Browsing by Organization "University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Physics"

Sort by: Order: Results:

Now showing items 1-20 of 26
  • Nummelin, Aleksi (Helsingin yliopisto, 2012)
    The Meridional overturning circulation (MOC) is one crucial component in Earth's climate system, redistributing heat round the globe. The abyssal limb of the MOC is fed by the deep water formation near the poles. A basic requirement for any successful climate model simulation is the ability to reproduce this circulation correctly. The deep water formation itself, convection, occurs on smaller scales than the climate model grid size. Therefore the convection process needs to be parameterized. It is, however, somewhat unclear how well the parameterizations which are developed for turbulence can reproduce the deep convection and associated water mass transformations. The convection in the Greenland Sea was studied with 1-D turbulence model GOTM and with data from three Argo floats. The model was run over the winter 2010-2011 with ERA-Interim and NCEP/NCAR atmospheric forcings and with three different mixing parameterizations, k-e, k-kL (Mellor-Yamada) and KPP. Furthermore, the effects of mesoscale spatial variations in the atmospheric forcing data were tested by running the model with forcings taken along the floats' paths (Lagrangian approach) and from the floats' median locations (Eulerian approach). The convection was found to happen by gradual mixed layer deepening. It caused salinity decrease in the Recirculating Atlantic Water (RAW) layer just below the surface while in the deeper layers salinity and density increase was clearly visible. A slight temperature decrease was observed in whole water column above the convection depth. Atmospheric forcing had the strongest effect on the model results. ERA-interim forcing produced model output closer to the observations, but the convection begun too early with both forcings and both generated too low temperatures in the end. The salinity increase at mid-depths was controlled mainly by the RAW layer, but also atmospheric freshwater flux was found to affect the end result. Furthermore, NCEP/NCAR freshwater flux was found to be large enough (negative) to become a clear secondary driving factor for the convection. The results show that mixing parameterization mainly alters the timing of convection. KPP parameterization produced clearly too fast convection while k-e parameterization produced output which was closest to the observations. The results using Lagrangian and Eulerian approaches were ambiguous in the sense that neither of them was systematically closer to the observations. This could be explained by the errors in the reanalyzes arising from their grid size. More conclusive results could be produced with the aid of finer scale atmospheric data. The results, however, clearly indicate that atmospheric variability in scales of 100 km produces quantifiable differences in the results.
  • Rydman, Walter (Helsingin yliopisto, 2001)
  • Penttilä, Paavo (Helsingin yliopisto, 2009)
    Cellulose can be used as a renewable raw material for energy production. The utilization requires degradation of cellulose into glucose, which can be done with the aid of enzymatic hydrolysis. In this thesis, various x-ray methods were used to characterize sub-micrometer changes in microcrystalline cellulose during enzymatic hydrolysis to clarify the process and factors slowering it. The methods included wide-angle x-ray scattering (WAXS), small-angle x-ray scattering (SAXS) and x-ray microtomography. In addition, the samples were studied with transmission electron microscopy (TEM). The studied samples were hydrolyzed by enzymes of the Trichoderma reesei species for 6, 24, and 75 hours, which corresponded to 31 %, 58 %, and 68 % degrees of hydrolysis, respectively. Freeze-dried hydrolysis residues were measured with WAXS, SAXS and microtomography, whereas some of them were re-wetted for the wet SAXS and TEM measurements. The microtomography measurements showed a clear decrease in particle size in scale of tens of micrometers. In all the TEM pictures similar cylindrical and partly ramified structures were observed, independent of the hydrolysis time. The SAXS results were ambiguous and partly imprecise, but showed a change in the structure of wet samples in scale of 10-30 nm. According to the WAXS results, the degrees of crystallinity and the crystal sizes remained the same. The gained results support the assuption, that the cellulosic particles are hydrolyzed mostly on their surface, since the enzymes are unable to penetrate into the nanopores of wet cellulose. The hydrolysis therefore proceeds quickly in easily accessible particles and leaves the unaccesible particles almost untouched. The structural changes observed in the SAXS measurements might correspond to slight loosening of the microfibril aggregates, which was seen only in the wet samples because of their different pore structure.
  • Vuorinen, Aleksi (Helsingin yliopisto, 2001)
  • Pellikka, Hilkka (Helsingin yliopisto, 2011)
    Sea level rise is among the most worrying consequences of climate change, and the biggest uncertainty of sea level predictions lies in the future behaviour of the ice sheets of Greenland and Antarctica. In this work, a literature review is made concerning the future of the Greenland ice sheet and the effect of its melting on Baltic Sea level. The relation between sea level and ice sheets is also considered more generally from a theoretical and historical point of view. Lately, surprisingly rapid changes in the amount of ice discharging into the sea have been observed along the coastal areas of the ice sheets, and the mass deficit of Greenland and West Antarctic ice sheets which are considered vulnerable to warming has been increasing from the 1990s. The changes are probably related to atmospheric or oceanic temperature variations which affect the flow speed of ice either via meltwater penetrating to the bottom of the ice sheet or via changes in the flow resistance generated by the floating parts of an ice stream. These phenomena are assumed to increase the mass deficit of the ice sheets in the warming climate; however, there is no comprehensive theory to explain and model them. Thus, it is not yet possible to make reliable predictions of the ice sheet contribution to sea level rise. On the grounds of the historical evidence it appears that sea level can rise rather rapidly, 1 2 metres per century, even during warm climate periods. Sea level rise projections of similar magnitude have been made with so-called semiempirical methods that are based on modelling the link between sea level and global mean temperature. Such a rapid rise would require considerable acceleration of the ice sheet flow. Stronger rise appears rather unlikely, among other things because the mountainous coastline restricts ice discharge from Greenland. The upper limit of sea level rise from Greenland alone has been estimated at half a metre by the end of this century. Due to changes in the Earth s gravity field, the sea level rise caused by melting ice is not spatially uniform. Near the melting ice sheet the sea level rise is considerably smaller than the global average, whereas farther away it is slightly greater than the average. Because of this phenomenon, the effect of the Greenland ice sheet on Baltic Sea level will probably be rather small during this century, 15 cm at most. Melting of the Antarctic ice sheet is clearly more dangerous for the Baltic Sea, but also very uncertain. It is likely that the sea level predictions will become more accurate in the near future as the ice sheet models develop.
  • Kelaranta, Anna (Helsingin yliopisto, 2011)
    Tavanomaisten hammasröntgenlaitteiden säteilyannoksia valvotaan postitettavien testipakettien ja paikan päällä tehtävien tarkastusten avulla. Säteilyannoksen valvontaan käytetään termoluminesenssidosimetrejä (Thermoluminescence Dosimetry, TLD). Dosimetreissä on TL-materiaalista valmistettuja loistekiteitä, joihin absorboitunut säteilyenergia vapautuu valona materiaalia lämmitettäessä. Prosessissa vapautuvan valon intensiteetti on suoraan verrannollinen absorboituneeseen säteilyannokseen. TLD:llä mitataan rekisteröityjen intraoraalilaitteiden tuottamaa säteilyannosta potilaan posken kohdalla. Säteilyturvakeskus (STUK) ylläpitää rekisteriä ilmoitusvelvollisuuden alaisista hammasröntgenlaitteista. Nyt hammaslaiterekisteriä ollaan uudistamassa siten, että TLD-mittaustulosten käsittely ja annoslaskenta siirtyvät rekisteristä WinTLD-laskentaohjelmaan, jossa on kaikki tarvittavat parametrit annoksen laskemiseksi. Tässä työssä TLD-mittausjärjestelmän kalibrointituloksia analysoitiin vuosilta 1996-2011 ja määritettiin uudelleen laskennassa käytetty energiakorjauskerroin, joka on osa tulevaa WinTLD-konfigurointia. Mittauksissa tarvittavat standardisäteilylaadut (ISO H-laadut) pystytettiin osana työtä. Henkilödosimetrien suorituskykytestauksessa käytetään ISO N-säteilylaatuja. Mirion Technologies (RADOS) käyttää TLD-systeemiä henkilödosimetriassa, ja hammas-TLD on tämän järjestelmän sovellus potilasdosimetriaan. ISO H-laadut otettiin käyttöön, jotta dosimetrien vastetta voitiin ISO N-laatujen tapaan tutkia jatkuvana fotonienergian funktiona Cs-137 ja Co-60 gammasäteilylaatuihin asti ja koska niillä voitiin jäljitellä todellista kliinistä suodatusta. Energiakorjauskerroin kalibroinnissa käytettävän Co-gammasäteilyn ja intraoraalikuvauksissa käytettävän röntgensäteilyn välillä määritettiin uudelleen. Sen arvoksi (yksikkö mGy/mGy) saatiin ISO N-60-laadulla 0,671 ja ISO H-60-laadulla 0,677, jotka ovat numeerisesti hyvin lähellä aikaisemmin määritettyä kerrointa 0,679. Energiakorjauskertoimen epävarmuudeksi saatiin 3,5 % (2std) ja annosmittauksen epävarmuudeksi 7,8 %. Energiavasteiden perusteella dosimetreissä käytetty materiaali on kahdesta vaihtoehdosta MTS-N (LiF:Mg,Ti) eikä MCP-N (LiF:Mg,Cu,P). TLD-järjestelmää voidaan kehittää ja konfiguroida uusien tulosten perusteella, jolloin otetaan käyttöön muun muassa uudelleenmääritetty energiakorjauskerroin. ISO H-säteilylaadut otettiin 22.3.2011 virallisesti käyttöön STUKissa ja niitä käytetään dosimetritestauksessa tarvittaessa suuria annosnopeuksia ja annoksia.
  • Alatalo, Minna (Helsingin yliopisto, 2009)
    Sään ennustamisessa tärkeä työväline on numeerinen säämalli, jossa ilmakehän tilan kuvaaminen perustuu niin sanottujen perusyhtälöiden ratkaisemiseen. Niiden avulla lasketaan tuulen nopeuden, ilmanpaineen, lämpötilan ja kosteuden muutokset pienin aika-askelin eteenpäin. Numeerinen säämalli tarvitsee lähtötiedokseen laadultaan hyviä havaintoja ilmakehän todellisesta tilasta. Joka vuorokausi kymmenet in-situ- ja kaukohavaintojärjestelmät tekevät havaintoja ilmakehästä sen pintakerroksesta ylärajaan asti. Pelkät havainnot eivät kuitenkaan riitä antamaan tarpeeksi tarkkoja lähtötietoja säämallille. Ongelman ratkaisu on data-assimilaatiojärjestelmä. Se yhdistää laatukontrollin läpikäyneen havaintotiedon ja mallitiedon, jota kutsutaan ennakkokentäksi, ja luo niiden avulla analyysin ilmakehän todellisesta tilasta. Havaintojärjestelmäkokeiden (OSE) avulla testataan havaintojärjestelmien vaikutuksia data-assimilaatiojärjestelmän tuottamien analyysien ja niistä tuotettujen sääennusteiden laatuun. OSE:n avulla selvitetään, kuinka hyvin saatavilla olevia havaintoja käytetään hyväksi, tai kannattaako jokin uusi havaintojärjestelmä ottaa mukaan operatiiviseen ennustusjärjestelmään. Tämän tutkielman aluksi tutustutaan lyhyesti numeerisiin säämalleihin, havaintojärjestelmiin ja dataassimilaatiojärjestelmiin, minkä jälkeen tehdään yleinen kirjallisuuskatsaus havaintojärjestelmäkokeiden suorittamisesta. Sen jälkeen keskitytään Doppler-säätutkan tuottamien tutkasäteen suuntaisten tuulen nopeushavaintojen hyödyntämiseen rajoitetun alueen HIRLAM-säämallissa, mitä on tutkittu viime vuosina Ilmatieteen laitoksessa (IL). Kaukohavaintojärjestelmien käyttö on lisääntynyt viime vuosien aikana kehittyneiden analyysimenetelmien ansiosta. Tavanomaisten in-situ- havaintojärjestelmien raju vähentäminen dataassimilaatiossa ei näytä kuitenkaan vielä olevan mahdollista. Kaukohavainnot ovat useiden OSE-kokeiden perusteella parantaneet analyysiä ja ennusteita erityisesti alueilla, joissa tavanomainen havaintoverkosto on harva. Tutkatuulihavaintojen on ajateltu tuovan parannuksia rajoitetun alueen säämalleihin, sillä niiden avulla saadaan tärkeää lisätietoa tuulen ageostrofisista ominaisuuksista. Sen johdosta pienen mittakaavan sääilmiöiden kuten meri- ja rinnetuulien ennustettavuuden toivotaan paranevan. IL:ssa on kehitetty tutkatuulihavaintojen käsittely- ja mallintamismenetelmiä, minkä jälkeen on suoritettu OSE Suomen tutkaverkoston tuulihavainnoilla aikavälille 1.-29.2.2008 HIRLAMin operatiiviselle 3D-VAR dataassimilaatiojärjestelmälle. Kyseisen OSE:n aineisto on saatu käyttöön tähän tutkielmaan. Kontrolliassimilaatiossa CON ovat mukana kaikki operatiiviset havaintojärjestelmät ja koeassimilaatioon RAD_ALL on syötetty myös tutkatuulihavainnot. Tässä tutkielmassa OSE:n tulokset todennetaan TEMP-tuulihavaintojen avulla tutkimalla ennakkokentän ja analyysin harhaa sekä satunnaisvirhettä. Tulosten perusteella tutkatuulihavainnot parantavat ennakkokenttää ja analyysiä erityisesti keskitroposfäärissä, mutta alatroposfäärissä vaikutus analyysiin on lähes neutraali. Koska tutkatuulihavainnot ulottuvat n. 4-6 km korkeuteen, ne eivät vaikuta ylätroposfäärin analyysiin. Tulokset eivät kuitenkaan ole tilastollisen testin perusteella tilastollisesti merkitseviä. Parhaimmillaan RAD_ALLassimilaation voidaan osoittaa olevan CON-assimilaatiota parempi 20% merkitsevyystasolla. Lopuksi suoritettu tapaustutkimus osoittaa, että tutkatuulihavaintojen vaikutus näkyy tuulen nopeuden analyysi-inkrementtikentässä sekä jossain määrin myös lyhyessä 12h pintapaine-ennusteessa Suomen alueella. Tapaustutkimuksen perusteella tutkatuulihavaintojen vaikutus analyysiin ja ennusteeseen näyttäisi olevan lähes neutraali. OSE:n toistaminen kesäkuukaudelle voisi olla hyödyllistä, koska talvella ei esiinny esimerkiksi merituulia. Tämän tutkielman tulosten perusteella tutkatuulihavaintojen käyttäminen HIRLAMin 3D-VAR assimilaatiojärjestelmässä on hyödyllistä. Avainsanat – Nyckelord – Keywords Havaintojärjestelmäkoe, data-assimilaatio, Doppler-tutkatuulihavainto Säilytyspaikka – Förvaringställe – Where deposited Kumpulan tiedekirjasto
  • Rintaniemi, Liisa (Helsingin yliopisto, 2011)
    Keskileveysasteilla sään päivittäiset vaihtelut ovat pitkälti sidoksissa syklonien liikkeisiin. Siksi on tärkeä selvittää, miten syklonitoiminta mahdollisesti muuttuu kasvihuoneilmiön voimistuessa. Tähänastisessa tutkimuksessa on tarkasteltu sekä olemassa olevia uusanalysoituja säähavaintoaikasarjoja että simuloitu syklonitoiminnan muutoksia ilmastomallien avulla. Uusanalyysien ongelmana on niiden epähomogeenisuus ja lyhyys. Ilmastomallien avulla voidaan sen sijaan luoda pitempiä, tulevaisuuteen ulottuvia aikasarjoja, joissa ilmastopakotteen vaikutus on mahdollista saada selvemmin esiin. Tutkielmassa pyritään selvittämään 30:n vuosina 1993-2009 julkaistun, ilmastomalleihin pohjautuvan tutkimuksen perusteella, millaisia tuloksia syklonitoiminnan muutoksia simuloitaessa on tähän asti saatu. Tulokset ovat osin ristiriitaisia, mikä johtuu eroista mm. mallien ominaisuuksissa, käytetyissä ilmastopakotteissa sekä tavoissa, joilla aikasarjoja on analysoitu. Erityisesti tapa, jolla sykloniklimatologiat on eristetty aikasarjoista, luo eroja tutkimusten välille. Yleisimmät menetelmät ovat kaistanpäästösuodatus (BP-suodatus) ja erilaiset hahmontunnistukseen perustuvat syklonien paikannus- ja jäljitysmenetelmät. Vaikka tutkimuksessa on pääasiassa siirrytty käyttämään paikannus- ja jäljitysmenetelmiä, ongelmana ovat niiden erilaiset toimintatavat, minkä vuoksi niitä on vaikea vertailla keskenään. Menetelmien kirjavuudesta huolimatta joistain syklonitoiminnan kvalitatiivisiin muutoksiin liittyvistä seikoista vallitsee kohtalainen yksimielisyys: keskileveysasteilla syklonien lukumäärä tulee vähenemään, keskimääräinen intensiteetti voimistumaan ja syklonien radat siirtyvät molemmilla pallonpuoliskoilla kohti napaa. Uusanalyysien perusteella saadut tulokset tukevat intensiteetin voimistumista ja ratojen siirrosta mutta eriävät lukumäärän suhteen. On mahdollista, että uusanalyyseissä 1900-luvun loppupuoliskolla havaittu lukumäärän kasvutrendi selittyy tarkentuneilla havaintomenetelmillä tai syklonitoiminnan pitkäaikaisella, luonnollisella vaihtelulla.
  • Vepsäläinen, Mikko (Helsingin yliopisto, 2001)
  • Sarpila, Ari (Helsingin yliopisto, 2008)
    Tässä työssä selvitetään lentosääennusteiden käyttöä lennon suunnittelun ja toteutuksen perusteena. Tuodaan esille määräyksiä ja lentosäätietojen käyttöä kaikissa lennon vaiheissa. Perehdytään ennustettujen olosuhteiden ja ennusteiden laadun merkitykseen lentojen toteutuksessa. Selvitetään lentosääennusteisiin liittyviä lentoliikenteen kustannuksia. Työn aineistona käytettiin joulukuu 2006 - heinäkuu 2007 välisenä aikana eri pituisina jaksoina kerättyä 185 liikennelennon lennonsuunnittelumateriaalia ja 126 satunnaisella otoksella otettuja Suomen GAFOR -ennusteita. Liikennelennot toteutettiin Suomen ja Euroopan alueella. Työssä todennettiin METAR –lentopaikkasanoman avulla TAF -lentopaikka-, TREND -laskeutumis-, GAFOR -yleisilmailuennusteita. Yleisestä sääpalvelusta saatua materiaalia käsiteltiin EXCEL –taulukkolaskentaohjelmalla Lentosääennusteita käsiteltiin usean eri käyttäjäryhmän kannalta. Reittilentomittauksilla tutkittiin SIGMET –varoituspalvelun, SWC –merkitsevän sään ja yläilmakehän tuulen sekä lämpötilan ennusteita. TAF –pilvikorkeusennusteiden keskimääräinen hyvyysluku oli lähes sama pilvikorkeudesta riippumatta. Suhteellisen hyvissä olosuhteissa toimivat käyttäjät saivat ennusteista paljon hyötyä. Vaakanäkyvyysennusteiden keskimääräinen hyvyysluku oli suurempi hyvissä kuin huonoissa olosuhteissa. Huonojen olosuhteiden ennusteet olivat lentotoiminnalle enemmän harmillisia kuin hyödyllisiä. Ennustustyö olisi tarvinnut apuvälinettä. Tutkittiin TREND –ennusteiden ominaista osuvuutta. NOSIG –ennuste oli suhteellisen usein julkaistu vaikka sitä seurasi olosuhteen muutos. BECMG -ennuste toteutui pääsääntöisesti ennusteajan alkupuolella. Ajoittaisten olosuhdemuutosten aikana TEMPO -ennusteita julkaistiin hyvin, mutta ennusteen osuvuus vaihteli. Tässä muodossa jaettu ennustetieto ei palvele kovin hyvin päätöstilannetta, jossa on arvioitava polttoaineen riittävyys lennon loppuosalle. GAFOR -pintatuuliennusteet olivat onnistuneita kuten TAF -ennusteissa. Vaakanäkyvyys- ja pilvikorkeusolosuhteissa vertailupisteissä oli 10% havainnoista ennustettua huonompaa olosuhdetta, jos käytettiin vain GAFOR –ennusteen perusosaa lennonsuunnittelussa ja 6% havainnoista, jos käytettiin koko ennustetta. Ilma-aluksen päällikön on valvottava näkölento-olosuhteiden kehitystä lennon aikana ja varmistettava aina näkölento-olosuhteinen lentoreitti laskupaikalle. Lentosääennusteet ovat osa lentotoimintaa mahdollistavaa järjestelmää. Ennusteet hallitsevat vaihtelevasti olosuhteita ja luonnollisesti aiheuttavat ongelmallisia tilanteita. Käyttäjiä sitovat määräykset on luotu, jotta toiminta olisi turvallista. Laadukkaita ennusteita tarvitaan isoilla liikennepaikoilla lentoliikenteen kapasiteetin hallintaan. Pienillä lentopaikoilla laitevarustus ei vielä takaa lentotoimintaa kaikissa olosuhteissa. Näkölentotoimintaa harjoitetaan jatkuvasti sekä hyvissä että kohtalaisen huonoissa olosuhteissa.
  • Veikkolainen, Toni (Helsingin yliopisto, 2010)
    The magnetic field of the Earth is 99 % of the internal origin and generated in the outer liquid core by the dynamo principle. In the 19th century, Carl Friedrich Gauss proved that the field can be described by a sum of spherical harmonic terms. Presently, this theory is the basis of e.g. IGRF models (International Geomagnetic Reference Field), which are the most accurate description available for the geomagnetic field. In average, dipole forms 3/4 and non-dipolar terms 1/4 of the instantaneous field, but the temporal mean of the field is assumed to be a pure geocentric axial dipolar field. The validity of this GAD (Geocentric Axial Dipole) hypothesis has been estimated by using several methods. In this work, the testing rests on the frequency dependence of inclination with respect to latitude. Each combination of dipole (GAD), quadrupole (G2) and octupole (G3) produces a distinct inclination distribution. These theoretical distributions have been compared with those calculated from empirical observations from different continents, and last, from the entire globe. Only data from Precambrian rocks (over 542 million years old) has been used in this work. The basic assumption is that during the long-term course of drifting continents, the globe is sampled adequately. There were 2823 observations altogether in the paleomagnetic database of the University of Helsinki. The effect of the quality of observations, as well as the age and rocktype, has been tested. For comparison between theoretical and empirical distributions, chi-square testing has been applied. In addition, spatiotemporal binning has effectively been used to remove the errors caused by multiple observations. The modelling from igneous rock data tells that the average magnetic field of the Earth is best described by a combination of a geocentric dipole and a very weak octupole (less than 10 % of GAD). Filtering and binning gave distributions a more GAD-like appearance, but deviation from GAD increased as a function of the age of rocks. The distribution calculated from so called keypoles, the most reliable determinations, behaves almost like GAD, having a zero quadrupole and an octupole 1 % of GAD. In no earlier study, past-400-Ma rocks have given a result so close to GAD, but low inclinations have been prominent especially in the sedimentary data. Despite these results, a greater deal of high-quality data and a proof of the long-term randomness of the Earth's continental motions are needed to make sure the dipole model holds true.
  • Lindroos, Olavi (Helsingin yliopisto, 2000)
  • Kodikara, Naveen Timothy (Helsingin yliopisto, 2011)
    We present the results of a numerical simulation of energetic proton propagation in a model of Hermean magnetic field. The analysis is in connection with the scientific work of the particle detector of the Solar Intensity X-ray and particle Spectrometer (SIXS) on-board BepiColombo, which is to be launched in 2014. In this work we have used a test particle simulation model developed by Vainio and Sandroos of the University of Helsinki. Mercury's environment is a complex system, resulting from the interaction between the solar wind, magnetosphere, exosphere and surface. The mission BepiColombo, a joint project of the European Space Agency (ESA) and the Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) will be equipped with scientific instruments for detailed observation of Mercury's magnetic field and the magnetosphere. SIXS will investigate the direct solar X-rays and energetic proton and electron fluxes in the planet's environment. The flux distribution of energetic protons on the surface of Mercury and in the magnetopause is studied at different locations of the simulated BepiColombo/MPO like orbit around the planet. Two primary simulations were carried out: first, an orbit with periherm 2840km and apoherm 3940km and second, a surface skimming circular orbit. Motivation for circular orbit was to understand the distribution at the magnetopause of particles hitting the surface of the planet as viewed from above the surface on the noon-midnight meridian. The response of several energy levels of particles to different locations in the static magnetic field is studied by analysing latitude-longitude maps of flux distribution and asymptotic directions through various widths of instrument view cone. SIXS experiment uses five such view cones. The view cone, which is approximately in the anti-nadir direction, was targeted in the simulation. Data were compiled at locations with a 30 degree separation (with respect to latitudinal plane) along the orbits. Interpretation of the data was realised though a few MATLAB® subroutines and functions. The results suggest that SIXS is capable of providing data from targeted areas to perform relevant and specific tasks for MIXS (Mercury Imaging X-ray Spectrometer) as expected and planned. It was found out that in order to accurately describe certain propagation behaviours we need to improve the simulation to have the ability to map the path of a specific particle. Concise summaries of the planet Mercury, BepiColombo mission and Solar Energetic Particles have been provided along with supporting appendices. Also the basic principles behind important numerical techniques used have been introduced.
  • Honkonen, Ilja (Helsingin yliopisto, 2008)
    Proteiinit ovat elämälle välttämättömiä orgaanisia yhdisteitä, jotka koostuvat yhdestä tai useammasta aminohappoketjusta. Proteiinien toiminnan määrää niiden kolmiulotteinen rakenne, joka taas riippuu pitkälti proteiinien aminohappojärjestyksestä, sekvenssistä. Proteiinien tunnettujen sekvenssien määrä kasvaa DNA-sekvensoinnin tuloksena selvästi nopeammin kuin selvitettyjen kolmiulotteisten rakenteiden, konformaatioiden, määrä. Proteiinien rakenteitakin tunnetaan jo lähes 45 000, joten niiden tilastollisella analyysillä on yhä merkittävämpi osuus uusien proteiinien rakenteen määrittämisessä, ennustamisessa ja suunnittelussa. Työssä etsittiin pentapeptidejä (viiden aminohapon pituisia ketjuja), joilla on sama konformaatio kaikissa tunnetuissa proteiinien rakenteissa. Näitä rakennuspalikoita voisi käyttää suoraviivaisessa proteiinien suunnittelussa halutun kolmiulotteisen rakenteen aikaansaamiseksi. Aineistona käytettiin proteiinitietopankin joulukuussa 2007 sisältämiä rakenteita, joihin kuului lähes 45 000 proteiinin kolmiulotteista rakennetta. Aineiston laajuuden takia rakennuspalikoita etsittiin kahdessa vaiheessa vertailemalla pentapeptidien rakenteen keskeisten atomien (CA, CB, O, C ja N) sijaintia proteiinien aminohappoketjuissa. Työssä löytyi yli 9000 rakennuspalikkaa, pentapeptidiä, joista jokaisella oli sama konformaatio yli 12 eri rakennetiedostossa, niissä ilmoitettujen tarkkuuksien rajoissa. Löydetyistä rakennuspalikoista 48:lla oli täysin sama konformaatio kaikkialla, mistä ne löydettiin. Näistä useimmin esiintyneitä voi käyttää suoraan proteiinien rakenneanalyysissä valmiina kolmiulotteisen rakenteen osina. Eri konformaatioihin laskostuvia identtisiä pentapeptidejä löytyi yli 266 000 kappaletta. Rakennuspalikoiden stabiiliudesta johtuen ne saattavat olla tärkeitä proteiinien fysikaalisen mallinnuksen tutkimus- ja vertailukohteina. Käytännön kannalta työn lupaavin tulos oli se, että rakennuspalikoita löytyi eri vasta-aineiden rakennetiedostoista. Ehkäpä juuri vasta-aineita voitaisiin suunnitella työssä esitetyillä menetelmillä.
  • Laapas, Mikko (Helsingin yliopisto, 2008)
    Tämä työ käsittelee Suomen ilmastoa puutarhakasvien näkökulmasta painopisteen ollessa lämpöilmastollisissa piirteissä ja kasvien talvehtimiseen liittyvissä tekijöissä. Työssä esitellään puutarhakasvien, erityisesti monivuotisten puuvartisten kasvien selviytymiseen vaikuttavia tekijöitä, ja näiden pohjalta kartoitetaan ilmastollisia olosuhteita eri puolilla Suomea viimeisen noin viiden vuosikymmenen ajalta. Lisäksi pyritään arvioimaan tuleville vuosikymmenille ennustetun lämpenemisen aiheuttamia muutoksia Suomen puutarhatuotannon menestymismahdollisuuksissa. Nykyilmaston osalta tarkastelu perustuu vuosien 1960-2006 päivittäisiin lumi- ja lämpötilahavaintoihin kymmenellä havaintopaikalla lounaisrannikolta Koillismaalle. Puutarhakasvien kannalta hyödyllisiä ja haitallisia ilmaston piirteitä pyrittiin kuvaamaan erilaisilla indekseillä, ns. kynnystapahtumien ajankohdilla ja erinäisten raja-arvojen ylittymisillä. Tulevaisuuden jaksojen 2010-39 ja 2040-69 osalta tilannetta tarkasteltiin A2- ja B1-skenaariossa. Työssä käytettiin ns. delta-menetelmää, missä 19 ilmastomallin keskiarvona saadut arviot kuukausikeskilämpötilojen noususta lisättiin havaintopaikkojen päivittäisiin vuosien 1971-2000 lämpötilahavaintoihin. Olosuhteet puutarhakasvien menestymiselle vaihtelevat paljon tarkastelussa olleella kolmelle kasvimaantieteelliselle vyöhykkeelle sijoittuvalla alueella. 1990-luvun alusta lisääntyneet leudot talvet näkyvät hyvin talvehtimisoloja kuvaavissa muuttujissa. Toisaalta havaintopaikkojen pienilmastolliset tekijät korostuvat erityisesti alueiden hallatilanteita tarkasteltaessa. Tulevaisuuden osalta monien puutarhakasvien talven selviytymisedellytyksiin vaikuttavien tekijöiden voidaan odottaa yleisesti parantuvan ilmaston lämmetessä, tosin Suomen ilmastossa pakkasvahinkojen riski on silti olemassa. Toisaalta entisestään leudontuvat talvet lämpöjaksoineen tulevat lisäämään mahdollisuutta kasvien kylmänkestävyyden heikkenemisestä aiheutuville ongelmille. Myöhäisten hallojen esiintymisen aiheuttamat vahingot riippuvat niitä edeltäneen ajan kasvuolosuhteista. Tällöin kasvukauden alun ajankohdassa, sen alkupuolen lämpimyydessä ja hallojen esiintymisen ajankohdassa tapahtuvien muutosten nettovaikutus ratkaisee myöhäisten hallatilanteiden kukinnalle muodostavan riskin tulevaisuudessa. Tästä ei saatu yksiselitteisiä tuloksia tämän tutkimuksen puitteissa, sillä hallariskiä kuvaavan indeksin käyttäytyminen oli varsin epämääräistä.
  • Lähde, Timo (Helsingin yliopisto, 2000)
  • Ylhäisi, Jussi (Helsingin yliopisto, 2009)
    Alueellisten ilmastomallien vaakasuuntainen erottelukyky on globaaleja malleja huomattavasti tarkempi, minkä vuoksi niillä on useita käyttökohteita ilmastonmuutoksen vaikutusten arvioinnissa. Tässä Pro Gradu – työssä tutkittiin alueellisten ilmastomallien tuottamia sademääräsimulaatioita sekä sadehavaintoaineistoja Euroopassa. Aineistona käytettiin ENSEMBLES-hankkeen tarjoamia 10 alueellista ilmastosimulaatiota, kahta hilamuotoista havaintoaineistoa sekä Ilmatieteen laitoksen sadeasemahavaintoja. Aineisto oli päiväkohtaista. Vuositasolla ilmastomallit ovat pääsääntöisesti sademäärää yliennustavia, mutta harha vaihtelee alueiden ja vuodenaikojen kesken. Osa tästä harhasta selittyy kuitenkin sillä, että havaintoaineistoihin sisältyy tyypillisesti sademäärän mittaustapahtumasta aiheutuva virhe. Alueellisten simulaatioiden harha pyritään minimoimaan kun halutaan kvantifioida tulevaisuuden sademääriä ilmastomallitulosten avulla. Tutkimuksessa sovellettiin tähän tarkoitettua empiiristä korjausmenetelmää tapauskohtaisella testialueella Suomessa. Korjausmenetelmä huomioi sadetapahtumien harhan niiden intensiteetin mukaan, jolloin se periaatteessa soveltuu paremmin myös rankkasateiden korjaamiseen. Korjausmenetelmässä harhan riippuvuus sadetapahtuman intensiteetistä oletetaan skenaariojaksolla samaksi kuin vertailujaksolla. Edellytyksenä korjausmenetelmän käytölle on se, että sadetapahtumien intensiteettijakauma simulaatioaineistoissa on kohtuullisen lähellä havaittua jakaumaa. Korjausmenetelmä parantaa sademäärän vuodenaikaiskeskiarvoja tarkastelualueella vertailujaksolla, vuoden kokonaissadekertymän harhan suuruus aineiston keskiarvossa on vain 7 mm. Koska sadetapahtumien intensiteettijakauma muuttuu simulaatioissa vertailu- ja skenaariojaksojen välillä, korjausmenetelmä vaikuttaa kuitenkin sademäärän muutoksen suuruuteen. Lisäksi menetelmän vaikutus sademäärän muutokseen jakautuu epätasaisesti sadetapahtuman intensiteetistä riippuen: menetelmä pienentää rankkasateiden kertymien muutosta, mutta kasvattaa sitä tavallisten sadetapahtumien osalta. Rankkasadetapahtumien erilliskäsittely korjausmenetelmässä aiheuttaa sen, että korjatusta sadetapahtumien intensiteettijakaumasta tulee epäjatkuva riippumatta siitä, mikä tarkastelujakso on kyseessä. Tässä työssä käytetty korjausmenetelmä ei ole ainoa laatuaan, perinteisesti mallitulosten korjaamiseen on käytetty vakiokertoimiin perustuvaa menetelmää kaikille sadetapahtumille. Korjausmenetelmien testaaminen on monien sovellusten kannalta tärkeää, mutta parhaan menetelmän löytäminen ei ole yksiselitteisen helppoa. Globaaleihin malleihin verrattuna alueellisten ilmastomallien ja korjausmenetelmien käyttö aiheuttavat molemmat ylimääräisen epävarmuuslähteen ilmastosimulaatioihin.
  • Ahmad, Mian Awais (Helsingin yliopisto, 2015)
    Analytical X-ray appliances are widely used for materials characterization. The use of X-rays without proper protection can lead to harmful effects. In order to minimize these harmful effects, it is essential to have a proper estimation of the dose rates around the equipment. Moreover, it is important to follow the safety regulations in order to avoid accidental exposure. This thesis outlines the potential hazards in the use of X-ray analytical instrumentation at the Division of Materials Physics, University of Helsinki. The theoretical part of the thesis introduces to the generally approved fundamental principles of radiation protection and the regulations based on these principles. Also, the production and properties of X-rays, radiation dosimetry and the biological effects of X-rays are discussed. The experimental part evaluates the actual radiation protection in the X-ray laboratories. Two open X-ray appliances, a powder diffractometer and a Laue setup, were selected for a closer study. A copper anode X-ray tube was used and the tube current was set to 20 mA and the voltage to 45 kV, which are the typical experimental values. The dose rates around the equipment were mapped by an ionization chamber. Based of these measurements, the maximum expected dose rate around the powder diffractometer was estimated to be of the order of 1 µSv/h at the user position. In the case of Laue system, the dose rate around equipment was estimated to be 10-100 times the dose rate around the powder diffractometer. Additionally, for powder diffractometer the theoretical characteristic X-ray flux from the tube was calculated. The characteristic X-ray flux after the monochromator at sample position was measured using a scintillator detector and a copper filter. The dose rate calculated from the flux was as high as 10 mSv/s. In typical powder diffraction experiments the expected dose rates are lower than these estimated maximum values. In general, the equipment were found to be safe to work with, provided that the users follow the department regulations and safety guidelines.
  • Perttula, Tuuli (Helsingin yliopisto, 2010)
    IASI on vuodesta 2007 käytössä ollut satelliitti-instrumentti Metop-polaarisatelliitissa. IASI-mittauksista johdettuja lopputuotteita ovat mm. lämpötilan ja kosteuden pystyprofiilit, pilven ylärajan lämpötila ja paine sekä eri hivenkaasujen pitoisuudet. Tämä työ on alkua IASI:n käyttöönotolle Ilmatieteen laitoksella. Työssä selvitetään IASI:n lämpötilaprofiileiden ja pilven ylärajan paineen soveltuvuutta sääpalvelulle vertailemalla niitä jo käytössä oleviin sääpalvelun työkaluihin. IASI-mittauksista johdettuja lämpötilaprofiileita verrataan Ilmatieteen laitoksen operatiivisiin pintaluotauksiin. Lisäksi tarkastellaan IASI:n lämpötilaprofiileiden vaikutusta paikallisen analyysi- ja ennustustyökalu LAPS:in lämpötila-analyysiin. IASI:n pilven ylärajan lämpötiloja verrataan AVHRR-radiometrista johdettuihin pilven ylärajan lämpötiloihin. IASI:sta ja AVHRR:stä johdetut keskimääräiset lämpötilat olivat lähes samat alapilville. Yläpilville ja osittain läpinäkyville cirrus-pilville lämpötilaero oli noin 5 Celsius-astetta. IASI:n lämpötilaluotaukset osoittautuivat käyttökelpoisiksi etenkin keski- ja ylätroposfäärissä (350 - 600 hPa), jossa IASI:n antama lämpötila erosi pintaluotauksen lämpötilasta vain noin +-1 Celsius-astetta. IASI:n lämpötilaluotausten suurin ongelma on mittausten katkeaminen pilven ylärajaan. IASI-luotauksilla oli suuri vaikutus LAPS-lämpötila-analyysiin mallin koko alueella, mutta vertailuaineiston puutteessa ei voida varmasti sanoa onko vaikutus positiivinen vai negatiivinen. Tulokset ovat lupaavia. IASI:n lämpötilaluotaukset ja pilven ylärajan lämpötila vaikuttavat käyttökelpoisilta sääpalvelun tarpeisiin.
  • Rinne, Joanna (Helsingin yliopisto, 2009)
    Tutkimuksen tarkoitus on kartoittaa Suomen talviukkosten ominaisuuksia ja klimatologiaa. Tiedot Suomen talviukkosten klimatologista tutkimusta varten kerättiin mm. salamanpaikantimilta ja ihmisten IL:lle tiedottamista havainnoista, SYNOP-kartoilta, rintama-analyyseistä, luotauksista ja luotaustietojen pohjalta piirretyistä salamakartoista sekä sadetutkan kuvista. Tutkimuksessa määriteltiin talviukkoseksi yksi tai useampi salamahavainto säätilanteessa, jossa salamahavaintopaikkaan ja -aikaan nähden lähimmistä synop-havainnoista ainakin yhdessä on havaittu joko ≤ 0 °C lämpötila tai lumi- tai räntäsadetta. Näin rajattuna vuosina 2003-2007 talviukkostapauksia oli 19 kpl. Tapaukset jakaantuivat melko tasaisesti loka-marraskuun vaihteen ja huhtikuun välille, pienet maksimit olivat marras- ja helmikuussa. Tapausten esiintymisajankohtia rajoitti siis vain talviukkosten määritelmän mukaisten sääolosuhteiden esiintyminen. Vuorokaudenajalla ei ollut merkittävää vaikutusta talvisalamoiden esiintymiselle. Alueellisesti talviukkoset painottuivat maan lounaisosaan mutta niitä havaittiin koko maassa Käsivarren Lappia myöten. 16 tapauksessa 19:sta talviukkoset havaittiin okluusiorintamaksi analysoidun rintaman yhteydessä. Yhdessä tapauksessa rintama oli analysoitu kylmäksi ja kahdessa rintama-analyysi oli epäselvä. Matalapaineen keskus sijaitsi iskuhavaintopaikkoihin nähden yleensä lännen puolella. Lännen puolen yleisyyden aiheutti okluusiorintamien kiertosuunta myötäpäivään matalapaineen keskukseen nähden. Pintalämpötila oli lähes kaikissa talviukkostapauksissa lähellä nollaa ja havaintopaikan lähellä olevissa SYNOP-havainnoissa havaittiin useissa tapauksissa sadetta sekä vetenä että kiinteässä olomuodossa. CAPE:n arvot olivat joko nollassa tai hyvin lähellä sitä iskuhavaintoihin nähden lähimmissä luotauksissa. Lämmintä advektiota havaittiin lähes kaikissa tutkituissa luotauksissa, myös sulan meren vaikutus näkyi tuloksissa talviukkosia edistävänä tekijänä. Maasalamoita havaittiin talviukkosten yhteydessä useimmin 1 tai 2 ja iskuja salamaa kohden 1 tai 2. Havaituista maasalamoista positiivisia oli 46 % ja negatiivisia 54 %. Tapaustutkimukset tehtiin kahdesta vuosien 2003-2007 talviukkosia hyvin edustavasta tapauksesta sekä yhdestä salamamäärältään poikkeuksellisen runsaasta tapauksesta.