by means of molecular dynamics simulations may open up new avenues to target mitochondrial dysfunctions.

This thesis provides a detailed exploration of numerous methods — some established and some novel — considered in the construction of a text-categorization system, for use in a large-scale, online news-monitoring system known as PULS. PULS is an information extraction (IE) system, consisting of a number of tools for automatically collecting named-entities from text. The system also has access to large training corpora in the business domain, where documents are annotated with associated industry-sectors. These assets are leveraged in the construction of a multi-label industry-sector classifier, the output of which is displayed on the web-based front-end of PULS, for new articles. Through review of background literature and direct experimentation with each stage of development, we illuminate many major challenges of multi-label classification. These challenges include: working effectively in a real-world scenario that poses time and memory restrictions; organizing and processing semi-structured, pre-annotated text corpora; handling large-scale data sets and label sets with significant class imbalances; weighing the trade-offs of different learning algorithms and feature-selection methods with respect to end-user performance; and finding meaningful evaluations for each system component. In addition to presenting the challenges associated with large-scale multi-label learning, this thesis presents a number of experiments and evaluations to determine methods which enhance overall performance. The major outcome of these experiments is a multi-stage, multi-label classifier that combines IE-based rote classification — with features extracted by the PULS system — with an array of balanced, statistical classifiers. Evaluation of this multi-stage system shows improvement over a baseline classifier and, for certain evaluations, over state-of-the-art performance from literature, when tested on a commonly-used corpus. Aspects of the classification method and their associated experimental results have also been published for international conference proceedings.