Keskileveysasteiden syklonitoiminnan muutokset kasvihuoneilmiön voimistuessa

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.

Overwintering ecology of northern field layer plants : snow and photosynthesis in Vaccinium vitis-idaea L.

Winter is a significant period for the seasonality of northern plants, but is often overlooked when studying the interactions of plants and their environment. This study focuses on the effects of overwintering conditions, including warm winter periods, snow, and snowmelt on boreal and sub-Arctic field layer plants. Wintertime photosynthesis and related physiological factors of evergreen dwarf shrubs, particularly of Vaccinium vitis-idaea, are emphasised. The work combines experiments both in the field and in growth chambers with measurements in natural field conditions. Evergreen dwarf shrubs are predominantly covered by snow in the winter. The protective snow cover provides favourable conditions for photosynthesis, especially during the spring before snowmelt. The results of this study indicate that photosynthesis occurs under the snow in V. vitis-idaea. The light response of photosynthesis determined in field conditions during the period of snow cover shows that positive net CO2 exchange is possible under the snow in the prevailing light and temperature. Photosynthetic capacity increases readily during warm periods in winter and the plants are thus able to replenish carbohydrate reserves lost through respiration. Exposure to low temperatures in combination with high light following early snowmelt can set back photosynthesis as sustained photoprotective measures are activated and photodamage begins to build up. Freezing may further decrease the photosynthetic capacity. The small-scale distribution of many field layer plants, including V. vitis-idaea and other dwarf shrubs, correlates with the snow distribution in a forest. The results of this study indicate that there are species-specific differences in the snow depth affinity of the field and ground layer species. Events and processes taking place in winter can have a profound effect on the overall performance of plants and on the interactions between plants and their environment. Understanding the processes involved in the overwintering of plants is increasingly important as the wintertime climate in the north is predicted to change in the future.

Äärisademäärien muutokset Euroopassa maailmanlaajuisten ilmastomallien perusteella

Monet merkittävimmistä sään aiheuttamista haitoista liittyvät tulviin ja kuivuuteen. Tässä tutkielmassa arvioitiin sadeilmastossa kuluvan vuosisadan aikana tapahtuvia muutoksia Euroopan ja Pohjois-Atlantin kattavalla alueella kymmenen maailmanlaajuisen ilmastomallin päivittäisten sademääräsimulaatioiden pohjalta. Erityisesti huomiota kiinnitettiin suuriin vuorokausisademääriin ja toisaalta poutajaksojen esiintymiseen. Tämänkaltaisia äärisademääriin liittyviä tutkimuksia oli aiemmin tehty lähinnä alueellisten ilmastomallien tuloksiin perustuen. Alueelliset mallit kykenevät simuloimaan maailmanlaajuisia malleja paremmin pienialaisia sääilmiöitä ja lisäksi niiden avulla saadaan tarkempi kuva muutosten maantieteellisestä jakaumasta. Toisaalta alueellisten mallien tulokset riippuvat voimakkaasti malliajoissa käytetyistä maailmanlaajuiselta mallilta saaduista reunaehdoista. Näin ollen maailmanlaajuisten mallien etuna on parempi mahdollisuus käyttää useiden mallien tuloksia yhdessä, jolloin myös ilmastomallien eroista johtuvasta epävarmuudesta saadaan parempi käsitys. Mallitulosten perusteella sadeilmasto näyttäisi ilmaston lämmetessä muuttuvan äärevämmäksi. Maailmanlaajuisesti sekä rankkasateet että poutapäivät näin ollen keskimäärin yleistyvät ja poutajaksot pidentyvät, kun taas suhteellisen vähäsateisten vuorokausien lukumäärä pienenee. Muutokset eivät kuitenkaan ole kaikkialla samansuuntaisia. Euroopassa ilmasto näyttäisi muuttuvan kuivemmaksi Välimeren ympäristössä ja kesällä myös Keski-Euroopassa, kun taas Pohjois-Euroopassa sateet lisääntyvät etenkin talvella. Tällöin sadeilmaston äärevöityminen tulee esiin siten, että keskimäärin sateisemmiksi muuttuvilla alueilla rankat sateet lisääntyvät ja voimistuvat enemmän kuin mitä sademäärä keskimäärin kasvaa, ja myös monilla kuivemmiksi muuttuvillakin alueilla etenkin kaikkein rankimmat sateet voimistuvat jonkin verran. Vastaavasti poutapäivät lisääntyvät ja pisimmät poutajaksot pidentyvät paikoin sellaisillakin alueilla, joilla sademäärä keskimäärin kasvaa. Myös sademäärän vuosienvälinen vaihtelu näyttäisi tulosten perusteella jossain määrin lisääntyvän. Mallitulosten keskiarvona Pohjois-Euroopassa suurin vuosittainen vuorokausisademäärä kasvaa vuosisadan loppuun mennessä keskimäärin 17 %, mutta vuoden pisin poutajakso lyhenee vain 2 %. Keski-Euroopassa suurimmat vuorokausisademäärät kasvavat 15 % ja pisimmät poutajaksot pitenevät 22 % ja Etelä-Euroopassakin suurimmat vuorokausisademäärät kasvavat 8 %, vaikka pisimmät poutajaksot pidentyvät 35 %. Nyt saadut tulokset ovat pääosin sopusoinnussa aiempien sadeilmaston muutoksia käsittelevien tutkimustulosten kanssa. Myös verrattaessa mallien simuloimaa sadeilmastoa havaintoihin törmätään aiemmista tutkimuksista tuttuihin eroihin; ilmastomallit tuottavat todellista vähemmän sateettomia päiviä ja suurin osa malleista aliarvioi lisäksi sekä rankkasateiden esiintymistä että niiden voimakkuutta.

Thunderstorm climatology and lightning location applications in northern Europe

Thunderstorm is a dangerous electrical phenomena in the atmosphere. Thundercloud is formed when thermal energy is transported rapidly upwards in convective updraughts. Electrification occurs in the collisions of cloud particles in the strong updraught. When the amount of charge in the cloud is large enough, electrical breakdown, better known as a flash, occurs. Lightning location is nowadays an essential tool for the detection of severe weather. Located flashes indicate in real time the movement of hazardous areas and the intensity of lightning activity. Also, an estimate for the flash peak current can be determined. The observations can be used in damage surveys. The most simple way to represent lightning data is to plot the locations on a map, but the data can be processed in more complex end-products and exploited in data fusion. Lightning data serves as an important tool also in the research of lightning-related phenomena, such as Transient Luminous Events. Most of the global thunderstorms occur in areas with plenty of heat, moisture and tropospheric instability, for example in the tropical land areas. In higher latitudes like in Finland, the thunderstorm season is practically restricted to the summer season. Particular feature of the high-latitude climatology is the large annual variation, which regards also thunderstorms. Knowing the performance of any measuring device is important because it affects the accuracy of the end-products. In lightning location systems, the detection efficiency means the ratio between located and actually occurred flashes. Because in practice it is impossible to know the true number of actually occurred flashes, the detection efficiency has to be esimated with theoretical methods.

Lumettoman maan routaolojen mallintaminen ja ennustettavuus muuttuvassa ilmastossa

Raportissa on arvioitu ilmastonmuutoksen vaikutusta Suomen maaperän talviaikaiseen jäätymiseen lämpösummien perusteella. Laskelmat kuvaavat roudan paksuutta nimenomaisesti lumettomilla alueilla, esimerkiksi teillä, joilta satanut lumi aurataan pois. Luonnossa lämpöä eristävän lumipeitteen alla routaa on ohuemmin kuin tällaisilla lumettomilla alueilla. Toisaalta luonnollisessa ympäristössä paikalliset erot korostuvat johtuen mm. maalajeista ja kasvillisuudesta. Roudan paksuudet laskettiin ensin perusjakson 1971–2000 ilmasto-oloissa talviaikaisten säähavaintotietoihin pohjautuvien lämpötilojen perusteella. Sen jälkeen laskelmat toistettiin kolmelle tulevalle ajanjaksolle (2010–2039, 2040–2069 ja 2070–2099) kohottamalla lämpötiloja ilmastonmuutosmallien ennustamalla tavalla. Laskelman pohjana käytettiin 19 ilmastomallin A1B-skenaarioajojen keskimäärin simuloimaa lämpötilan muutosta. Tulosten herkkyyden arvioimiseksi joitakin laskelmia tehtiin myös tätä selvästi heikompaa ja voimakkaampaa lämpenemisarviota käyttäen. A1B-skenaarion mukaisen lämpötilan nousun toteutuessa nykyisiä mallituloksia vastaavasti routakerros ohenee sadan vuoden aikana Pohjois-Suomessa 30–40 %, suuressa osassa maan keski- ja eteläosissa 50–70 %. Jo lähivuosikymmeninä roudan ennustetaan ohentuvan 10–30 %, saaristossa enemmän. Mikäli lämpeneminen toteutuisi voimakkaimman tarkastellun vaihtoehdon mukaisesti, roudan syvyys pienenisi tätäkin enemmän. Roudan paksuuden vuosienvälistä vaihtelua ja sen muuttumista tulevaisuudessa pyrittiin myös arvioimaan. Leutoina talvina routa ohenee enemmän kuin normaaleina tai ankarina pakkastalvina. Päivittäistä sään vaihtelua simuloineen säägeneraattorin tuottamassa aineistoissa esiintyi kuitenkin liian vähän hyvin alhaisia ja hyvin korkeita lämpötiloja. Siksi näitten lämpötilatietojen pohjalta laskettu roudan paksuuskin ilmeisesti vaihtelee liian vähän vuodesta toiseen. Kelirikkotilanteita voi esiintyä myös kesken routakauden, jos useamman päivän suojasää ja samanaikainen runsas vesisade pääsevät sulattamaan maata. Tällaiset routakauden aikana sattuvat säätilat näyttävätkin yleistyvän lähivuosikymmeninä. Vuosisadan loppua kohti ne sen sijaan maan eteläosissa jälleen vähenevät, koska routakausi lyhenee oleellisesti. Tulevia vuosikymmeniä koskevien ilmastonmuutosennusteiden ohella routaa ja kelirikon esiintymistä on periaatteessa mahdollista ennustaa myös lähiaikojen sääennusteita hyödyntäen. Pitkät, viikkojen tai kuukausien mittaiset sääennusteet eivät tosin ole ainakaan vielä erityisen luotettavia, mutta myös lyhyemmistä ennusteista voisi olla hyötyä mm. tienpitoa suunniteltaessa.

Role of GDNF and its Cross-Talk with Other Growth Factors in the Dopaminergic System

Parkinson´s Disease (PD) is a neurodegenerative movement disorder resulting from loss of dopaminergic (DA) neurons in substantia nigra (SN). Possible causative treatment strategies for PD include neurotrophic factors, which protect and in some cases restore the function of dopaminergic neurons. Glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF) family of neurotrophic factors have been to date the most promising candidates for treatment of PD, demonstrating both neuroprotective and neurorestorative properties. We have investigated the role of GDNF in the rodent dopaminergic system and its possible crosstalk with other growth factors. We characterized the GDNF-induced gene expression changes by DNA microarray analysis in different neuronal systems, including in vitro cultured Neuro2A cells treated with GDNF, as well as midbrains from GDNF heterozygous (Hz) knockout mice. These microarray experiments, resulted in the identification of GDNF-induced genes, which were also confirmed by other methods. Further analysis of the dopaminergic system of GDNF Hz mice demonstrated about 40% reduction in GDNF levels, revealed increased intracellular dopamine concentrations and FosB/DeltaFosB expression in striatal areas. These animals did not show any significant changes in behavioural analysis of acute and repeated cocaine administration on locomotor activity, nor did they exhibit any changes in dopamine output following treatment with acute cocaine. We further analysed the significance of GDNF receptor RET signalling in dopaminergic system of MEN2B knock-in animals with constitutively active Ret. The MEN2B animals showed a robust increase in extracellular dopamine and its metabolite levels in striatum, increased tyrosine hydroxylase (TH) and dopamine transporter (DAT) protein levels by immunohistochemical staining and Western blotting, as well as increased Th mRNA levels in SN. MEN2B mice had increased number of DA neurons in SN by about 25% and they also exhibited increased sensitivity to the stimulatory effects of cocaine. We also developed a semi-throughput in vitro micro-island assay for the quantification of neuronal survival and TH levels by computer-assisted methodology from limited amounts of tissue. This assay can be applied for the initial screening for dopaminotrophic molecules, as well as chemical drug library screening. It is applicable to any neuronal system for the screening of neurotrophic molecules. Since our microarray experiments revealed possible GDNF-VEGF-C crosstalk we further concentrated on studying the neurotrophic effects of VEGF-C. We showed that VEGF-C acts as a neurotrophic molecule for the DA neurons both in vitro and in vivo, however without additive effect when used together with GDNF. The neuroprotective effect for VEGF-C in vivo in rat 6-OHDA model of PD was demonstrated. The possible signalling mechanisms of VEGF-C in the nervous system were investigated - infusion of VEGF-C to rat brain induced ERK activation, however no direct activation of RET signalling in vitro was found. VEGF-C treatment of rat striatum lead to up-regulation of VEGFR-1-3, indicating that VEGF-C can regulate the expression level of its own receptor. VEGF-C dopaminotrophic activity in vivo was further supported by increased vascular tissue in the neuroprotection experiments.