Browsing by department "Institutionen för fysikaliska vetenskaper"

The aim of this work was the assessment about the structure and use of the conceptual model of occlusion in operational weather forecasting. In the beginning a survey has been made about the conceptual model of occlusion as introduced to operational forecasters in the Finnish Meteorological Institute (FMI). In the same context an overview has been performed about the use of the conceptual model in modern operational weather forecasting, especially in connection with the widespread use of numerical forecasts. In order to evaluate the features of the occlusions in operational weather forecasting, all the occlusion processes occurring during year 2003 over Europe and Northern Atlantic area have been investigated using the conceptual model of occlusion and the methods suggested in the FMI. The investigation has yielded a classification of the occluded cyclones on the basis of the extent the conceptual model has fitted the description of the observed thermal structure. The seasonal and geographical distribution of the classes has been inspected. Some relevant cases belonging to different classes have been collected and analyzed in detail: in this deeper investigation tools and techniques, which are not routinely used in operational weather forecasting, have been adopted. Both the statistical investigation of the occluded cyclones during year 2003 and the case studies have revealed that the traditional classification of the types of the occlusion on the basis of the thermal structure doesn’t take into account the bigger variety of occlusion structures which can be observed. Moreover the conceptual model of occlusion has turned out to be often inadequate in describing well developed cyclones. A deep and constructive revision of the conceptual model of occlusion is therefore suggested in light of the result obtained in this work. The revision should take into account both the progresses which are being made in building a theoretical footing for the occlusion process and the recent tools and meteorological quantities which are nowadays available.

Monissa viimeaikaisissa tutkimuksissa on tutkittu aurinkotuulen dynaamisen paineen vaikutusta revontulialueen hiukkaspresipitaatioon. Tutkimukset ovat kuitenkin perustuneet muutamaan yksittäiseen tapaukseen ja laskevan dynaamisen paineen vaikutuksia ei juuri ole tarkasteltu. Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli selvittää suuremmasta statistiikasta aurinkotuulen dynaamisen paineen nousujen ja laskujen vaikutusta ionosfäärin dynamiikkaan. Paineen muutoksia etsittiin ACE:n mittausdatasta vuosilta 1998 2004 ja ionosfäärin vastetta näihin muutoksiin tutkittiin käyttäen IMAGE-magnetometriverkon tuottamaa magneettisen aktiivisuuden indeksiä (IE-indeksi). Tutkimuksen kohteeksi valittiin 286 painepulssia, joita edelsi ja seurasi tasaisen paineen jakso, sekä 171 vastaavaa paineen laskua (negatiivista painepulssia). Näiden paineen muutosten ionosfäärivastetta tutkittaessa käytettiin tilastollista superposed epoch -menetelmää. Tutkimuksen tulokseksi saatiin selvä positiivinen korrelaatio IE-indeksin ja aurinkotuulen dynaamisen paineen välillä. Korrelaatio on vähemmän selkeää paineen laskujen kuin nousujen yhteydessä. Tälle on useita mahdollisia selityksiä: Tutkimusaineisto paineen laskuista oli suppeampi. Toisin kuin painepulsseihin, paineen laskuihin ei liittynyt aurinkotuulen nopeuden muutosta. Lisäksi IMF:n magnitudi kasvoi lähes kaikkien paineen laskujen aikana, joten magnitudin ja IE:n välinen positiivinen korrelaatio voisi peittää paineen laskun vaikutusta. Eteläisen IMF:n painepulssien aikana IE:n muutokset aiheutuivat enimmäkseen läntisen elektrojetin vahvistumisesta ja pohjoisen IMF:n aikana havaitut IE:n muutokset liittyivät enemmän itäiseen elektrojettiin. Aurinkotuulen dynaamisen paineen ja elektrojettien korrelaation selitykseksi tarjotaan ionosfääriin saapuvien kentänsuuntaisten virtojen välityksellä tapahtuvaa kytkentää aurinkotuuleen. IMF:n z-komponentin suunnalla oli odotetun merkittävä vaikutus IE:n yleiseen tasoon, mutta IE:n korrelaatio paineen muutosten kanssa oli samaa tasoa z-komponentin etumerkistä riippumatta. Myös IMF:n y-komponentti osoittautui merkittäväksi pohjoisen IMF:n aikana, sillä tällöin IE:n yleinen taso oli korkeampi ja paineen muutosten vaikutus paljon selkeämpi IMF:n y-komponentin ollessa positiivinen kuin negatiivinen.

Tämä työ perustuu vuosina 1951–2000 toukokuusta syyskuuhun Helsingin Kaisaniemen mittausasemalla kerättyyn piirtävän sademittarin aineistoon. Työssä esitellään sadantaan vaikuttavia tekijöitä Helsingin Kaisaniemessä ja pohditaan alueen ilmastollista edustavuutta. Työn pääpaino on aineiston laadun arvioinnissa ja Helsingin Kaisaniemen kesäsateiden ilmastollisten piirteiden kuvaamisessa mahdollisimman monipuolisesti. Piirtävän sademittarin digitalisoitu aineisto osoittautui laadultaan hyväksi, ja aineistosta laskettujen vuorokausisadesummien todettiin korreloivan hyvin saman mittausaseman sadekeräysastioiden vuorokausisadesummien kanssa. Sadannan piirteitä voidaan kuvata useilla tilastollisilla jakaumilla. Tässä työssä kahden eksponenttijakauman summa osoittautui parhaiten kuvaamaan sateen ja sateettomien jaksojen kestoja sekä sadetapahtumien sadesummia. Sateen intensiteetin ääriarvot sovitettiin yleistettyyn ääriarvojakaumaan, ja jaksomaksimimenetelmällä rankoille sateille laskettiin toistumisaikoja. Tulokseksi saatiin, että Helsingin Kaisaniemessä sataa kerran 50 vuodessa 1.78 mm/min 10 minuutin ajan, 1.53 mm/min 15 minuutin ajan, 0.95 mm/min 30 minuutin ajan ja 0.52 mm/min 60 minuutin ajan. 56 hetkellisesti rankimmasta sateesta muodostettu sateen teoreettinen ajallinen muoto on lähes symmetrinen rankimman hetken suhteen, mutta yksittäisten rankkojen sateiden ajallisen muodon todettiin vaihtelevan paljon. Tämän työn tulosten perusteella voidaan todeta, että toukokuussa sateet ovat Helsingin Kaisaniemessä intensiteetiltään heikkoja ja pitkäkestoisia. Kesäkuussa konvektiiviset sateet yleistyvät etenkin iltapäivällä. Heinäkuussa ja elokuussa sateet ovat rankkoja ja lyhytkestoisia, ja elokuussa sademäärän sekä intensiteetin vuorokausivaihtelu on suurimmillaan. Syyskuussa sateen osuus kokonaisajasta on kesäkuukausista suurin ja intensiteetin vuorokausivaihtelu on vähäistä. Meri vaikuttaa Helsingin Kaisaniemen sateisiin etenkin alkukesällä. Kaupungin kasvun vaikutuksia ei tuloksista voitu erottaa. Vuosikymmenten välillä esiintyy suuria eroja etenkin sadetapahtumien kestossa ja lukumäärässä, mutta selviä merkkejä ilmastonmuutoksesta ei löytynyt. Helsingin Kaisaniemessä sataa kesällä keskimäärin 4.5 % kokonaisajasta. Yksi sadetapahtuma kestää keskimäärin 60 minuuttia ja sateeton jakso keskimäärin 21 tuntia. Sateen intensiteetti on koko kesän aikana keskimäärin 0.020 mm/min.

Euroopan Unionin direktiivi 97/43/Euratom ja Sosiaali- ja terveysministeriön asetus 423/2000 velvoittavat Säteilyturvakeskuksen antamaan diagnostiset vertailutasot yleisimmille röntgen- ja isotooppitutkimuksille. Lapsipotilas on radiologisissa tutkimuksissa erityisen huomion kohteena aikuisia korkeammasta säteilyriskistä johtuen. Tämän työn tarkoituksena oli selvittää aikaisemmat tiedot lasten röntgentutkimusten säteilyannoksista, esittää menetelmä lapsipotilaan koon huomioon ottamiseksi vertailutasoja asetettaessa ja arvioida röntgentutkimuksista aiheutuvaa säteilyriskiä. Lasten rintakehätutkimusten säteilyannoksia mitattiin kahdesta sairaalasta annosaineiston täydentämiseksi ja mittausmenetelmien soveltuvuuden varmistamiseksi. Pinta-annos (ESD) määritettiin säteilyntuottomittausten avulla ja annoksen ja pinta-alan tulo (DAP) DAP-mittarin avulla. PCXMC-annoslaskentaohjelman avulla laskettiin rintakehätutkimuksista keskimäärin aiheutuvat efektiiviset annokset, joiden avulla arvioitiin säteilyriskiä ikäryhmittäin. Tutkimuksessa käytetty aineisto koostui yhteensä kahdeksasta sairaalasta kerätyistä annostiedoista. Rintakehän röntgentutkimuksia oli 700, virtsateiden toiminnan läpivalaisututkimuksia (MCU) 100 ja muita natiiviröntgen sekä läpivalaisututkimuksia 10 - 30. Rintakehätutkimusten säteilyannokset olivat pienempiä kuin useissa muissa julkaistuissa tutkimuksissa. Yhdestä rintakehätutkimuksesta aiheutuvaksi efektiiviseksi annokseksi arvioitiin ikäryhmittäin 8 - 34 μSv. Pienten lasten muita korkeampi säteilyriski kompensoitui muita ikäryhmiä alhaisemmista säteilyannoksista johtuen. Rintakehän tutkimusten säteilyannokset kasvoivat eksponentiaalisesti potilaan koon kasvaessa, korrelaatiokertoimet säteilyannoksiin sovitetuille käyrille olivat 0,86 - 0,99. Vastaava eksponentiaalinen kasvu oli havaittavissa myös muissa tutkimuksissa, mutta niissä aineisto oli puutteellinen. Epävarmuusarvion perusteella toiminnanharjoittajat voivat määrittää potilasannoksiaan 20 %:n epävarmuudella. Iso-Britannian säteilysuojeluviranomaisen (NRPB) esittämän menetelmän lasten vertailutasojen asettamiseksi todettiin aiheuttavan lisää epävarmuutta (12 - 40 %) ja menetelmä oli työläs soveltaa. Vertailutasot lasten röntgentutkimuksille tulisi asettaa lineaarisena käyränä puolilogaritmisella asteikolla potilaan paksuuden funktiona. Tällä hetkellä annostietoja ei ole riittävästi vertailutasojen asettamiseksi, lisäksi käytettävissä oleva aineisto on osittain vanhentunutta. Vertailutasojen asettamiseksi annostietoja tulisi kerätä yli 20 sairaalasta keskittyen yliopistollisiin sairaaloihin ja keskussairaaloihin, joissa lasten röntgentutkimuksia tehdään eniten.

Due to the recent development in CCD technology aerial photography is now slowly changing from film to digital cameras. This new aspect in remote sensing allows and requires also new automated analysis methods. Basic research on reflectance properties of natural targets is needed so that computerized processes could be fully utilized. For this reason an instrument was developed at Finnish Geodetic Institute for measurement of multiangular reflectance of small remote sensing targets e.g. forest understorey or asphalt. Finnish Geodetic Institute Field Goniospectrometer (FiGIFiGo) is a portable device that is operated by 1 or 2 persons. It can be reassembled to a new location in 15 minutes and after that a target's multiangular reflectance can be measured in 10 - 30 minutes (with one illumination angle). FiGIFiGo has effective spectral range approximately from 400 nm to 2000 nm. The measurements can be made either outside with sunlight or in laboratory with 1000 W QTH light source. In this thesis FiGIFiGo is introduced and the theoretical basis of such reflectance measurements are discussed. A new method is introduced for extraction of subcomponent proportions from reflectance of a mixture sample, e.g. for retrieving proportion of lingonberry's reflectance in observation of lingonberry-lichen sample. This method was tested by conducting a series of measurements on reflectance properties of artificial samples. The component separation method yielded sound results and brought up interesting aspects in targets' reflectances. The method and the results still need to be verified with further studies, but the preliminary results imply that this method could be a valuable tool in analysis of such mixture samples.

This masters thesis explores some of the most recent developments in noncommutative quantum field theory. This old theme, first suggested by Heisenberg in the late 1940s, has had a renaissance during the last decade due to the firmly held belief that space-time becomes noncommutative at small distances and also due to the discovery that string theory in a background field gives rise to noncommutative field theory as an effective low energy limit. This has led to interesting attempts to create a noncommutative standard model, a noncommutative minimal supersymmetric standard model, noncommutative gravity theories etc. This thesis reviews themes and problems like those of UV/IR mixing, charge quantization, how to deal with the non-commutative symmetries, how to solve the Seiberg-Witten map, its connection to fluid mechanics and the problem of constructing general coordinate transformations to obtain a theory of noncommutative gravity. An emphasis has been put on presenting both the group theoretical results and the string theoretical ones, so that a comparison of the two can be made.

ALICE (A Large Ion Collider Experiment) is an experiment at CERN (European Organization for Nuclear Research), where a heavy-ion detector is dedicated to exploit the unique physics potential of nucleus-nucleus interactions at LHC (Large Hadron Collider) energies. In a part of that project, 716 so-called type V4 modules were assembles in Detector Laboratory of Helsinki Institute of Physics during the years 2004 - 2006. Altogether over a million detector strips has made this project the most massive particle detector project in the science history of Finland. One ALICE SSD module consists of a double-sided silicon sensor, two hybrids containing 12 HAL25 front end readout chips and some passive components, such has resistors and capacitors. The components are connected together by TAB (Tape Automated Bonding) microcables. The components of the modules were tested in every assembly phase with comparable electrical tests to ensure the reliable functioning of the detectors and to plot the possible problems. The components were accepted or rejected by the limits confirmed by ALICE collaboration. This study is concentrating on the test results of framed chips, hybrids and modules. The total yield of the framed chips is 90.8%, hybrids 96.1% and modules 86.2%. The individual test results have been investigated in the light of the known error sources that appeared during the project. After solving the problems appearing during the learning-curve of the project, the material problems, such as defected chip cables and sensors, seemed to induce the most of the assembly rejections. The problems were typically seen in tests as too many individual channel failures. Instead, the bonding failures rarely caused the rejections of any component. One sensor type among three different sensor manufacturers has proven to have lower quality than the others. The sensors of this manufacturer are very noisy and their depletion voltage are usually outside of the specification given to the manufacturers. Reaching 95% assembling yield during the module production demonstrates that the assembly process has been highly successful.