Data cycle in atmospheric physics : From detected millivolts to understanding the atmosphere

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-5822-81-6
Title: Data cycle in atmospheric physics : From detected millivolts to understanding the atmosphere
Author: Junninen, Heikki
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Physics, Division of atmospheric sciences
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: In this thesis the concept of data cycle is introduced. The concept itself is general and only gets the real content when the field of application is defined. If applied in the field of atmospheric physics the data cycle includes measurements, data acquisition, processing, analysis and interpretation. The atmosphere is a complex system in which everything is in a constantly moving equilibrium. The scientific community agrees unanimously that it is human activity, which is accelerating the climate change. Nevertheless a complete understanding of the process is still lacking. The biggest uncertainty in our understanding is connected to the role of nano- to micro-scale atmospheric aerosol particles, which are emitted to the atmosphere directly or formed from precursor gases. The latter process has only been discovered recently in the long history of science and links nature s own processes to human activities. The incomplete understanding of atmospheric aerosol formation and the intricacy of the process has motivated scientists to develop novel ways to acquire data, new methods to explore already acquired data, and unprecedented ways to extract information from the examined complex systems - in other words to compete a full data cycle. Until recently it has been impossible to directly measure the chemical composition of precursor gases and clusters that participate in atmospheric particle formation. However, with the arrival of the so-called atmospheric pressure interface time-of-flight mass spectrometer we are now able to detect atmospheric ions that are taking part in particle formation. The amount of data generated from on-line analysis of atmospheric particle formation with this instrument is vast and requires efficient processing. For this purpose dedicated software was developed and tested in this thesis. When combining processed data from multiple instruments, the information content is increasing which requires special tools to extract useful information. Source apportionment and data mining techniques were explored as well as utilized to investigate the origin of atmospheric aerosol in urban environments (two case studies: Krakow and Helsinki) and to uncover indirect variables influencing the atmospheric formation of new particles.Tässä työssä esitellään konsepti - tietokierto ilmakehätieteissä. Tietokierto on sinänsä yleinen käsite ja ei liity mihinkään tiettyyn tieteenalaan. Tietokierto huomioi jokaisen vaiheen raa asta mittausarvosta datan soveltamiseen, ymmärtämiseen ja tulkintaan. Ilmakehäfysiikassa tietokierto sisältää vaiheet signaalin havainnoinnista, datan keräämiseen, esikäsittelyyn, ja työstämiseen sekä sitä kautta tulkintaan. Ilmakehä on monimutkainen kokonaisuus, jossa kaikki on jatkuvasti muuttuvassa tasapainossa keskenään. Tiedeyhteisö on yksimielisesti sitä mieltä, että kiihtyvä ilmastonmuutos on ihmisen toiminnan seurausta. Tarkalleen sitä prosessia ei kuitenkaan tunneta. Suurin epävarmuus ymmärryksessä on pienhiukkasten aiheuttama vaikutus ilmastomuutokseen. Pienhiukkasia päätyy ilmakehään joko suoraan päästölähteistä tai ne muodostuvat nukleaation eli kaasu-hiukkasmuuntuman kautta. Viimeksi mainittu ilmiö on havaittu vasta hiljattain ja sen yksityiskohtainen ymmärrys vielä puuttuu. Ilmiön monimutkaisuus on kiehtonut ja motivoinut tutkijoita kehittämään uusia mittalaitteistoja, mittausmenetelmiä, datan analysointimenetelmiä ja uusia tapoja suodattaa tietoa jo kerätystä datasta - toisin sanoen täydentää ja parantaa tietokiertoa. Aikaisemmin on ollut mahdotonta mitata suoraan kaasu-hiukkasmuuntumisessa osallistuvien kaasujen kemiallista koostumusta. Tässä työssä käytetty laitteisto (ilmakehäpaineliitännäinen lentoaikamassaspektrometri, APiTOF) pystyy havaitsemaan kyseisiä kaasuja suoraan ilman esikäsittelyä. Koska laitteisto on uusi ja sen tuottama data määrä on iso, kehitettiin tässä työssä tehokas raakadatan esikäsittelymenetelmä ja työkalu. Kun yhdistetään prosessoitu data useista laitteista, informaation sisältö kasvaa, mutta sen esille saaminen hankaloituu. Tässä työssä kehitettiin ja käytettiin menetelmiä ilmamassojen päästölähdekartoitukseen, tarkoituksena selvittää kaupunginympäristön pahimmat saastuttajat ja päästölähteet. Datan louhintaa hyödynnettiin löytämään kaasu-hiukkasmuuntumaan vaikuttavia tekijöitä.
URI: URN:ISBN:978-952-5822-81-6
http://hdl.handle.net/10138/42512
Date: 2014-01-14
Subject: fysiikka
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
junninen_thesis.pdf 1.643Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record