Browsing by Title
Now showing items 2827-2846 of 4203
-
(Helsingin yliopistoHelsingfors universitetUniversity of Helsinki, 2012)In this study, I have investigated interstellar molecular clouds and specifically three fields mapped with the Planck satellite and Herschel Space Observatory at radio and sub-millimeter wavelengths: G131.65+9.75, G108.28+16.68, and G161.55-9.30. In these fields, four cloud cores were selected for closer investigation. The molecular line observations at 13CO, C18O, and N2H+ were made with the 20-m radio telescope in Onsala Space Observatory, Sweden. Also, data from Herschel Space Observatory was used. The molecular line observations were used for the study of cloud morphology and kinematics. The hydrogen column densities were estimated from both the molecular line and the dust continuum observations. Radiative transfer models were created for both the continuum and line data. The molecular line emission maxima were approximately where the dust continuum emission maxima were. The molecular line observations indicate that the studied cores are quite stable and show low turbulence. No clear detections of outflows were found in any of the cores. The column densities estimated from the dust continuum observations were 1 - 5 times the column densities derived from the molecular line observations. The column densities derived from the molecular line observations were also considerably lower than what is expected for protostellar cores. When comparing the masses estimated from the molecular line observations to virial and Bonnor-Ebert masses, the mass estimates were considerably lower and it seems that the cores are not on the verge of collapsing. The column density estimates derived from dust emission, however, are in line with the ones expected from prestellar cores and even in the light of the molecular line observations, there is no reason to doubt these data. Clearly, some more research in this area is needed to confirm, for example, the molecular depletion as an explanation of the apparent discrepancy between the continuum and line data
-
(2021)Electroencephalography (EEG) is a non-invasive neurophysiological method for evaluating brain activity by measuring electrical potential at the scalp. The electrical potentials originate mainly from postsynaptic cortical currents created by neuronal activity. It is a valuable tool for both research and clinical practice. EEG can be used e.g. to diagnose epilepsy, focal brain disorders, brain death, and coma. Intermittent photic stimulation (IPS) is an important tool in clinical EEG. Healthcare professionals use it to induce epileptic activity in patients to help diagnose their conditions. In these tests, various IPS frequencies are used with eyes-closed, eyes-open, and eye-closure conditions. IPS test is listed in clinical practice guidelines in EEG globally, and it is mainly used to diagnose photosensitive epilepsy, i.e., to detect epilepsy-related abnormal sensitivity to flickering light. Magnetoencephalography (MEG) is a non-invasive neurophysiological method in which minute magnetic fields — produced by the same postsynaptic currents as in EEG — are measured with special superconductive sensors around the head. MEG is a valuable tool for research and clinical practice with increasing world-wide utilization. The main advantages of MEG over EEG are easier source modelling and higher resolution at cortical areas. IPS has not been introduced to MEG since the IPS stimulators used in EEG are not compatible with MEG. IPS in MEG could improve the analysis of IPS and provide better tools for diagnoses. Currently, data analysis of IPS is typically limited to healthcare professionals examining the visualization of the raw data while looking for induced epileptiform activites and lateralizing them. In this thesis, an MEG-compatible IPS stimulator is introduced and alternative ways of analyzing IPS data for both MEG and EEG are showcased. Although analysis methods were applied with decent signal-to-noise ratios, further research is needed—especially to compare responses between patients with epilepsy and healthy subjects.
-
(2016)Understanding light scattering on meteorite surfaces is difficult. Multiple factors affect the reflectance spectra of meteorites, such as space weathering, terrestrial weathering, and shocks. The main focus of this thesis was to investigate how shock induced iron changes meteorite spectra. The reflectance spectra of 30 meteorite pieces were measured with the University of Helsinki spectrometer in the wavelength range of 300 to 2500 nm. A principal component analysis (PCA) was performed on the spectra and the results were compared with previous studies carried out by Pentikäinen et al. (JQSRT, 146, 2014) and Gaffey (NASA PDS, 2001). The analyses show that HED meteorites can be separated from chondrites. However, more HED measurements are needed to verify the validity of the results. The effects of shock induced iron on meteorite spectra were modeled with the SIRIS3 (Muinonen et al., 2009) light-scattering program. Three different spectra of the Chelyabinsk meteorite were modeled, each of them having experienced a different degree of shock, and thus representing a different lithology: light-colored lithology was modeled as 10% air particles in olivine, dark-colored lithology as 10% iron particles in olivine, and impact-melt lithology as 5% air particles and 5% iron particles in olivine. The modeled spectra were then compared with the spectral measurements of the three lithologies of the Chelyabinsk meteorite. The compability of the measured and the modeled spectra was fair. In general, a higher iron occurrence makes the spectra darker and more flat. The differences between the modeled and the measured spectral shapes of the impact-melt and light-colored lithologies are caused by the absence of pyroxene in the simulations, whereas the modeled and the measured spectral shapes of the dark-colored lithology are different because the occurrence of iron in the measured spectrum is probably higher.
-
(2017)The Landsort Deep is the deepest part of the Baltic Sea. It is located just south from the postulated margins of the early Weichselian glacial, and the deep displays a high-resolution sediment sequence from late Weichselian and Holocene. The physical properties and characterisation of late and postglacial sediments from the Landsort Deep enabled the interpretation of the sediment responses to late Weichselian and Holocene glacial settings. The sediment stratigraphy of the Landsort Deep reflects variations of salinity in the Baltic Sea Basin, and it enables the identification of four major stages in the history of the Baltic Sea: Baltic Ice Lake, Yoldia Sea, Ancylus Lake and Littorina Sea. The samples studied are from cores from Hole M0063C. The cores were recovered during the Integrated Ocean Drilling Program (IODP) Expedition 347, “Baltic Sea Paleoenvironment”. Site M0063 is divided into seven lithostratigraphic units, and the samples are from Unit VI (54–93 ambsf) and Unit V (48–54 ambsf). Sediment analyses and the interpretation of the sedimentary environment of Units VI and V are based on grain-size analysis by laser diffractometry, loss on ignition (LOI) determination, and on the IODP Expedition 347 physical properties dataset. The uniquely long varved glacial clay sequence of Units VI and V gives indications of the Scandinavian Ice Sheet and the sedimentation of the Baltic Sea Basin responded to climate fluctuations. The lowermost part of the thick sediment column comprising Units VI and V, displays ice-proximal settings, and the upper part represents ice-distal settings. The correlation of the sedimentary features to well-known geological events in the Baltic Sea region enabled the relative age determination of the Units VI and V. The sediments are deposited during the Baltic Ice Lake stage and the transition into the Yoldia Sea stage, roughly estimated between 13.5 and 11.5 ka. Comparison to different late and postglacial settings e.g. marine and terrestrial, illustrated conformities in various glacial sedimentary settings.
-
(2020)In this master's thesis we study the generalization of word languages into multi-dimensional arrays of letters i.e picture languages. Our main interest is the class of recognizable picture languages which has many properties in common with the robust class of regular word languages. After surveying the basic properties of picture languages, we present a logical characterization of recognizable picture languages—a generalization of Büchi's theorem of word languages into pictures, namely that the class of recognizable picture languages is the one recognized by existential monadic second-order logic. The proof presented is a recent one that makes the relation between tilings and logic clear in the proof. By way of the proof we also study the locality of the model theory of picture structures through logical locality obtained by normalization of EMSO on those structures. A continuing theme in the work is also to compare automata and recognizability between word and picture languages. In the fourth section we briefly look at topics related to computativity and computational complexity of recognizable picture languages.
-
(Helsingin yliopistoHelsingfors universitetUniversity of Helsinki, 2012)Pienalue-estimoinnilla tarkoitetaan erilaisten tunnuslukujen estimointia jonkin perusjoukon, eli populaation osajoukoille. Osajoukkoja on tavallisesti paljon, jolloin otoskoko pienenee. Nämä osajoukot voivat olla tyypiltään esim. maantieteellisiä tai sosiaalisia (esim. ikä-sukupuoli-rotu -ryhmittely). Pienalue-estimointimenetelmiä käytetään normaalisti aluetilastoihin ja otantaperusteisiin haastattelututkimuksiin. Tutkielmassani vertaillaan eri pienalue-estimointimenetelmien ominaisuuksien eroja teoreettisesti sekä soveltamalla kahteen eri aineistoon. Sovellettuja menetelmiä on kolme: otanta-asetelmaan perustuva HT-estimointi on yksinkertaisin ja karkein menetelmä, joka toimii vertailukohtana kahdelle muulle tilastollista mallia hyödyntävälle menetelmälle. GREG ja EBLUP -estimoinnit käyttävät erilaisia malleja tuomaan vahvaa lisäinformaatiota tehostamaan estimointia. Nämä menetelmät lainaavat voimaa , eli ne käyttävät hyödykseen myös muiden kuin tutkittavana olevan osajoukon alkioiden informaatiota. Ensimmäinen aineisto on synteettinen Länsi-Suomen läänin populaatiodata, johon menetelmiä sovelletaan simulatiivisesti. Data on monistettu koko populaatioksi oikeista havainnoista, joten kyseessä on siis fiktiivinen aineisto. Tulosmuuttujan (=kotitalouksien käytettävissä olevat tulot) oikeat arvot tunnetaan kaikilta perusjoukon havainnoilta, joka mahdollistaa menetelmien harhaisuuden tutkimisen. Tämä ei ole mahdollista oikealla otosaineistolla. Kaksi eri simulointitilannetta konstruoidaan: ensimmäisenä osajoukkomuuttujana on seutukunta, jolloin osajoukkoja on 36 kpl. Toisessa tilanteessa tutkitaan ikäryhmä-sukupuoli-seutukunta -jaottelua, jolloin osajoukkojen määrä kymmenkertaistuu ja otoskoot pienenevät dramaattisesti. Tarkastelussa ovat erityisesti estimaattorien suhteellinen harha ja keskineliövirhe (MSE) tuhannen simulaation yli. Tuloksista käy ilmi, että malliperusteinen EBLUP-estimaattori on erittäin harhainen, vaikkakin tarkka menetelmä (pieni MSE). Sen sijaan asetelmaperusteiset HT ja GREG -estimaattorit ovat likimain harhattomia, mutta epätarkkoja. Estimointi paranee, kun osajoukkojen otoskoko kasvaa. Tulokset tukevat teoriaa. Toinen data on empiirinen, oikean maailman aineisto; Tilastokeskukselta saatu EU-SILC -tutkimuksen Suomen otosaineisto vuodelta 2009. Aineisto kattaa vajaan 11 000 suomalaisen vastaukset erilaisiin hyvinvointi-, elinolo- ja tulokysymyksiin. Tutkittavaksi muuttujaksi valikoitui Tilastokeskuksen toiveesta ihmisten koettu toimeentulo, joka mittaa vastaajan subjektiivista näkemystä omasta toimeentulostaan (asteikolla 1-6). Tilastokeskuksen rekistereistä linkitettiin useita voimakkaita apumuuttujia aineistoon lisäinformaation lähteeksi. Estimaattoreiden keskivirheitä sekä tulosmuuttujan osajoukkokohtaisia keskiarvoja tutkitaan, vaikkakin koettua toimeentuloa ei tulkita ilmiönä. Osajoukkomuuttujina toimivat maakunta ja seutukunta. Tuloksista havaitaan samoja asioita, kuin simulatiivisessa tarkastelussa aiemmin; estimointi tehostuu, eli keskivirheet pienenevät, kun otoskoko kasvaa ja menetelmistä EBLUP on tarkin. Harhan vaara on kuitenkin muistettava EBLUP-estimaattorin kohdalla, vaikka sitä ei voidakaan laskea tässä tapauksessa. Tilastollisia malleja käyttävät menetelmät GREG, MGREG ja EBLUP ovat reilusti yksinkertaista HT-estimaattoria tarkempia. Vahvalla lisäinformaatiolla on siis selvä vaikutus estimoinnin parantumiseen. Lineaarisen sekamallin satunnaistermillä ei ole suurta vaikutusta estimointiin, sillä kiinteiden tekijöiden mallia käyttävä GREG ja sekamallia käyttävä MGREG ovat keskivirheitä tarkasteltaessa hyvin lähellä toisiaan. Myös tunnettujen osajoukkokokojen käyttöä tutkitaan ja käy ilmi, että tunnettuja osajoukkokokoja kannattaa hyödyntää estimoinnissa, mikäli mahdollista. Sovelluksissa onnistutaan tuottamaan mielenkiintoisia, pienalue-estimoinnin teoriaa tukevia tuloksia. Asetelmaperusteiset menetelmät (HT, GREG) ovat likimain harhattomia, mutta ovat epätarkkoja menetelmiä. Sen sijaan malliperusteiset menetelmät (EBLUP) ovat harhaisia, mutta tarkkoja menetelmiä. Voimaa lainaavien, epäsuorien estimaattoreiden avulla voidaan myös tuottaa estimaatteja osajoukoille, joissa ei ole yhtään havaintoa, joskin tulokset ovat luonnollisesti tällöin harhaisia. Parasta menetelmää ei voida yksiselitteisesti määrittää; toiset soveltuvat eri tilanteisiin paremmin kuin toiset. Täytyy myös tietää, millaisia tuloksia mieluummin halutaan; harhattomia vai tarkkoja. Yleisesti ottaen pienalue-estimointimenetelmät lisäävät otosaineistojen hyödyntämismahdollisuuksia ja ovat erinomaisia työkaluja alueellisten tunnuslukujen tuottamisessa.
-
(2014)Dominoiva joukko D on jonkin verkon solmujen osajoukko siten, että verkon jokainen solmu joko kuuluu D:hen tai on siihen kuuluvan solmun naapuri. Verkon pienimmän dominoivan joukon löytäminen verkossa on NP-kova ongelma. Mikäli algoritmi etsii pienintä joukkoa, jonka koko on x, mutta sen voidaan taata löytävän vain joukon, jonka koko on enintään ax jollakin vakiolla a, kutsutaan tulosjoukkoa oikean ratkaisun a-approksimaatioksi. Rajoitetussa verkossa voidaan löytää pienimmän dominoivan joukon approksimaatioita nopeasti. Hajautetussa laskennassa verkon solmut ovat rinnakkaisesti toimivia prosessoreita, jotka suorittavat kaikki samaa algoritmia. Vakioaikaisuudella tarkoitetaan hajautetun laskennan kontekstissa sitä, että prosessorit saavat vaihtaa naapuriprosessoriensa kanssa vain vakiomäärän viestejä. Algoritmi palauttaa valmistuttuaan jokaiselle solmulle tulosteen, esimerkiksi tiedon siitä, kuuluuko solmu dominoivaan joukkoon. Tässä tutkielmassa tarkastellaan pienimmän dominoivan joukon vakioaikaisia approksimaatioita tasoverkossa hajautetun laskennan näkökulmasta. Ensiksi tutkielmassa esitellään todistus, että ei ole olemassa hajautettua algoritmia, joka löytäisi (5 − epsilon)-approksimaation pienimmästä dominoivasta joukosta, kun epsilon > 0. Tämän jälkeen todistetaan, että myös tiukempi (7 − epsilon)-approksimaatioalaraja pätee. Lopuksi esitellään hajautettu algoritmi joka löytää ainakin 52-approksimaation pienimmästä dominoivasta joukosta tasoverkossa. Algoritmi käyttää uniikkeja tunnisteita eikä prosessorien välisten viestien kokoja ole rajoitettu. Algoritmin analyysissä yhdistetään Lenzenin et al. (2010) esittämä alkuperäinen analyysi ja Wawrzyniakin (2013) esittämä analyysin toisen osan parannus.
-
(2016)Ryhmien luokittelu on yksi ryhmäteorian keskeisiä kysymyksiä. Sanotaan, että kaksi ryhmää ovat isomorfiset, jos niiden välille löytyy bijektiivinen homomorfismi. Jos kaksi ryhmää ovat isomorfiset, niin niiden ominaisuudet ovat algebrallisessa mielessä samanlaiset. Arkikielellä selitettynä näiden ryhmien laskutoimitustaulut saadaan näyttämään samanlaisilta, jos vain osataan järjestää taulujen alkiot oikeaan järjestykseen. Tämän pro gradun keskeisimpänä tavoitteena on luokitella kaikki kertalukuja 1-15 olevat ryhmät. Työssä paljon käytettyjä työkaluja ovat esimerkiksi Lagrangen lause, Sylowin lause sekä Cauchyn ja Cayleyn lauseet. Jonkin verran myös lukuteoriaa tarvitaan. Luokittelun tuloksena saadaan kertalukuluokat: p, pp, 2p ja pq, missä p ja q ovat alkulukuja. Kertaluvut 8 ja 12 käsitellään omina tapauksinaan. Esimerkkinä mainittakoon kertalukua 10=2*5 olevat ryhmät, joita on kaksi erilaista: jäännösluokkaryhmä Z10 ja diedriryhmä D10. Työssä todistetaan, että jos valitaan mikä tahansa tätä kertalukua 10 oleva ryhmä, niin tämä ryhmä on aina isomorfinen joko ryhmän Z10 tai ryhmän D10 kanssa ja muita vaihtoehtoja ei ole. Huomautettakoon, että tutkielmassa saatavien tulosten avulla saadaan paljon enemmänkin kuin ensimmäiset 15 kertalukua todistettua. Itse asiassa ääretön määrä, sillä alkulukuja on äärettömän paljon (Eukleides). Tutkielman lopussa käsitellään hieman myös suurempia kertalukuja ja äärellisten yksinkertaisten ryhmien luokittelua.
-
(2022)Opinnäytteessä pohditaan, voisiko lukion sähkömagnetismin opetuksen yhteyteen kytkeä pienoissähkömoottorin kokeellista tutkimista. Ajatuksena on, että tällainen didaktinen rekonstruktio auttaisi sähkömagnetismin aihepiirin tavoitteiden saavuttamisessa. Pienoissähkömoottori poikkeaa fysiikan opiskeluun käytetyistä koe-, havainnollistamis- ja muista apuvälineistä siten, että se on reaalimaailmassa yleinen olemassa oleva sähkömagnetismiin perustuva tekninen sovellus. Sen kokeellinen tutkiminen tuo toisenlaisen, eräässä mielessä autenttisen näkökulman sähkömagneettisten ilmiöiden ilmenemiseen ympäristössämme. Tämä näkökulma voisi toimia opiskelijalle vahvistavana elementtinä aihepiirin käsitteiden omaksumisessa. On eri asia tehdä empiiristä tutkimista varta vasten siihen suunnitelluilla koevälineillä, kuin aidolla reaalimaailman teknisellä sovelluksella. Pienoissähkömoottorista saa käsityksen siitä, miten sähkömagnetismia sovelletaan käytännössä. Lukion opetussuunnitelman perusteet 2019 määrittelevät lukion kurssimoduulin 7, Sähkömagnetismi ja valo, keskeiset sisällöt. Sähkömagnetismin osalta keskeiset sisällöt ovat kaikki enemmän tai vähemmän läsnä pienoissähkömoottorin toiminnan periaatteissa. Tämä tarjoaa hyvän lähtökohdan opinnäytteen pohdinnalle. Sähkömagnetismin aihepiiri käydään vaiheittain läpi ja moottorin tutkiminen kytketään jokaiseen vaiheeseen siihen soveltuvalla tavalla. Induktioilmiön suhteen hyödynnetään pienoissähkömoottorin sitä ominaisuutta, että se toimii akselistaan pyörittämällä myös generaattorina. Sähkömagneettinen säteily ja valo aihepiirinä ei sisälly opinnäytteeseen. Oppimisteoreettisena viitekehyksenä opinnäytteessä on hahmottava lähestymistapa. Sähkömagnetismin kurssin sisällöllisen etenemisen runkona käytetään Galilei 7 –oppikirjaa vuodelta 1996. Kirja sopii tehtäväänsä hyvin erityisesti sen vuoksi, että se on konstruoitu hahmottavan lähestymistavan periaatteiden mukaisesti. Kirjan sisältö on pieniä yksityiskohtia lukuunottamatta relevantti iästään huolimatta. Opinnäytteen johtopäätöksissä todetaan, että pienoissähkömoottorin tutkimisen kytkeminen kurssin yhteyteen on realistinen ajatus. Tutkiminen on käytännössä toteutettavissa tavanomaisessa luokkahuoneympäristössä, eikä siihen pääosin tarvita erityisvälineitä. Moottorit ovat edullisia, joten kustannukset eivät ole esteenä. On perusteltua ajatella, että tutkimisen myötä opiskelijat saavat sähkömagnetismin ilmiöihin ja käsitteisiin toisen näkökulman, jolla on oppimista vahvistava rooli. Ongelmiksi tunnistetaan moottorin eräiden ominaisuuksien havainnollistamisen tekninen järjestäminen, sekä mahdollisesti opettajien valmius didaktisen rekonstruktion toteuttamiseen käytännössä.
-
(2015)Beta-diversity describes the change of community composition between sites. It is an important, albeit poorly understood component of biodiversity, which often represents regional diversity more profoundly than local species richness. Studying the relationship between diatom community composition and elevation increases our understanding of the mechanisms governing regional diversity patterns. Traditionally small organisms with high population densities have been thought to be omnipresent, restricted only by prevailing environmental conditions, with no biogeographical patterns, unlike those found in macro-organisms. In this thesis beta-diversity will be studied on four elevational gradients (n=64) using Sørensen, Simpson and Morisita-Horn indices. Because the relative importance of spatial control and environmental variables vary across spatial scale, I examine the change in community composition between all the sites along the elevational gradient and at a smaller scale between adjacent sampling sites. The rate of distance decay will also be examined as the halving distance of community similarity. Since total species diversity is closely associated with species range size, I will also observe Rapoport's rule, which states that elevational ranges of species are generally wider at higher elevations than at lower elevations due to climatic variability. Linear regression and Mantel tests were the statistical methods used to study beta-diversity. Redundancy analysis (RDA) and cluster analysis were also used as multivariate methods. The effect of elevation on large scale species turnover was statistically very significant on all study gradients with both simple and partial Mantel tests (r=0.368–0.742 P=0.001). The effect of environmental variables was statistically very significant only in the Pyrenees, as opposed to the streams around the Kilpisjärvi area. The effect of elevation on small scale beta-diversity was statistically significant only in the Pyrenees (P=0.001) and Helligskogen (P<0.05). The halving distance of compositional similarity was shortest in the Pyrenees (24 % of the whole length of the gradient). A weak, but statistically significant Rapoport's effect was observed only in Helligskogen. The findings suggest that vertical distance, i.e. elevation, was the major driver of diatom beta-diversity. The spatial structure driving beta-diversity had a greater effect on large scale species turnover than local environmental variables, except for in the Pyrenees where local biotic and abiotic factors were also statistically significant. The observed strong spatial structure thus represents large scale historical and climatic control rather than local environmental conditions.
-
(2023)Ongoing climate change alters Northern marine ecosystems, where annual sea-ice cover has a significant role. Changes caused by climate change, such as sea surface temperature and sea-ice season, affect the composition of the community of primary producers. Primary producers have an important role in the ecosystems and biological and geological cycle, and a slight change in their community can have a significant impact on the marine system. Past environments provide important information on the effects of future changes in the environment and climate as well as tools to control them. Diatoms are commonly used in micropaleontology and paleoecology as an indicator for past environmental conditions and are therefore important proxies for paleoenvironments and climates. To better understand the past and future changes in the environment and climate, it is important to study not only microfossils in the sediments but also the relationship of modern diatoms to environmental factors. In the Baltic Sea, seasons strongly regulate the environmental conditions, which are reflected in the diatom community. Different seasons are represented by diatoms adapted to different conditions, which could lead to misrepresentation of environmental conditions if seasonal patterns are not recognized. In this master’s thesis, modern diatom seasonal succession is studied, as well as the role of environmental factors on diatom species over one year period. A sediment trap was used to monitor seasonal diatom succession and sediment vertical flux in Tvärminne Storfjärden, Gulf of Finland between 2012–2013. New information was discovered on the ecology and succession of common diatom species in the Baltic Sea. Data shows a clear succession according to the season as diatom community evolved to represent winter and early spring community, late spring community and autumn community. In winter the diatom community consists mainly of sea-ice species such as Pauliella taeniata and cold-water species Thalassiosira levanderi. The role of Pauliella taeniata was smaller than expected, possibly due to long-term decreasing trend associated with changing environment. Other central species were sea-ice related Stauroneis radissonii and a species belonging to Chaetoceros group. Sea-ice species formed a bloom around sea-ice melt and again during the spring bloom. In contrast to sea-ice species Thalassiosira levanderi formed a bloom only in the early spring, although it was present throughout the year. The bloom was probably initiated by optimal environmental conditions and lack of competition. Dominant species during spring bloom were common spring species in the Baltic Sea Skeletonema marinoi and Diatoma moniliformis. The latter occurs in benthic and planktic environments that were discovered blooming in planktic on spring blooms in May of 2013. In summer diatoms were relatively scarce, but a group of small centric species (including Cyclotella Choctawhatcheeana, Cyclotella atomus, Minidiscus proschkinae) formed massive autumn blooms as turbidity and nutrient concentrations increased in September and August.
-
(2019)The stability of local organism communities is affected by multiple variables from historical dispersal factors of broad spatiotemporal scale to more local variables of ecosystem trophic level and disturbance variables. Streams are a very a unique living environment in this regard, as their hydrological circumstances and nutrient balance vary substantially throughout the year, disturbances reflect from upstream locations to downstream relatively fast and the dispersal created by current causes microorganism communities to resemble one another along upstream-downstream gradient. As such, stream habitats are temporally remarkably variable by their environmental conditions and on the other hand subject to continuous one-way migration from upstream sites. The population dynamics of stream micro-organisms differs greatly from lentic systems as a result. In this thesis the temporal stability of six Southern Finnish diatom communities was studied during the summer 2017. A clear gradient from urban to natural environments, characterized by their catchment’s land use variables was sought after in the initial study setting. The aim of the study was to recognize the most important variables affecting the stability of diatom communities as well as to study how the stability of communities differed between varying habitats characterized by their pwater quality and physical environment. In addition, the stability and performance of diatom indices IPS and TDI was studied. The sampling period of the study was conducted between 17th of May 2017 and 18th of October 2017, covering the majority of Southern Finnish growing period. In total eight samples were collected per site, primarily following the temporal cycle of 21 days. In addition to diatom samples the physicochemical water quality and physical environmental variables were studied from the sampling locations. These were used to recognize the central environmental variables affecting the changes observed in diatom communities. Linear regression analysis and a variety of multivariable analyses, such as non-metric multidimensional scaling (NMDS), canonical correspondence analysis (CCA) and generalized linear mixed models (GLMM) were utilized as statistical methods. The results indicated that the sampling sites differed significantly by their physicochemical water quality as well as their diatom communities. The diversity and structure of diatom communities was affected most strongly by variables representing the overall environmental stress and disturbance level, trophic level and local hydrology. The local species count was most strongly correlated with electrical conductivity, total phosphorus concentration and time elapsed since the onset of sampling period. The stability of diatom communities was mainly affected by environmental variables representing anthropogenic activity and trophic level of the ecosystem. The communities were generally most temporally stable in urban sampling locations, although they were temporally more variable than their natural habitat counterparts over short observation time span. The values of both studied diatom indices differed significantly between sampling locations. According to the results the IPS-index failed to reflect differences in physicochemical water quality. By contrast, the TDI-index was temporally relatively stable and also correlated better with physicochemical water quality variables. The results were mostly in accordance with the most crucial reference frame of the study field as well as the results of previous studies. As such, they can be seen to further reinforce the view that diatom communities are most species diverse in high trophic level and low environmental stress habitats. The temporal stability of the communities followed the same principles with the most stable communities being present in high environmental stress, low trophic level habitats.
-
Piileväyhteisöjen lajirunsauden ja koostumuksen vaihtelu vuoristojärvissä ja -lammissa Dolomiiteilla (2017)Many historical, spatial and local processes affect the distribution of species on Earth. Because of these processes, some species thrive in a specific environment while others perish. This also holds true for micro-organisms, such as diatoms. Theory of diatoms’ cosmopolitan distribution has been proven to be inaccurate as the distributions of diatoms have been documented to be spatially restricted. Thus, local environmental conditions alone are inadequate for explaining the spatial variation of diatom communities while historical and spatial processes influence diatoms similarly as found for macro-organisms. Diatoms have a significant role in the biogeochemical cycle of substances and as primary producers of ecosystems, so the knowledge of their ecology is crucial. Diatoms are also utilized as bioindicators of water quality and therefore it’s important to have detailed knowledge of their ecological preferences. The aim of this research was to find out which environmental variables affected most the species richness and the community composition of diatoms in 35 mountain lakes and ponds in Italian Dolomites. More specifically, we also addressed whether diatoms show clear elevational patterns in richness and in composition. We compared our results with earlier studies conducted in the same study area as well as with subarctic studies. The data for this research were collected in July-August in 2016 in Adamello-Presanella Nature Park. The water and the diatom samples were collected from the lakes and ponds simultaneously. The degree of spatial autocorrelation was calculated for each environmental variable and multicollinearity was tested with Spearman’s correlation and variance inflation factors. The variation of species richness was analyzed with generalized linear models whereas patterns in species composition was analyzed with redundancy analysis. The alpine and the subarctic datasets were compared with non-metric multidimensional scaling and with analysis of similarities. Elevation and pH were the most important variables explaining the variation of species richness in the research area. The community composition was most affected by conductivity, pH, nitrate content and elevation. The environmental conditions of the subarctic and the alpine lakes were quite similar, yet they differed statistically. The species compositions of the regions differed from each other more strongly than water chemistry. The differences between species compositions were higher, when binomial data was used in the analysis. In this research, the local water chemistry variables, especially that of pH, were more significant drivers for species richness and species composition than the elevation. The comparison of alpine and subarctic datasets indicated that the spatial location of the waters does have an independent effect on the species composition, apart from local environmental variables.
-
(2014)Multiple factors operating at several different scales affect formation of local communities. Local communities are hierarchically structured being controlled by historical, dispersal related and local present day abiotic and biotic factors. In isolated island-like habitats species richness is also often affected by ecosystem size and isolation. These patterns in species richness and community composition usually examined for macroorganisms have been increasingly studied recently also for microorganisms. This thesis examines the variation in diatom species richness and community composition in 50 boreal springs. Specifically, I investigate whether there is a relationship between species richness and spring area and isolation. In addition, the aim is to disentangle which are the most essential local environmental factors, drainage basin variables and spatial factors that account for variation in species richness and community composition. Compared to other inland waters springs have been much less studied. Springs provide exceptionally stable yet isolated growing conditions, being threatened by changes in land use, however. Material comprised water quality data, data on local physical environment, drainage basin variables derived from CORINE Land Cover 2006, and spring coordinates as spatial variables. Diatom samples were collected simultaneously with water sampling in years 2011-2012. Statistical methods used were linear regression analysis and various multivariate methods such as generalized linear models (GLM), redundancy analysis, analysis of similarities and variation partitioning. There were non-significant relationships between species richness and spring area and isolation. According to GLM-model, the variation in species richness was related with several local proximate resource and stress factors such as total phosphorus concentration, pH and color. Based on redundancy analysis, the key variables affecting variation in community composition were pH, conductivity, temperature and color. Purely local environmental factors accounted for most of the explainable variation in both species richness (42,6 %) and community composition (21,1 %) in variation partitioning. Drainage basin variables explained a small amount of variation, whereas geographical location alone did not show any pure effect on species richness or composition. The results of the analysis of similarities did not show any significant differences in community compositions between ecoregions. These results suggest that local environmental variables are the most influential factors controlling diatom species richness and community composition in springs whereas drainage basin variables and spatial factors are much less important. Species richness is also not affected by spring size or isolation. At this study scale, diatoms seem thus to be more or less freely dispersed among the springs. Regardless of location species thrive in springs where their habitat requirements are fulfilled. Thus, species are filtered into local communities from regional species pool mainly via local environmental factors.
-
(2023)yhteiskunnalle, joiden monipuoliset molekyylirakenteet mahdollistavat niiden kehittämisen ja käytön eri sovellus- ja käyttökohteissa. Niitä pyritään hyödyntämään yhteiskunnan toiminnassa yhä enemmän kestävän kehityksen merkityksen korostumisen myötä. Tämän vuoksi uusiutuvia luonnonvaroja tulisi tuoda myös osaksi kemian opetusta. Tässä tutkielmassa käsitellään uusiutuvia luonnonvaroja kiinnostuksen ja kestävyyskasvatuksen näkökulmasta. Kiinnostus on monimutkainen ilmiö, jonka on todettu olevan merkityksellinen oppimisessa. Sen laskusta ollaan kemian oppiaineessa huolestuneita, jonka vuoksi se valikoitui tutkimuksen yhdeksi kontekstiksi. Tehdyn määrällisen pilottitutkimuksen tavoitteena oli tehdä kyselylomake aiheen yhteyteen ja testata sen toimivuutta sekä saada alustavia tuloksia sille asetettuihin tutkimuskysymyksiin. Kyselylomakkeessa mitattiin uusiutuvan limoneenin yhteyttä tilannekohtaisen kiinnostuksen heräämiseen kemiaa kohtaan, uusiutuvien luonnonvarojen kiinnostuskohteita sekä uusiutuvien luonnonvarojen yhteyttä kestävyyskasvatuksen toteutumiseen. Määrällinen pilottitutkimus suoritettiin lukio-opiskelijoille, jotka tulivat vierailemaan Helsingin yliopiston kemianluokka Gadoliniin helmikuussa 2023. Käytetty tutkimusmenetelmä oli määrällinen pilottitutkimus, joka koostui ennakkomateriaalista ja kyselylomakkeesta. Vastauksia saatiin yhteensä 11 ja ne analysointiin kvantitatiivisesti SPSS-ohjelmiston avulla. Pilottitutkimuksesta saatujen alustavien tulosten mukaan uusiutuvien luonnonvarojen, kuten limoneenin käytöllä kemian opetuksessa voidaan herättää tilannekohtaista kiinnostusta kemiaa kohtaan. Opiskelijoita kiinnostaa useat eri näkökulmat uusiutuvissa luonnonvaroissa, kuten niiden soveltaminen kemian avulla, esiintyminen omassa ympäristössä sekä niiden mahdollisuus ympäristöystävällisempään toimintaan. Alustavat tulokset myös osoittavat, että uusiutuvien luonnonvarojen käytöllä voidaan tukea kestävyyskasvatuksen toteutumista. Tehdyn pilottitutkimuksen perusteella laadittu kyselylomake oli toimiva instrumentti mittaamaan haluttuja muuttujia. Jatkokehitysehdotuksena on kartoittaa kyselylomakkeessa vielä kattavammin tutkimukseen osallistuvien taustamuuttujia sekä muokata sen väittämiä vastaamaan monipuolisemmin valittuihin näkökulmiin esimerkiksi lisäämällä tai muokkaamalla niitä vieläkin ymmärrettävämpään muotoon. Tulevaisuudessa laaditun kyselylomakkeen yhteyteen voitaisiin kehittää jokin ennakkotehtävä konkretisoimaan paremmin kyselylomakkeen sisältöjä tai sitä voitaisiin muokata muihinkin konteksteihin, kuten tutkimaan tarkemmin tiettyä luonnonainetta.
-
(2013)NASA:n EOS Aura -satelliitissa oleva Ozone Monitoring Instrument (OMI) on tuottanut vuodesta 2004 lähtien päivittäisen globaalin arvion maan pinnalle saapuvan UV-säteilyn voimakkuudelle. Tämän UV-tuotteen perustana on ilmakehästä ja maan pinnasta kohti satelliittia sironnut lyhytaaltoinen auringon säteily, joka sisältää tietoa UV-säteilyn vaimenemisesta pilvipeitteessä. OMI:n mittauksia ja säteilynkulkumallinnusta hyödyntäen mittausten tietoa pilvivaimennuksesta käytetään kirkkaan ilman laskennallisen UV-tuotteen korjaamiseksi. Tässä työssä tarkasteltiin pilvikorjauksen toimivuutta erilaisissa pilvisyystilanteissa vertaamalla OMI:n pilvikorjattua UV-indeksiä vastaaviin maanpinnalla Solar Light 501 -laajakaistaradiometrillä mitattuihin UV-indekseihin. Vuosina 2005-2011 Sodankylässä ja Jokioisissa tehdyt radiometrimittaukset kalibroitiin vastaavilla Brewer-spektrofotometrien mittauksilla, jolloin hyödynnettiin Solar Lightin hyvää ajallista kattavuutta ja Brewer-mittausten tarkkuutta OMI:n vertailusuureen muodostamisessa. Kalibrointimenetelmän avulla hieman epätarkemmista Solar Light -havainnoista onnistuttiin tekemään paremmin satelliittivertailuun sopiva UV-indeksi kuin tarkoista Brewer-mittauksista. Pilvipeitteen on aiemmin havaittu heikentävän UV-tuotteen tarkkuutta merkittävästi, mihin yksi syy on pilvikorjauksen oletus tasaisesta, homogeenisestä pilvipeitteestä, sillä todellisuudessa pilvipeite on usein huomattavasti monimutkaisempi. Algoritmin kehittämisen kannalta on siksi mielenkiintoista tarkastella erikseen tilanteita, joissa pilvipeite on mahdollisimman lähelle algoritmin oletuksen kaltainen. Tätä varten UV-aineisto luokiteltiin auringon paiste- ja pilvisyyshavaintojen sekä globaalisäteilymittausten avulla kolmeen pilvisyysluokkaan: kirkkaan ilman tilanteeseen, hajapilviseen ja täyspilviseen tilanteeseen. Täyspilvisen tilanteen oletettiin vastaavan likimain UV-algoritmin olettamaa tasaista, homogeenista pilvipeitettä. OMI:n UV-tuotteen ja pintahavaintojen vertailussa havaittiin OMI:n yliarvioivan UV-indeksiä Jokioisissa keskimäärin 25 % (Sodankylässä 19 %), kirkkaalla ilmalla 12 % (8 %) ja täyspilvisessä tilanteessa merkittävästi enemmän 59 % (39 %). Suhteellisesti suurempi yliarvio täyspilvisissä tilanteissa merkitsee UV-algoritmin pilvikorjauksen olevan liian vähäinen, vaikkakin varsinainen yliarvion syy jää osin avoimeksi. Koska pilvikorjauksen voisi olettaa toimivan melko hyvin tasaisissa, homogeenisissa pilvitilanteissa, on selvitettävä tarkemmin miten hyvin täyspilviset tilanteet vastaavat algoritmin olettamaa pilvipeitettä.
-
Pilvityyppien vaikutus sääsatelliittipohjaisen kokonaissäteilyestimaatin tarkkuuteen Etelä-Suomessa (2017)Sääsatelliittimittausten avulla on mahdollista muodostaa sekä ajallisesti että alueellisesti kattavia estimaatteja auringon kokonaissäteilystä maan pinnalla. Niiden muodostaminen kuitenkin perustuu kokonaissäteilyyn vaikuttavan pilvisyyden määrittämiseen sääsatelliittimittausten perusteella, jolloin menetelmällä saavutettava tarkkuus voi vaihdella pilvisyydestä riippuen. Tässä tutkielmassa verifioidaan sääsatelliittimittauksiin perustuvaa kokonaissäteilyn estimointijärjestelmää Etelä-Suomessa vertaamalla järjestelmän estimaatteja maanpinnan havaintoihin. Tavoite on selvittää, miten eri tyyppinen pilvisyys vaikuttaa estimaatin tarkkuuteen, ja huonontaako jokinpilvityyppi estimaattia erityisesti. Myös leveyspiirin vaikutusta estimaatin virheisiin tarkastellaan ja järjestelmää vertaillaan muihin vastaaviin. Estimaattien virheiden tarkastelua varten ne jaetaan luokkiin pilvityypin mukaan. Tulosten mukaan estimaatti hieman aliarvioi kokonaissäteilyä pilvettömissä tilanteissa, kun taas pilvisissä tilanteissa kokonaissäteilyä yliarvioidaan kohtalaisen paljon. Harha (MBE) on pilvettömissä tilanteissa -3,44 % (-16,58 W/m 2 ) ja kaikilla tilanteilla 6,45 % (31,04 W/m 2 ). MBE kasvaa leveyspiirin mukaan, tosin myös etäisyydellä rannikosta on vaikutusta. Virheiden odotettiinolevan suuria rikkonaisille ja korkeille pilville, mutta suurimmat virheet ovat läpinäkymättömillä, erityisesti hyvin matalilla, pilvillä (MBE: 16,81 %, 80,90 W/m 2 ). Myös kerrostuneilla pilvillä virheet ovat suuria (MBE: 15,76 %, 75,86 W/m 2 ), mutta rikkonaisten pilvien kohdalla systemaattiset virheet ovat hyvin pieniä (MBE: -0,13 %, -0,62 W/m 2 ). Tämä saattaa johtua osittain epävarmuuksista pilviluokittelussa. Vertailu tehtiin menetelmä- ja aineistoerojen takia vain kahteen muuhun tutkimuksen, joissa virheiden todettiin olevan keskimäärin pienempiä. Virheanalyysin pilviluokittelussa löytyi epävarmuuksia etenkin rikkonaisten pilvien kohdalla, eikä kyseisen pilvityypin todeta olevan täysin ongelmaton. Luokkaan on mahdollisesti luokiteltu hyvin vähäistä, korkeaa pilvisyyttä, mikä laskee luokan virheitä. Vaikeudet hyvin matalissa pilvissä viittaavat ongelmiin laskettaessa pilvien vaikutusta kokonaissäteilyyn, minkä korjaamisen oletetaan parantavan järjestelmän tarkkuutta. Myös pilven vaikutuksen laskentaan käytettyä referenssiaineistoa tulee laajentaa sekä siihen liittyvä tekninen virhe korjata.
-
Pinta- ja pohjavesien vuorovaikutus Vesioronkankaan pohjavesialueella Imatralla, Kaakkois-Suomessa (2022)The aim of this study was to research surface water-groundwater interactions and groundwater flow directions with stable isotopes of water, dissolved silica, d-excess, electrical conductivity, pH and temperature in the Vesioronkangas groundwater area in the city of Imatra, South-Carelia. Elevations of groundwater pipe heads existing in year 2015 were measured and connected to N2000-elevation system, and their coordinates were checked. Groundwater levels were measured, and pipe coordinates checked in the summer of 2015. Water samples were collected in the late winter of 2016 and temperature, pH and electrical conductivity of the samples were determined on site with YSI multiparameter probe. The samples were analyzed in the University of Helsinki laboratory during the spring and summer of 2016. Stable isotopes δ18O and δD were analyzed with Picarro L1115-i device and dissolved silica with Agilent 4100 device. Electrical conductivity was measured again in the laboratory after heating the samples. In the cluster analysis, the water samples formed three groups that were already detectable on the basis of the stable isotope composition of the water and other physical and chemical variables: surface waters, groundwater-influenced surface waters/mixed waters and groundwaters. Maps and flow and structural modellings of the groundwater area were created with QGIS and TopoDrive programs and it seems that there is no hydraulic connection between Lake Saimaa and Lake Immalanjärvi even if there is a bedrock fracture zone. Groundwater flows to many directions in the area, almost all compass points.
-
(2016)Ongoing climate change is altering sensitive tundra environments. However, the impacts of these changes on topsoil geochemistry are still not fully understood even though their feedbacks might have the potential to change even the global climate system. Therefore, it is of great importance to study the relative importance of climatic and other environmental factors affecting topsoil geochemistry. This thesis examines the factors and processes regulating topsoil geochemistry and its sensitivity to climate change. The aim of the research was also to link local observations to regional models and predictions in order to improve the quality of digital soil maps. Field data (n=429) was collected from a landscape-scale research area (72 km²) in northern Norway (69° 90' N and 26° 20' E). Soil samples were analyzed in the laboratory and the concentrations of total nitrogen, phosphorous, total carbon, calcium, iron and pH were measured. Geochemical variables were modelled against environmental data comprising of soil moisture and derivatives of a climate model, an elevation model, Landsat-satellite images and aerial images. The relationships between the geochemical and environmental data were described using NMDS ordination method and modelled, predicted and simulated with generalized boosted models (GBM) and structural equation modelling (SEM). The distribution of the topsoil geochemistry based on the GBM model predictions was similar between the geochemical variables: there was a decrease of nutrient concentrations with increasing elevation and distance to tundra streams and with increasing mountain birch abundance. Topsoil geochemistry varied markedly over short distances, especially in mountain birch forest where the extreme ends of the geochemical gradient could be found even within a 100 m radius. Climate was the most important factor governing all the geochemical variables based on the GBM models but it affected topsoil geochemistry partly through soil moisture, the role of which was at times bigger than the role of climate-driven NPP's which was studied in the SEM models. The relative importance of topography and geology on topsoil geochemistry was small in the GBM models. The predictive power of the GBM and SEM models predicting nitrogen, phosphorous, carbon and calcium concentrations were relatively good in the treeless tundra whereas the model fit of iron and pH models were poor. The results emphasize the role of climate and soil moisture as controlling forces in the organic cycle and small local impacts of topography affecting the leaching of nutrients. Topsoil nutrients and pH have distinct relationships with the environmental variables with topsoil nitrogen, carbon, calcium and partly phosphorous behaving similarly and iron and pH in different ways based on the NMDS, GBM and SEM results. The low importance of topographic and geologic variables in the GBM models resulted in considerable topsoil geochemical changes in relation to the climate simulations made with GBM models. According to the simulations, topsoil geochemical concentrations increased with decreasing snow cover and increasing temperatures with a tipping point of 1,5 °C where the biggest changes are occurring. Climate sensitivity of the nutrients was highest on ridges and in valleys with carbon showing the biggest temperature sensitivity. Changes in snow cover affected topsoil geochemistry less than climate simulations but created more heterogeneous concentration differences. Topsoil will likely continue to act as an important global sink for geochemical variables in changing tundra environments.
-
(2019)Meteorologisten suureiden, kuten lämpötilan, kaksi- tai kolmiulotteisia hilakenttiä tuotetaan analyysijärjestelmien avulla. Näitä kenttiä käytetään esimerkiksi päivittämään lähituntien sääennusteita ja tarkan resoluution vuoksi niiden avulla voidaan myös tutkia mm. mesoskaalan ilmiöitä. Ilmatieteen laitoksella on käytössään useita erilaisia analyysi- ja nowcast-malleja, joiden osuvuutta tässä tutkielmassa selvitetään. Tarkoituksena on luoda kokonaiskuva kolmen eri järjestelmän pinta-analyysien vahvuuksista ja heikkouksista Suomen alueella. Analyysivertailuun valikoitui malleja, joista kahden kehitykseen tai optimointiin on osallistuttu Ilmatieteen laitoksella (LAPS-analyysimalli ja pohjoismaiseen yhteistyöhön perustuva MEPS-nowcast) ja yhtä kehitetään Norjassa (ns. METNO-analyysi). METNO:n lämpötila-analyysissa hyödynnetään perinteisten havaintolähteiden lisäksi kansalaisten omistamien Netatmo-asemien keräämää havaintotietoa, minkä vuoksi se valikoitui mukaan verifiointiin. 434 Suomen alueella sijaitsevan Netatmo-aseman havaintoja päädyttiin myös osin käyttämään tutkielman verrokkiaineistona 197 suomalaisen SYNOP-aseman lisäksi, sillä näin voitiin hyödyntää malleille riippumatonta havaintoaineistoa METNO:n lämpötila-analyysia lukuun ottamatta. Suureista lämpötilan ja merenpintapaineen analyysit ovat laadukkaimpia perustuen tässä tutkimuksessa tehtyyn lineaariseen regressioanalyysiin, kun taas kosteuden ja tuulen kohdalla hajontaa mallin ja havaintojen välillä on runsaammin. Paineanalyysien välillä ei ole juurikaan eroja, kun taas selkein ero kyvykkyydessä on huomattavissa tuulianalyyseissa, joista LAPS-analyysien verifiointitulokset ovat parhaimmat. Kahdesta LAPS-versiosta MEPS-säämallia taustakenttänään käyttävä LAPS-analyysi on tässä tutkimuksessa myös laadukkain kosteuden tapauksessa sekä riippuvan että riippumattoman havaintovertailun perusteella. Maantieteellisesti haastavimmiksi alueiksi analyyseille on tutkimuksessa havaittu Lappi sekä LAPS-järjestelmän tapauksessa rannikkoalueet. Norjalaista lämpötila-analyysia voidaan pitää etenkin SYNOP-vertailun pohjalta analyyseista parhaimpana. Ilman laatuvarmistettua ja riippumatonta asemavertailua on kuitenkin vaikea määrittää, mikä on Netatmo-asemien tuoma lisäarvo analyysissa. Tulevaisuudessa laadukkaan ja riippumattoman havaintoaineiston käyttö täydentäisi hyvin tätä tutkimusta ja se voitaisiin suorittaa esimerkiksi pidättämällä pieni SYNOP-asemajoukko analyyseista.
Now showing items 2827-2846 of 4203