Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta

 

Recent Submissions

  • Rinta-aho, Jari (2016)
    Suomessa syntyy vuosittain noin 65 tonnia käytettyä ydinpolttoainetta. Suunnitelmien mukaan tämä jäte loppusijoitetaan Olkiluodon ydinvoimalan alueelle noin 450 metrin syvyyteen louhittavaan ONKALO-loppusijoitustilaan. Loppusijotustilan rakenne pohjautuu ruotsalaiseen KBS3-loppusijoitusratkaisuun. Loppusijoitusratkaisussa keskeisessä osassa on moniesteperiaate: heikosti veteen liukeneva polttoaine, kupariset korroosiota kestävät polttoainekanisterit, bentoniittisavi sekä kallioperä. Merkittävin aineensiirtoa aiheuttava ilmiö kallioperässä on pohjaveden virtaus kallioperän murrosvyöhykkeissä. Diffuusion ansiosta osa pohjaveteen liuenneesta aineksesta kulkeutuu ehyeen kallioperään, jossa konvektiiviset aineensiirrot ovat huomattavasti murrosvyöhykkeitä heikompia. Tälle ilmiölle on rakennettu laboratorio-oloissa analogia: WPDElab 3 -mittausjärjestely. WPDElab 3 -mittausjärjestelyssä kivisen kairasydännäytteen pinnalle synnytetään hidas vesivirtaus. Kiven toiseen päähän injektoidaan lyhyt pulssi radioaktiivista monotritioitua vettä (HTO). Tämän jälkeen pulssi alkaa muuttamaan muotoaan konvektio-diffuusio -yhtälön mukaisesti. Kiven toisesta päästä kerätään näytteenvaihtajaa käyttäen vettä, jonka HTO-pitoisuus mitataan nestetuikelaskurilla. Kun ulos tulevan veden HTO-pitoisuus piirretään ajan funktiona, saadaan aikaan pulssin läpäisykäyrä. WPDElab 3 -mittausjärjestely mallinnettiin Finite Element menetelmään perustuvalla kaupallisella COMSOL Multiphysics -ohjelmistolla. Erityistä haastetta simulointiin aiheutti kivisen kairasydännäytteen pinnan rosoisuus sekä kairaustekniikasta aiheutunut pintakerroksen rikkonaisuus. Näitä molempia ilmiöitä kyettiin mallintamaan asettamalla kairasydännäytteen pintakerrokseen sen ehyttä keskiosaa suurempi diffuusiokerroin. Diffuusiokertoimen kertaluokaksi kairasydännäytteen keskiosille saatiin 10^(-15) m^(2)/s. Tulos on yhtenevä muiden WDPE-mittausten kanssa (toistaiseksi julkaisematon aineisto).
  • Vitale, Caterina (2016)
    This thesis starts from the Matsuda and Abrams paper "Timid Consumers: Self-Extinction Due to Adaptive Change in Foraging and Anti-predator Effort." Matsuda and Abrams show an example of evolutionary suicide due to the evolution of prey timidity in a predator-prey model with a Holling type II functional response. The key assumption they use to obtain evolutionary suicide is that the predator population size is kept constant. In this thesis, we relax this assumption by introducing a second type of prey to the model and investigate whether evolutionary suicide may still occur according to the evolution of timidity in the first prey species. To study this in the long-term, we use the theory of adaptive dynamics. Firstly, we analyse the limit case where the predator dynamics depend only upon the second prey species. Predators still hunt the evolving prey either as a snack or for entertainment without gaining any energy. Under this hypothesis, our model reproduces Matsuda and Abrams' results both qualitatively and quantitatively. Moreover, the introduction of the second type of prey allows for the appearance of limit cycles as dynamical attractors. We detect a fold bifurcation in the stability of the limit cycles when the first type of prey timidity increases. Thus, we are able to construct an example of evolutionary suicide on a fold bifurcation of limit cycles. Furthermore, we perform critical function analysis on the birth rate of the evolving prey as a function of prey timidity. We derive general conditions for the birth rate function that assure the occurrence of evolutionary suicide. Secondly, we analyse the full model without making any simplifying assumptions. Because of the analytical complexity of the system we use numerical bifurcation analysis to study bifurcations of the internal equilibria. More specifically, we utilize the package MatCont to carry out equilibria continuation. In this way, we are able to estimate the range of parameters where the results of Matsuda and Abrams' model hold. Starting from the parameter set that reproduce Matsuda and Abrams' results quantitatively we track the fold bifurcation and show that evolutionary suicide occurs for a considerably wide range of parameters. Moreover, we find that in the full model evolutionary suicide may also occur through a subcritical Hopf bifurcation.
  • Karisto, Petteri (2016)
    Dispersal is a significant characteristic of life history of many species. Dispersal polymorphisms in nature propose that dispersal can have significant effect on species diversity. Evolution of dispersal is one probable reason to speciation. I consider an environment of well-connected and separate living sites and study how connectivity difference between different sites can affect the evolution of a two-dimensional dispersal strategy. Two-dimensionality means that the strategy consists of two separate traits. Adaptive dynamics is a mathematical framework for analysis of evolution. It assumes small phenotypic mutations and considers invasion possibility of a rare mutant. Generally invasion of a sufficiently similar mutant leads to substitution of the former resident. Consecutive invasion-substitution processes can lead to a singular strategy where directional evolution vanishes and evolution may stop or result in evolutionary branching. First I introduce some fundamental elements of adaptive dynamics. Then I construct a mathematical model for studying evolution. The model is created from the basis of the Hamilton-May model (1977). Last I analyse the model using tools I introduced previously. The analysis predicts evolution to a unique singular strategy in a monomorphic resident population. This singularity can be evolutionarily stable or branching depending on survival probabilities during different phases of dispersal. After branching the resident population becomes dimorphic. There seems to be always an evolutionarily stable dimorphic singularity. At the singularity one resident specializes fully to the well-connected sites while the other resides both types of sites. Connectivity difference of sites can lead to evolutionary branching in a monomorphic population and maintain a stable dimorphic population.
  • Tomberg, Eemeli (2016)
    In this thesis, we study the decoherence of cosmological scalar perturbations during inflation. We first discuss the FRW model and cosmic inflation. Inflation is a period of accelerated expansion in the early universe, in typical models caused by a scalar field called inflaton. We review cosmological perturbation theory, where perturbations of the inflaton field and scalar degrees of freedom of the metric tensor are combined into the gauge-invariant Sasaki-Mukhanov variable. We quantize this variable using canonical quantization. Then, we discuss how interactions between the perturbations and their environment can lead to decoherence. In decoherence, the reduced density operator of the perturbations becomes diagonal with respect to a particular pointer basis. We argue that the pointer basis for the cosmological scalar perturbations consists of approximate eigenstates of the field value operator. Finally, we discuss how decoherence can help understand the transition from quantum theory to classical perturbation theory, and justify the standard treatment of perturbations and their initial conditions in cosmology. We conclude that since decoherence should not spoil the observationally successful predictions of this standard treatment, it is unlikely that the actual amount of decoherence could be observed in, say, the CMB radiation.
  • Herranen, Joonas (2016)
    Tässä tutkielmassa tarkastellaan tähtienvälisen pölyn dynamiikkaa, joka kytkeytyy sähkömagneettisen säteilyn sirontaan. Klassisen mekaniikan perustavanlaatuisimpiin pyörimisyhtälöihin perustuva pölyhiukkasen dynamiikka ja sirontatapahtuman Maxwellin yhtälöistä juontuva dynaaminen perusta kytketään tutkielmassa uudella tavalla ratkaisemalla ongelmassa keskeinen sirontatapahtuma sironnan integraaliyhtälömenetelmän avulla. Lukija johdatellaan myös esiteltyyn teoriaan pohjautuvan numeerisen menetelmän äärelle. Erään olemassa olevan sironnan integraaliyhtälöesityksen toteutuksen ympärille laaditaan viitekehys Fortran-ohjelmistolle, joka laskee hilaverkon avulla mallinnetun homogeenisen hiukkasen dynamiikkaa. Tutkielman teoreettisessa osuudessa luodaan teoreettinen viitekehys mielivaltaisen muotoisen hiukkasen dynamiikalle, jossa liikeyhtälöiden voimatermit ovat seurausta sähkömagneettisesta sirontatapahtumasta. Lisäksi sirontatapahtumaan liittyvät elektrodynamiikan perusteet sekä itse sirontaongelman ratkaisu pintaintegraaliyhtälöformalismilla esitellään teoreettisessa osuudessa. Numeerisessa osuudessa esitellään hiukkasen mallinnus sekä luonnehditaan teoreettisen viitekehyksen sekä olemassa olevan pintaintegraalimenetelmän yhdistävän Fortran-ohjelmiston rakenne. Osuudessa käsitellään myös ohjelmiston toiminnan kannalta oleellisimmat algoritmit. Liikeyhtälöitä ratkaisevan Runge-Kutta-integraattorin oikea toiminta varmennetaan työssä asettamalla tunnettuja tuloksia tuottavia sidosehtoja ja vääntöjä. Kosmista ympäristöä mallintavilla alkuehdoilla pintaintegraaliyhtälömenetelmällä lasketun sirontavuorovaikutuksen määräämä dynamiikka tuottaa odotettuja tuloksia. Tulosten perusteella voidaan tulkita työssä esitetyn viitekehyksen olevan kehityskelpoinen, kun tavoitteena on mallintaa hiukkasdynamiikkaa erilaisissa kosmisissa ympäristöissä.
  • Kiuru, Risto (2016)
    Kairanäytteiden fysikaalisia ja mekaanisia ominaisuuksia tutkittiin osana louhintavauriotutkimuksia ONKALOn louhintavaurion tutkimusalueella (ONK-TKU-3620). Tutkimuksen tavoitteena oli löytää louhintavaurion indikaattoreiksi anomaalisia fysikaalisia ominaisuuksia, jotka olisivat yhteydessä korkeaan huokoisuuteen tai matalaan lujuuteen. Tutkimuksen toissijainen tavoite oli löytää yhteyksiä dynaamisten ja staattisten elastisten ominaisuuksien välillä, jotta geofysikaalisia mittauksia voitaisiin käyttää kalliomekaniikan parametrien estimointiin. Syvyysriippuvuus havaittiin suolaiselle saturaatiovedelle herkissä parametreissa. Ominaisvastusarvot olivat epätyypillisen matalia ensimmäiset 0.2 m tutkimusalueen pinnasta, ja kasvoivat ensimmäiset 0.7 m. S- nopeus, S-nopeuden impedanssi, liukukerroin ja kimmokerroin olivat epätyypillisen matalia ensimmäiset 0.2 m tutkimusalueen pinnasta. Syvyysriippuvuuksien lisäksi löydettiin muita louhintavaurion indikaattoreita. Näytteet ensimmäisten 0.7 m syvyyksiltä olivat muita todennäköisemmin huokoisuudeltaan suuria (> 0.5 %). Yhdistelmät korkea huokoisuus/pieni syvyys, matala ominaisvastus/pieni syvyys, korkea huokoisuus/matala ominaisvastus, matala IP/pieni syvyys sekä matala IP/korkea huokoisuus erottelivat anomaalisia näytteitä. S-nopeus, P/S - suhde, Poissonin luku, sekä kaikki kolme impedanssia suhteessa syvyyteen erottelivat anomaalisia näytteitä. Epätyypillisen korkea S-nopeus suhteessa muihin elastisiin parametreihin erotteli myös anomaalisia näytteitä. Yhdessä anomaalisista näytteistä oli Posivan geologin havaitsema EDZ piirre. Tämä näyte erottui S-nopeuden, P/S -suhteen, Poissonin luvun ja impedanssien perusteella. Tämän tutkimuksen perusteella, parhaat louhintavaurion indikaattorit ovat ominaisvastus, S-nopeus, S- nopeuden impedanssi, liukukerroin ja kimmokerroin. Useimpia elastisia parametreja pystyttiin käyttämään yhdessä muiden parametrien kanssa anomaalisten näytteiden erottamiseen. Tulokset tukevat sähköisten ja seismisten menetelmien käyttöä louhintavaurion tunnistuksessa. Staattisten elastisten parametrien arviointi dynaamisten perusteella puolestaan ei tämän tutkimuksen perusteella vaikuta mahdolliselta. Tässä työssä esitetyt näkemykset ja mielipiteet ovat kirjoittajan, eivätkä välttämättä vastaa Posivan näkemystä.
  • Saressalo, Anton (2016)
    Ferroelectric materials show many promising features for applications in tomorrow’s electronics. The ability to use polarization to store information in a dense space and good endurance make them one of the top contestants for the next generation memory applications, such as Ferroelectric or Resistive Random-Access Memory elements (FeRAM / ReRAM). The ReRAM elements are also a promising type for the missing circuit element, memristor, which links together the magnetic induction flux and the electric charge. Some materials also exhibit simultaneous ferroelectric polarization and magnetization. These are called multiferroics and could be a key towards magnetoelectric memories and a realization of four-state logic in a single device. A solid state ceramic, BiFeO 3 , has been under recent interest for such a multiferroic material since it exhibits large polarization simultaneously with magnetization. The challenges of BiFeO 3 include its high conductivity for an insulator and poor phase stability. Other materials with similar unit cell structure have been mixed with the material to successfully improve the properties. In this work, the ferroelectric properties of a ceramic solid state compound 0.80[BiFe 0.95 Mn 0.05 O 3 ]– 0.20[BaTiO 3 ], or BFBT(Mn), were investigated under various electrical measurements. The results show that the material is ferroelectric. They also show that the conduction mechanism inside the material varies with the applied electric field, hinting to Space Charge Limited Conduction mechanism and Resistive Switching. The phenomenon is expected to be linked to migration of oxygen vacancies inside the sample and formation of conductive filaments. Ferrosähköisillä aineilla on monia lupaavia ominaisuuksia tulevaisuuden elektroniikan sovellusten kannalta. Polarisaation hyödyntäminen informaation tallentamiseen tiheään tilaan sekä hyvä kestävyys tekevät niistä yhden kärkiehdokkaista seuraavan sukupolven muistisovelluksille, kuten ferrosähköisille tai resistiivisille muisteille (FeRAM / ReRAM). ReRAM-elementit ovat myös lupaava tyyppi puuttuvalle passiivikomponentille, memristorille, joka liittää yhteen käämivuon ja ja sähkövarauksen. Jotkut materiaalit voivat myös olla yhtä aikaa ferrosähköisiä ja -magneettisia. Näitä materiaaleja kutsutaan multiferriiteiksi ja niiden tutkiminen voi johtaa magnetosähköisten muistien ja neljän tilan logiikkaelementtien kehittämiseen. Kiinteän olomuodon keraaminen BiFeO 3 on ollut viime vuosina lupaava multiferriittinen yhdiste. Sille on mitattu suuria polarisaation arvoja yhdessä ferromagneettisten ominaisuuksien kanssa. Yhdisteen ongelmina on sen suuri sähkönjohtavuus eristeeksi sekä faasien epävakaus. BoFeO 3 :n ja toisen samankaltaisen rakenteen materiaalin yhdisteiden on onnistuneesti todettu parantavan materiaalin ferrosähköisiä ominaisuuksia. Tässä opinnäytetyössä tutkittiin 0.80[BiFe 0.95 Mn 0.05 O 3 ]–0.20[BaTiO 3 ]-, eli BFBT(Mn)-materiaalin ferrosähköisiä ominaisuuksia erilaisten sähköisten mittausten avulla. Tulokset osoittavat aineen olevan ferrosähköinen. Ne näyttävät myös, että sähkönjohtavuusmekanismi aineen sisällä muuttuu eri sähkökentillä. Mitatut johtavuuskäyrät viittaavat tilavarausrajoitteiseen johtavuuteen sekä resistiiviseen kytkentään. Johtavuuden arvioitiin olevan yhteydessä happivakanssien liikkeisiin sekä johtavien filamenttien muodostumiseen.
  • Havukainen, Joona (2016)
    After the finding of a Higgs boson at the Large Hadron Collider of CERN, the next milestone in experimental particle physics is the detection of a new particle beyond the Standard Model. Many of the popular extensions of the Standard Model are so called Two-Higgs-doublet models, that include five physical Higgs bosons in total. Two of the bosons are neutral scalars, two are charged scalars and one is a pseudoscalar. The first part of this thesis presents the Standard Model of particle physics as a gauge field theory where the gauge principle is used to introduce interactions between the particles. Quantum electrodynamics, weak interactions and quantum chromodynamics with their properties are discussed. The electroweak symmetry breaking through the Higgs mechanism and its implications for the masses of the particles are shown. The considerations on the Standard Model are concluded by discussing some of the problems in the Standard Model. Supersymmetric extensions to the Standard Model are introduced, motivated by their potential to solve some of the problems and by the framework for new physics the supersymmetry provides. The Higgs sector in the more constrained minimal supersymmetry scenario is discussed and some of the properties for these new Higgs bosons are given. The latter part of the thesis focuses on the experimental aspects of high energy particle physics. The search for the charged Higgs boson in the $H^+\rightarrow\tau^+\nu_\tau$ decay channel, with the tau lepton decaying into hadronic decay products is presented in detail. Vetoing collision events with more than one tau particle is shown to enhance the transverse mass resolution of the analysis, improving the signal detection. Methods for performing a tau veto are discussed and the problems in performing the tau veto are studied using 13 TeV collision event simulations and data from 2015 from the CMS detector at the LHC. No viable way of performing the tau veto in such a way that it improves the overall analysis is found.
  • Taivainen, Joonas (2016)
    \noindent In this Master's thesis we study global and local $Tb$ theorems for square functions with $L^2$ testing conditions. Our setting is very general and involves the very latest research methods in the field. We work in metric spaces equipped with a non-homogeneous measure and the square function operator domain being the $L^{2}$-space. \\ The square functions are a certain type of singular integral operators involving so called Littlewood-Paley integral kernels of form \[ Vf(x) = \sul{ \int_0^\infty \abs{\theta_t f(x)}^2 \hdt}^\frac{1}{2}, \] where \[ \theta_t f(x) := \int_X s_t(x,y) f(y) \diff \mu(y), \qquad x\in X. \] Here for every $t>0$ the kernel $s_t \colon X \times X \to \mathbb{C}$, is assumed to satisfy the so called size- and Hölder-estimates. These estimates characterise the growth properties of the kernel. \\ \hspace*{12pt} The main theorems we prove, global version of $T1$ and local version of $Tb$, characterise the $L^2$ boundedness of the square functions on certain testing conditions. In the $T1$ theorem we test the boundedness of the operator with constant function $1$ over all cubes. The $Tb$ testing conditions involve a family of testing functions. The proofs of these theorems require dyadic cubes and -grids which are contructed on chapter 2 and the involved dyadic methods, which are presented within the proofs. \\ \hspace*{12pt} The main tools in this Master's thesis are: the basic $L^{p}$-space methods e.g. maximal functions, dyadic grids in metric spaces, randomisation of metric dyadic cubes, standard and adapted martingale transforms, Carleson estimates, dyadic summation arguments and probabilistic arguments related to dyadic cubes (including the bad/good cubes).
  • Hannula, Minna (2016)
    Time series are very common in many fields of science as well as in, for example, economics. Nowadays time series are a more common way of expressing data because of the wide range of sensors and equipments collecting ordered data, such as stock prices and wind speed. Desire for a time series analysis usually rises from a wish to both understand a time-related data and interpolate missing values. In this research we had two different time series and two different aims for the analyze. The first goal was to analyze one-dimensional time series of temperature measurements and try to fill in a self-created gap in the time series. Missing values are commonly present in a real life measurement data, often caused by a failure of a measurement device or a simple human error. The missing values are problematic when analyzing time series: some of the common analyzing methods are not applicable to a data containing gaps and even a small, unfilled gap reduces the reliability of the observation analysis such as future value predictions. The second aim was to work with a selection of satellite image data. These satellite images were all taken from the same location and together they formed a two-dimensional time series. The goal was to analyze the time series of images, aiming to find some common features between different land types and by using these features divide the image pixels into five different clusters, depending on the land types the pixels were representing. The motivation behind such analysis was to test feature recognition possibilities for the recently collected satellite image data, which was measured using the synthetic aperture radar imaging. The data was provided by the Electric Brain project. For analyzing the time series we used techniques based on Fourier analysis, wavelet analysis, cross-correlation and k-means clustering algorithm. As the results presented in the chapter 3 present, the gap filling for the one-dimensional temperature data was performed successfully with two different approaches based on Fourier and wavelet analysis. Especially the wavelet analysis approach performed a very good reconstruction for a missing year of temperatures using data from two to five surrounding years. The results of the feature recognition of the two-dimensional satellite image data were not as successful and results did not offer a good land type based separation of the pixels.
  • Lausala, Jan-Erik (2016)
    Tutkielma käsittelee vinouden huomioivaa normaaliapproksimointia ja sen taustalla vaikuttavaa teoriaa. Lisäksi näytetään, että NP-approksimointia voi soveltaa yritysmaailmassa. Vakuutusyhtiöt Suomessa ovat erittäin vakavaraisia. Tämä johtuu vakuutusyhtiölle ennakkoon asetetusta vakavaraisuusehdosta. Vakuutusyhtiön sallitaan jatkaa toimintaansa mikäli todennäköisyys vararikolle toimikauden aikana on pienempi kuin ennalta valittu luku 'epsilon'. Käytännössä tämä luku valitaan niin pieneksi, että vararikko on lähes mahdoton. Kokonaisvahinkomäärän arvioiminen onkin merkittävässä roolissa vakuutusyhtiöissä. Tällä arvioinnilla voidaan todistaa esimerkiksi vakuutusyhtiön vakavaraisuus, mutta toisaalta kokonaisvahinkomäärän suuruus vaikuttaa myös vakuutuksien hinnoitteluun. Kokonaisvahinkomäärän arviointia lähestytään tutkielmassa kahdesta eri näkökulmasta; simuloimalla vakuutuskannan käyttäytymistä sekä NP-approksimoinnilla, joka huomioi jakauman vinouden. Liikennevakuutuksia tarkasteltaessa voidaan todeta, että esimerkiksi kuljettajien ajokäyttäytymisessä ja ajotaidoissa on eroja. Näihin eroihin voivat vaikuttaa muun muassa vaihtelevat ajo-olosuhteet ja kuljettajan ajamien kilometrien määrä. Vahinkojen intensiteetti ei siis ole kaikille kuljettajille sama. Kokonaisvahinkomäärää kuvaavat mallit sisältävät painotuksia eivätkä ne näin ollen ole yksinkertaisia. Tutkielman pääpaino on NP-approksimaation taustojen todistamisessa, mutta lisäksi tuotetaan simuloimalla havaintoja erään vakuutuskannan käyttäytymisestä ja verrataan simuloinnilla saatua tulosta NP-approksimoinnilla saatavaan arvoon. NP-approksimoinnissa toteutetaan kolmen alimman momentin avulla. Simuloinnin idea on melko suoraviivainen; ongelmaa ei ratkaista analyyttisin menetelmin, vaan tilanne mallinnetaan pilkkomalla ongelma pienempiin palasiin, joita on helppo käsitellä. Simuloinnilla saadaan tuotettua numeerisia arvoja tai graafisia kuvia, mutta niiden tulkinta on haasteellista. Analyyttiset menetelmät puolestaan antavat tietoa itse mallista, mutta lähestymistapa on simulointia hankalampi. Yksinkertaisuuden vuoksi kokonaisvahinkomuuttuja mallinnetaan yhdistettynä Poisson-muuttujana, ja kyseiselle muuttujalle vahinkojen intensiteettiä kuvaava parametri on ennalta päätetty suureksi. Tarkkuuden parantamiseksi simulointikierrosten määrä on 100 000. Yhdistetyn Poisson-muuttujan kertymäfunktion laskeminen on haastavaa, vaikka vahinkojen lukumäärän sekä yksittäisen vahingon suuruden jakaumat olisivat tiedossa. Arviointi onnistuu periaattessa myös laskemalla konvoluutiosummia, mutta se on työlästä eikä se ole tarkoituksenmukaista. Tutkielman johtopäätös on, että simuloinnilla ja NP-approksimoinnilla saadut arvot yhtyvät kunhan vahinkojen intensiteettiparametri on riittävän suuri.
  • Huusari, Riikka (2016)
    This study is part of the TEKES funded Electric Brain -project of VTT and University of Helsinki where the goal is to develop novel techniques for automatic big data analysis. In this study we focus on studying potential methods for automated land cover type classification from time series satellite data. Developing techniques to identify different environments would be beneficial in monitoring the effects of natural phenomena, forest fires, development of urbanization or climate change. We tackle the arising classification problem with two approaches; with supervised and unsupervised machine learning methods. From the former category we use a technique called support vector machine (SVM), while from the latter we consider Gaussian mixture model clustering technique and its simpler variant, k-means. We introduce the techniques used in the study in chapter 1 as well as give motivation for the work. The detailed discussion of the data available for this study and the methods used for analysis is presented in chapter 2. In that chapter we also present the simulated data that is created to be a proof of concept for the methods. The obtained results for both the simulated data and the satellite data are presented in chapter 3 and discussed in chapter 4, along with the considerations for possible future works. The obtained results suggest that the support vector machines could be suitable for the task of automated land cover type identification. While clustering methods were not as successful, we were able to obtain as high as 93 % accuracy with the data available for this study with the supervised implementation.
  • Sirviö, Robert (2016)
    Measuring risk is mandatory in every form of responsible asset management; be it mitigating losses or maximizing performance, the level of risk dictates the magnitude of the effect of the strategy the asset manager has chosen to execute. Many common risk measures rely on simple statistics computed from historic data. In this thesis, we present a more dynamic risk measure explicitly aimed at the commodity futures market. The basis of our risk measure is built on a stochastic model of the commodity spot price, namely the Schwartz two-factor model. The model is essentially determined by a system of stochastic differential equations, where the spot price and the convenience yield of the commodity are modelled separately. The spot price is modelled as a Geometric Brownian Motion with a correction factor (the convenience yield) applied to the drift of the process, whereas the convenience yield is modelled as an Ornstein-Uhlenbeck process. Within this framework, we show that the price of a commodity futures contract has a closed form solution. The pricing of futures contracts works as a coupling between the unobservable spot price and the observable futures contract price, rendering model fitting and filtering techniques applicable to our theoretic model. The parameter fitting of the system parameters of our model is done by utilizing the prediction error decomposition algorithm. The core of the algorithm is actually obtained from a by-product of a filtering algorithm called Kalman filter; the Kalman filter enables the extraction of the likelihood of a single parameter set. By subjecting the likelihood extraction process to numerical optimization, the optimal parameter set is acquired, given that the process converges. Once we have attained the optimal parameter sets for all of the commodity futures included in the portfolio, we are ready to perform the risk measurement procedure. The first phase of the process is to generate multiple future trajectories of the commodity spot prices and convenience yields. The trajectories are then subjected to the trading algorithm, generating a distribution of the returns for every commodity. Finally, the distributions are aggregated, resulting in a returns distribution on a portfolio level for a given target time frame. We show that the properties of this distribution can be used as an indicator for possible anomalies in the returns within the given time frame.
  • Jalas, Marika Emmy Margareta (2016)
    I över 30 år har man vid Olkiluoto undersökt platsens geologi och hydrogeologi för att kunna förutspå hur dessa eventuellt kommer att förändras i framtiden och påverka kärnavfallets slutplacering. En del historia om platsens hydrogeologi kan fås direkt från dagens grundvatten medan frakturmineraler återspeglar de äldre grundvatten de utfällts ifrån. Kalcit är den frakturmineral som mest används i paleohydrogeokemiska studier eftersom den lätt utfälls under många olika förhållanden, inkluderat svala klimat. Kalcit vid Olkiluoto har även tidigare analyserats och datering och gruppering av kalcit utförts. Målet med detta arbete var att närmare analysera spårämnessammansättningen i frakturkalcitprover från tidigare undersökningar, för att förstå grundvattnets inverkan. Speciellt intresse lades vid REE koncentrationer och eventuella anomalier inom dessa. 31 kalcitprover från ett djup på ca 12–660 m under markytan, från 20 olika borrhål analyserades. Kalciten hade utfällts vid pegmatitisk granit, glimmergnejs, migmatitisk glimmergnejs, kvartsgnejs och ådergnejs. Kalciten analyserades med ICP-AES (Agilent MP4100), ICP-MS (Agilent 7500ce/cx) och LA-ICP-MS (Coherent GeoLasPro MV och Agilent 7900s). Av dessa konstaterades ICP-AES vara olämplig för spårämnesanalysering av kalcit. Spårämneskoncentrationerna visade stora variationer. Senare kalcit uppvisade ofta större koncentrationer och mer variation vid ytan än djupare ner. REE koncentrationerna minskade med djup vilket kan ha ett samband med att Ca i grundvattnen ökar med djup. LREE hade större koncentrationer än HREE eftersom mer lösliga HREE lättare stannar kvar i vattnet vid kalcitutfällning medan LREE lägger sig i kalciten. Större LREE koncentrationer kan ha uppstått vid hydrotermiska förhållanden. Kalciten hade vanligtvis negativ Eu anomali men även positiva observerades. Reducerade förhållanden skapar negativa Eu anomalier då Eu3+ övergår till divalent form. De positiva Eu anomalierna kan ha uppstått under hydrotermiska förhållanden eller reflektera berggrundens plagioklas. Ingen direkt inverkan mellan berggrundens och kalcitens spårämnessammansättning kunde dock fastställas. Kalciten saknade oftast Ce anomali förutom närmare markytan var ett antal Ce anomalier hittades vilket kan bero på att Ce3+ vid oxiderande förhållanden övergår till lättlöslig Ce4+. De negativa Ce anomalierna i kalcit från meteoriskt grundvatten kan ha ärvt sin anomali från tidigare havsvatten. Ett färre antal La anomalier uppmättes. Negativa La anomalier kan ha orsakats av att La upptagits av andra mineraler. Kalciten saknade vanligtvis Y anomali förutom den äldsta kalciten som ofta hade positiv Y anomali. Syrliga förhållanden orsakar Fe oxihydroxering och minskar REE i förhållande till Y vilket kan ha orsakat positiva Y anomalier. Reducerande förhållanden kan även ha orsakat de högre Mn och Fe koncentrationer i kalciten medan oxidation kan ha skapat de högre U koncentrationerna. Bakterieaktivitet och lera vid kalcitutfällningen kan ha påverkat Mn koncentrationerna medan utfällning av sulfider kan ha påverkat Fe. U tenderar i grundvattnet att minska med djup samt vid högre salthalt vilket kan ha påverkat kalcitens U koncentration. Variationer av Mg kan ha påverkats av jonbyte. De höga Sr koncentrationerna kan återspegla hydrotermiska förhållanden medan de låga Sr värden kan reflektera låga temperaturer eller utfällning av andra mineraler.
  • Jalava, Linda (2016)
    Helsingin yliopiston Geotieteiden ja maantieteen laitos asensi Lammin biologisen aseman alueelle pohjavesiaseman, jota tullaan käyttämään akateemiseen tutkimukseen ja opetustarkoitukseen. Tämän työn tavoitteena on tehdä taustatutkimus pohjavesitutkimusaseman ympäristön maaperä- ja pohjavesiolosuhteista sekä kuvata ja testata aseman toiminnan keskeiset parametrit. Pohjavesiasemaan kuuluu kuusi pohjavedenhavaintoputkea, jotka asennettiin tammikuussa 2015. Havaintoputkia sijoitettiin sekä pohjaveden muodostumis- että purkaantumisalueille, jotta niistä saatava data kuvaisi mahdollisemman monimuotoisesti alueen pohjavesiolosuhteita. Havaintoputkien asennuksen yhteydessä otettiin maaperänäytteitä ja havainnoitiin samalla maaperän kerrosjärjestys. Näytteistä selvitettiin laboratoriossa raekokojakaumat, joiden avulla määritettiin maalajit sekä laskettiin maaperän vedenjohtavuusominaisuudet. Maastossa suoritettiin myös useita erilaisia maaperän vedenjohtavuusanalyyseja. Lisäksi otettiin pohjavesinäytteitä, joista analysoitiin veden kemiallinen koostumus. Pohjavesi oli laadultaan hyvää kohonneita rauta-, mangaani- ja uraanipitoisuuksia lukuun ottamatta. pH-arvot olivat lähellä neutraalia, alkaliteettiarvot normaalit ja sähkönjohtavuus matala. Pohjaveden laadussa oli havaittavissa alueellista vaihtelua. Havaintoputkiin asennettiin kesäkuussa vuonna 2015 jatkuvatoimiset automaattiset mittalaitteet, joiden avulla seurattiin pohjaveden pinnan korkeutta, lämpötilaa sekä yhdessä pisteessä lisäksi veden sähkönjohtavuutta. Pinnan vaihtelua seurattiin kesän, syksyn sekä talven ajan. Pohjaveden pinnan vaihtelussa on havaittavissa yhteys sadannan määrään. Pohjaveden pinnan korkeuden vaihtelussa oli sama trendi kaikissa putkissa. Pohjavesiasemalta saatavan sekä jo olemassa olevan tausta-aineiston avulla arvioitiin vettä johtavien maaperäkerroksien, kallionpinnan sekä maaperän paksuuden vaihtelua alueella. Lammin pohjavesiaseman maaperä on suurimmalta osalta kivistä hiekkamoreenia, jonka päälle on kerrostunut noin 1 – 4 metrin paksuinen hienoaineskerros. Moreenikerroksien raekokojakaumat sekä vedenjohtavuusarvot vaihtelivat huomattavasti jopa samassa havaintopisteessä. Vedenjohtavuus vaihteli välillä 4,8 * 10-6 – 1,0 * 10-1 ms-1, eli siltin arvoista soran arvoihin. Pohjavesivyöhyke esiintyy poikkeuksetta hyvin vettä johtavassa moreenikerroksessa, mutta sen paksuus ja syvyys vaihteli. Lammin pohjavesiaseman alue jaettiin kahteen vyöhykkeeseen korkeuskäyrien, maastotutkimuksien, aiemmin pohjatutkimuksista saatujen kairaustietojen sekä tässä työssä saatujen kairaustietojen perusteella.