Chemical mass closure and source-specific composition of atmospheric particles

It has been known for decades that particles can cause adverse health effects as they are deposited within the respiratory system. Atmospheric aerosol particles influence climate by scattering solar radiation but aerosol particles act also as the nuclei around which cloud droplets form. The principal objectives of this thesis were to investigate the chemical composition and the sources of fine particles in different environments (traffic, urban background, remote) as well as during some specific air pollution situations. Quantifying the climate and health effects of atmospheric aerosols is not possible without detailed information of the aerosol chemical composition. Aerosol measurements were carried out at nine sites in six countries (Finland, Germany, Czech, Netherlands, Greece and Italy). Several different instruments were used in order to measure both the particulate matter (PM) mass and its chemical composition. In the off-line measurements the samples were collected first on a substrate or filter and gravimetric and chemical analysis were conducted in the laboratory. In the on-line measurements the sampling and analysis were either a combined procedure or performed successively within the same instrument. Results from the impactor samples were analyzed by the statistical methods. This thesis comprises also a work where a method for the determination carbonaceous matter size distribution by using a multistage impactor was developed. It was found that the chemistry of PM has usually strong spatial, temporal and size-dependent variability. In the Finnish sites most of the fine PM consisted of organic matter. However, in Greece sulfate dominated the fine PM and in Italy nitrate made the largest contribution to the fine PM. Regarding the size-dependent chemical composition, organic components were likely to be enriched in smaller particles than inorganic ions. Data analysis showed that organic carbon (OC) had four major sources in Helsinki. Secondary production was the major source in Helsinki during spring, summer and fall, whereas in winter biomass combustion dominated OC. The significant impact of biomass combustion on OC concentrations was also observed in the measurements performed in Central Europe. In this thesis aerosol samples were collected mainly by the conventional filter and impactor methods which suffered from the long integration time. However, by filter and impactor measurements chemical mass closure was achieved accurately, and a simple filter sampling was found to be useful in order to explain the sources of PM on the seasonal basis. The online instruments gave additional information related to the temporal variations of the sources and the atmospheric mixing conditions.

Intraday and Weekend Volatility Patterns- Implications for Option Pricing

This study examines the intraday and weekend volatility on the German DAX. The intraday volatility is partitioned into smaller intervals and compared to a whole day’s volatility. The estimated intraday variance is U-shaped and the weekend variance is estimated to 19 % of a normal trading day. The patterns in the intraday and weekend volatility are used to develop an extension to the Black and Scholes formula to form a new time basis. Calendar or trading days are commonly used for measuring time in option pricing. The Continuous Time using Discrete Approximations model (CTDA) developed in this study uses a measure of time with smaller intervals, approaching continuous time. The model presented accounts for the lapse of time during trading only. Arbitrage pricing suggests that the option price equals the expected cost of hedging volatility during the option’s remaining life. In this model, time is allowed to lapse as volatility occurs on an intraday basis. The measure of time is modified in CTDA to correct for the non-constant volatility and to account for the patterns in volatility.

Onttojen puiden lahopuukovakuoriaiset — kolmen pyydystyypin vertailu

Vanhat ja ontot puut ovat tärkeä elinympäristö monelle lahopuusta riippuvaiselle eliölajille. Onttoihin puihin on erikoistunut suuri määrä myös vaarantuneita ja harvinaisia hyönteislajeja, jotka elävät puun onkalon seinämillä tai onkalon pohjalle kerääntyvässä orgaanisessa aineksessa, ns. mulmissa. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, mikä kolmesta pyydystyypistä (ikkuna-, vuoka- ja kuoppapyydys) soveltuu parhaiten onttojen puiden lahopuukovakuoriaisten pyyntiin. Lisäksi tavoitteena oli kartoittaa hyönteisnäytteiden ensimmäiseen laboratoriokäsittelyyn vaadittua aikaa. Tutkimuksessa oli mukana vanhoja rungostaan onttoutuneita lehmuksia, tammia ja vaahteroita pääkaupunkiseudun puisto- ja kartanoalueilta. Puiden onkaloiden sisään aseteltiin ikkuna-, vuoka- ja kuoppapyydyksiä, kaksi kutakin tyyppiä ja ne tyhjennettiin kolmen viikon välein touko-heinäkuussa 2006. Pyydyksiä oli siis yhteensä 90 per pyyntijakso. Kun näytteistä eroteltiin halutut hyönteislahkot (mukaanlukien kovakuoriaiset) niiden käsittelyyn käytetty aika kirjattiin ylös. Aineistosta tunnistettiin yhteensä 3825 kovakuoriaisyksilöä ja 212 lajia, joista lahopuusta riippuvaisia oli yhteensä 3398 yksilöä ja 121 lajia. Ikkunapyydyksissä esiintyi yhteensä 1639 yksilöä ja 140 lajia, vuokapyydyksissä 1506 yksilöä ja 134 lajia, kuoppapyydyksissä 680 yksilöä ja 111 lajia. Näytteiden käsittelyaikojen keskiarvot olivat 48,3 minuuttia ikkunapyydykselle, 65,5 minuuttia vuokapyydykselle ja 34,1 kuoppapyydykselle. Lajistokoostumuksen huomioiva ?-diversiteetti erosi huomattavasti pyydysten välillä, se oli 36,5 % ikkuna- ja vuokapyydysten välillä, 13,1 % ikkuna- ja kuoppapyydysten välillä ja 14,2 % vuoka- ja kuoppapyydysten välillä. Ikkuna- ja vuokapyydysten välillä ei havaittu tilastollisesti merkitsevää eroa saproksyylilajien (p<0,05), -yksilöiden (p<0,05) tai käsittelyaikojen (p<0,05) keskiarvoissa. Ikkuna- ja vuokapyydyksillä saatiin keskimäärin selvästi enemmän saproksyylilajeja ja –yksilöitä kuoppapyydykseen verrattuna. Kuoppapyydyksellä saatiin kokonaisyksilömäärään verrattuna suhteellisesti vähemmän saproksyylejä (59 %) kuin ikkuna- (69 %) ja vuokapyydyksillä (71 %). Ikkunapyydykset olivat tehokkain pyydystyyppi vertailtaessa pyydysten keräämää saproksyyliyksilömäärää suhteessa aineiston käsittelyn vaatimaan aikaan. Tehokkuus (yksilöä minuutissa) ikkunapyydykselle oli 0,74, vuokapyydykselle 0,43 ja kuoppapyydykselle 0,21. Ikkunapyydyksiä ei ole aikaisemmin käytetty puun onkalon sisällä hyönteisiä pyydettäessä vaan ne ovat aikaisemmissa tutkimuksissa roikkuneet onkalon ulkopuolella. Ikkunapyydykset kuitenkin toimivat erinomaisesti myös onkaloiden sisällä. Ikkuna- sekä vuokapyydys toimivatkin selkeästi paremmin lahopuukovakuoriaisten pyynnissä verrattuna kuoppapyydykseen, jonka poisjättäminen olisi kuitenkin tuottanut huomattavasti lajiköyhemmän aineiston. Mahdollisimman monimuotoisen onttojen puiden lahopuukovakuoriaislajiston keräämiseksi tulisi käyttää ikkuna- tai vuokapyydyksiä yhdessä kuoppapyydysten kanssa.