Pintataistelualusten kehittämisen haasteet 2000-luvun alussa : Yhdysvaltojen laivaston Littoral Combat Ship- ja hävittäjähankkeiden laivatekniikka

Tässä diplomityössä tutkittiin Yhdysvaltojen laivaston DDG-1000-hävittäjä- ja Littoral Combat Ship (LCS) -hankkeissa kehitettävien pintataistelualusten laivateknisten ratkaisujen vaikutusta alusten ominaisuuksiin. Tutkimuksen painopiste oli laivatekniikassa, mutta tarkastelu kiinnitettiin käynnissä oleviin hankkeisiin. Aineiston keräämisen menetelmänä käytettiin kirjallisuustutkimusta. Aineisto analysoitiin aineistolähtöisesti, ja laivatekniikan analysoinnin mallina käytettiin laivan konseptisuunnittelun keskeisiä osa-alueita. Laivatekniikkaa analysoitiin vertailemalla aiempien ja uusien alusten teknisiä ratkaisuja. Tutkimusraportti laadittiin soveltamalla prosessikirjoittamista. DDG-1000- ja LCS-hankkeiden vaatimukset perustuivat varsin tarkasti määriteltyihin tehtäviin osana rannikkomerioperointia. Uusilla hankintatavoilla ei kyetty hallitsemaan hankkeiden kustannuksia. DDG-1000-hankkeen kustannusten kasvu vaikutti johtuvan toimittajien välisen kilpailun puuttumisen lisäksi lukuisista uusista teknisistä järjestelmistä ja LCS-hankkeessa nopean hankintatavan aiheuttamista tekijöistä. DDG-1000-hankkeessa päädyttiin vain kolmen aluksen hankintaan ja vanhemman DDG-51-hävittäjän tuotannon uudelleen aloittamiseen. Toistaiseksi LCS-hankkeen 55 aluksen tavoitteessa ei ole tapahtunut muutoksia. LCS-1:n runkoratkaisu on puoliliukuva teräsrunko ja LCS-2:n alumiininen trimaraanirunko. Suuresta nopeudesta johtuen LCS:ien koneistotehot ovat samaa suuruusluokkaan kuin hävittäjillä, tosin LCS-2:n kulkuvastus on pienempi kuin LCS-1:n suurella nopeudella. Hitaammilla nopeuksilla LCS:ien runkojen ja vesisuihkupropulsion hyötysuhteet arvioitiin heikommiksi kuin uppoumarunkoisella fregatilla. LCS:issä on suuret modulaarisesta taistelujärjestelmästä ja alusten ulkopuolella operoitavista järjestelmistä johtuvat lasti- ja kansitilat. LCS-2:n runkoratkaisu on erittäin vakaa. Nopeat alukset ovat herkkiä painon muutoksille. Painavamman LCS-1:n kantavuus arvioitiin alhaiseksi. LCS-2:n painoa on hallittu kevyellä rakenteella. Sen osalta epävarmuutta on aiheuttanut poikittaisten aaltokuormien kantokyky. LCS:ien taistelunkestävyys on kyseenalaistettu. DDG-1000:n sisäänpäin kallistetuilla kyljillä varustettu runkoratkaisu perustui häivevaatimuksiin. Aluksen suureen kokoon on vaikuttanut keinunnanvaimennustankkien ja kokonaan sähköisen koneiston soveltaminen. Poikkeava runkomuoto ja suuri koko ovat mahdollistaneet uudenlaisen yleisjärjestelyn suunnittelun. Sähköisellä koneistolla on päästy pienempään kaasuturbiinien lukumäärään sekä joustavaan koneistojen käyttöprofiiliin. Runkomuodon vauriovakavuus, riski alavirtausperän paineiskuihin ja epävarmuus dynaamisesta vakavuudesta suuressa aallokossa ovat aiheuttaneet epäilyksiä aluksen merikelpoisuudesta. Suhteellisen alhaisen tehon perusteella aluksen kulkuvastusominaisuudet vaikuttivat hyviltä. Sekä LCS että DDG-1000 ovat tehtäviin optimoinnista johtuen eräänlaisia erikoisaluksia, jotka eivät sellaisenaan sovi yleiskäyttöisten pintataistelualusten esikuviksi. Yleisesti ottaen tutkimuksen aikana syntyi näkemys, jonka mukaan taistelualuksen tehtävät tulisi määritellä riittävän väljästi, ja siten varmistaa, että alus on hyvä, mutta ei välttämättä paras, koko elinjaksonsa ajan.

Patterns and processes of littoral zooplankton composition in relation to the trophic state of the environment

Avhandlingen handlar om hur kompositionen hos litoralt djurplankton varierar med omgivningens trofiska nivå (m.a.o. eutrofieringsgrad). Arbetets inledande mål är att beskriva hur mängden och artmångfalden hos djurplankton i strandnära vattnen och de omgivande organismsamhällen ändras med närsaltshalter. Huvudsyftet är att utreda allmänna mekanismer som styr dessa mönster och som på så sätt kan vara viktiga i att reglera samhällen även i andra ekologiska system. Undersökningarna gjordes i åländska flador över flera tillväxtsäsonger samt i laboratorier där omgivningsförhållanden i fladorna kunde simuleras och manipuleras. Djurplankton i dessa lagunlika vikar är lägliga modellsystem. Flador är lämpligt avgränsade från det omgivande havet och förekommer allmänt i norra Östersjöregionen. Således kan de inom ett litet område som Åland representera hela regionala gradienten från näringsfattiga till näringsrika förhållanden. De små kräft- och hjuldjuren som djurplankton består av befinner sig i mitten av näringsväven. De sammankopplar olika typer av mikrobiell produktion vidare till högre konsumenter och är på så sätt centrala för organismsamhällens struktur och funktion i nästan alla akvatiska miljöer. I likhet med primärproducenterna (d.v.s. växter och alger som direkt påverkas av närsaltshalterna, och som bl.a. utgör föda och habitat för djurplankton) samvarierar kompositionen hos djurplankton tydligt med omgivningens trofiska nivå tills den blir hög. Sedan börjar hela samhällskompositionen utveckla sig åt två skilda håll. Dessa mönster kan för djurplanktonets del förklaras med att dess komposition ingalunda styrs endast av primärproducenterna, utan av ett komplicerat samspel mellan dessa resurser samt konkurrerande och högre konsumenter (d.v.s. predatorer på flera högre trofinivåer). Detta kom fram speciellt i laboratorieförhållanden då kompositionen hos dessa samhällskomponenter manipulerades. Både deras sammansättning och relativa tätheter i sig, samt en kombination av båda visade sig styra djurplanktonkompositionen. Lokala processer (inom fladorna) och synnerligen förändringar hos olika fundament- (speciellt vass, borstnate och rödsträfse), kärn- (speciellt yngel av a bborre och mört) och nyckelarter (stora predatorer som gädda) verkar kunna avgöra till vilken grad djurplanktonkompositionen samvarierar med omgivningens trofiska nivå. Inte bara samhällen utan också de mekanismer som styr dem ändras med omgivningens trofiska nivå. Flador är ypperliga naturliga laboratorier för att studera dessa och även andra allmänekologiska mönster och mekanismer. De är också oerhört viktiga miljöer för hela kustregionens natur.

Nutrient enrichment and water depth modify consumer control in rocky shore macroalgal communities

The objective of my thesis is to assess mechanisms of ecological community control in macroalgal communities in the Baltic Sea. In the top-down model, predatory fish feed on invertebrate mesograzers, releasing algae partly from grazing pressure. Such a reciprocal relationship is called trophic cascade. In the bottom-up model, nutrients increase biomass in the food chain. The nutrients are first assimilated by algae and, via food chain, increase also abundance of grazers and predators. Previous studies on oceanic shores have described these two regulative mechanisms in the grazer - alga link, but how they interact in the trophic cascades from fish to algae is still inadequately known. Because the top-down and bottom-up mechanisms are predicted to depend on environmental disturbances, such as wave stress and light, I have studied these models at two distinct water depths. There are five factorial field experiments behind the thesis, which were all conducted in the Finnish Archipelago Sea. In all the experiments, I studied macroalgal colonization - either density, filament length or biomass - on submerged colonization substrates. By excluding predatory fish and mesograzers from the algal communities, the studies compared the strength of the top-down control to natural algal communities. A part of the experimental units were, in addition, exposed to enriched nitrogen and phosphorus concentrations, which enabled testing of bottom-up control. These two models of community control were further investigated in shallow (<1 m) and deep (ca. 3 m) water. Moreover, the control mechanisms were also expected to depend on grazer species. Therefore different grazer species were enclosed into experimental units and their impacts on macroalgal communities were followed specifically. The community control in the Baltic rocky shores was found to follow theoretical predictions, which have not been confirmed by field studies before. Predatory fish limited grazing impact, which was seen as denser algal communities and longer algal filaments. Nutrient enrichment increased density and filament length of annual algae and, thus, changed the species composition of the algal community. The perennial alga Fucus vesiculosusA and the red alga Ceramium tenuicorne suffered from the increased nutrient availabilities. The enriched nutrient conditions led to denser grazer fauna, thereby causing strong top-down control over both the annual and perennial macroalgae. The strength of the top-down control seemed to depend on the density and diversity of grazers and predators as well as on the species composition of macroalgal assemblages. The nutrient enrichment led to, however, weaker limiting impact of predatory fish on grazer fauna, because fish stocks did not respond as quickly to enhanced resources in the environment as the invertebrate fauna. According to environmental stress model, environmental disturbances weaken the top-down control. For example, on a wave-exposed shore, wave stress causes more stress to animals close to the surface than deeper on the shore. Mesograzers were efficient consumers at both the depths, while predation by fish was weaker in shallow water. Thus, the results supported the environmental stress model, which predicts that environmental disturbance affects stronger the higher a species is in the food chain. This thesis assessed the mechanisms of community control in three-level food chains and did not take into account higher predators. Such predators in the Baltic Sea are, for example, cormorant, seals, white-tailed sea eagle, cod and salmon. All these predatory species were recently or are currently under intensive fishing, hunting and persecution, and their stocks have only recently increased in the region. Therefore, it is possible that future densities of top predators may yet alter the strengths of the controlling mechanisms in the Baltic littoral zone.

Tehokalastuksen vaikutukset Lappajärvessä : Kalastus elinkeinoksi Lappajärvellä -hankkeen vuosien 2001-2006 seurannan loppuraportti

Lappajärven, Etelä-Pohjanmaan suurimman järven, ekologinen tila on heikentynyt ja se luokitellaan nykyisin tyydyttäväksi. Rehevöityminen, 1990-luvun muikkukato ja yhteiskunnan rakennemuutos ovat vähentäneet kalastajien ja kalansaaliin määrää. Ammattikalastuksen edellytysten parantamiseksi toteutettiin vuosina 2001–2004 ”Kalastus elinkeinoksi Lappajärvellä” – hanke. Hankkeen vaikutuksia kalastoon ja järven ekosysteemiin seurattiin vuosina 2001–2006. Kokonaissaalis vuosina 2001–2004 oli 1655 tonnia (n. 29 kg/ha/vuosi). Vaikka saalistavoitetta (2100 tn) ei täysin saavutettu, oli hankkeella runsaasti myönteisiä, joskin osin vähäisiä tai epävarmoja vaikutuksia järven tilaan ja kalastoon. Kalastajien yksikkösaaliit etenkin kuhan ja isokokoisen ahvenen osalta nousivat hankkeen alussa. Loppuvuosina yksikkösaaliiden kehitys oli osittain ristiriitaista. Ulapan taloudellisesti vähempiarvoinen kalasto, varsinkin kuorekanta harveni selvästi. Muikku puolestaan lisääntyi ja pysyi runsaana. Kuhan ja isokokoisen ahvenen lisääntymistä selittivät pääosin lämpimät kesät ja kuhan onnistuneet istutukset. Petokalat, etenkin kuha, voivat osaltaan säädellä Lappajärven ulapan planktonsyöjäkalojen kantoja ja toisaalta estää särjen siirtymistä ulapalle. Tehokalastuksen loputtua alkoi näkyä merkkejä kalakantojen palautumisesta takaisin kohti lähtötilannetta. Rantavyöhykkeellä hankkeen vaikutukset jäivät selvästi vähäisemmiksi kuin ulapalla. Eläinplankton lisääntyi hieman ylemmissä vesikerroksissa, mutta tilanne alkoi palautua ennalleen hankkeen jälkeen. Sinileväkukinnot vaikuttivat vähentyneen hankkeen aikana, tosin kukintojen voimakas vaihtelu vaikeutti arviointia. Tehokalastus ja vesiensuojelun tehostuminen vähensivät fosforipitoisuuksia, tosin myös vähäsateiset vuodet vaikuttivat vähenemiseen. Pitoisuuksien lasku jatkui hankkeen jälkeen. Hanketta edeltänyt klorofyllipitoisuuksien kasvusuuntaus pysähtyi ja pitoisuustaso vakiintui. Tehokalastus pienensi klorofylli/fosfori-suhdetta ja vähensi sisäistä kuormitusta, mutta vaikutus alkoi heiketä hankkeen loputtua. Typpipitoisuuksiin, veden väriin tai näkösyvyyteen kalastus ei vaikuttanut. Tehokalastuksella voidaan parantaa Lappajärven tilaa, mutta kalastuksen on oltava jatkuvaa. Saalistavoitteeksi voisi riittää n. 20-30 kg/ha vuodessa, mutta samalla on jatkettava ulkoisen kuormituksen vähentämistä. Kalastuksen tulisi kohdistua arvokalojen lisäksi myös vähempiarvoisiin kalalajeihin ja samalla on tuettava petokalakantojen vahvistumista.

Lithostratigraphy and age of pre-Late Weichselian sediments in the Suupohja area, western Finland

Different types of laterally extensive sand- and gravel-dominated deposits, up to several tens of metres thick, were investigated in the Suupohja area of western Finland. The studied sediments were deposited in glacial, ice-marginal, glaciofluvial, sea or lake, littoral and terrestrial environments during several glacial-non-glacial cycles. Seventeen pre-Late Weichselian and three Late Weichselian/Holocene sedimentary units were identified. These were divided into ten formally and two informally defined formations that were together termed the Suupohja Group. Every unit are nevertheless not detectable throughout the study area. The informally defined “Karhukangas lower deposits” represent the lowest units in the Suupohja Group. The Karhukangas lower deposits with 5 till units, 3 glaciolacustrine/-marine units and 2 sand units, were interpreted as having been deposited during possibly four glacial-non-glacial cycles before the Late Pleistocene Subepoch (MIS 6 or earlier). The Kankalo Sand above the Karhukangas lower deposits comprises glaciofluvial and aeolian sands of Late Saalian, Eemian or Early Weichselian origin (MIS 6–MIS 5c). The Kariluoma Till above the Kankalo Sand was possibly deposited during the Late Saalian glacial advance, although an Early Weichselian origin is also possible. The Harrinkangas Formation, with glaciofluvial and quiet-water sediments, is interpreted as having been deposited during the Late Saalian and Eemian Stages (MIS 6–MIS 5e). The uppermost units in the deposits studied, the Kodesjärvi Formation (shore deposit), Isojoki Sand (aeolian), Rävåsen Formation (glaciofluvial), Vanhakylä Formation (shore line deposit), Dagsmark Till and Kauhajoki Till, were deposited during the Weichselian Stage (MIS 5d–MIS 2). In addition, Early Holocene (MIS 1) eskers without till cover were informally termed the “Holocene esker deposits”. The Lumikangas Formation represents gravelly shore deposits formed in the Holocene Epoch, when these areas last emerged from the sea. The first Weichselian ice expansion possibly reached the western part of Suupohja in the Early Weichselian Substage (MIS 5d?), but it did not expand further to the east. The second Weichselian glaciation of relatively short duration occupied the southern part of Finland in the later part of Middle Weichselian (MIS 3). Thus, the southern half of the country remained ice-free for the majority (~65–75%) of the Weichselian Stage. Instead, both humid temperate and periglacial conditions alternated. In the initial part of Middle Weichselian, this area was partly submerged, which indicates eastward expansion of the Scandinavian ice sheet(s), depressing the lithosphere. The exceptionally thick sediment cover, multiple lithofacies, relict landscape and preserved preglacially weathered bedrock are evidence of weak glacial erosion in the Suupohja area during the latest as well as earlier glaciations, making this area one of the key areas in Quaternary research.

Etelä- ja Itä-Kiinan meret aluekiistojen ja valtakamppailun näyttämönä

Etelä- ja Itä-Kiinan meret ovat maailman liikennöidyimpiä – ja kiistellyimpiä – merialueita. Merialueita ympäröivät valtiot ovat ajautuneet kiistelemään jopa pinnanalaisista karikoista, mutta miksi? Aluekiistojen taustalta löytyy useita geo-poliittisia tekijöitä ja valtioiden intressien ristiriitaisuus tekee kiistoista hankalia ratkaista. Alueen suurvalta Kiina on modernisoinut asevoimiaan ja Yhdysvallat pyrkii yhteistyöhön Kiinaa ympäröivien maiden kanssa sekoittaen entisestään alueen voimasuhteita.

Spatial and temporal variation in fish populations and assemblages in coastal waters of the northern Baltic Proper

The distribution and traits of fish are of interest both ecologically and socio-economically. In this thesis, phenotypic and structural variation in fish populations and assemblages was studied on multiple spatial and temporal scales in shallow coastal areas in the archipelago of the northern Baltic Proper. In Lumparn basin in Åland Islands, the fish assemblage displayed significant seasonal variation in depth zone distribution. The results indicate that investigating both spatial and temporal variation in small scale is crucial for understanding patterns in fish distribution and community structure in large scale. The local population of Eurasian perch Perca fluviatilis L displayed habitat-specific morphological and dietary variation. Perch in the pelagic zone were on average deeper in their body shape than the littoral ones and fed on fish and benthic invertebrates. The results differ from previous studies conducted in freshwater habitats, where the pelagic perch typically are streamlined in body shape and zooplanktivorous. Stable isotopes of carbon and nitrogen differed between perch with different stomach contents, suggesting differentiation of individual diet preferences. In the study areas Lumparn and Ivarskärsfjärden in Åland Islands and Galtfjärden in Swedish east coast, the development in fish assemblages during the 2000’s indicated a general shift towards higher abundances of small-bodied lower-order consumers, especially cyprinids. For European pikeperch Sander lucioperca L., recent declines in adult fish abundances and high mortalities (Z = 1.06–1.16) were observed, which suggests unsustainably high fishing pressure on pikeperch. Based on the results it can be hypothesized that fishing has reduced the abundances of large predatory fish, which together with bottom-up forcing by eutrophication has allowed the lower-order consumer species to increase in abundances. This thesis contributes to the scientific understanding of aquatic ecosystems with new descriptions on morphological and dietary adaptations in perch in brackish water, and on the seasonal variation in small-scale spatial fish distribution. The results also demonstrate anthropogenic effects on coastal fish communities and underline the urgency of further reducing nutrient inputs and regulating fisheries in the Baltic Sea region.