Chemicals risk modeling : toxic effect risks imposed on aquatic organisms by industrial activity

Yhteenveto: Kemikaalien teollisesta käsittelystä vesieliöille aiheutuvien riskien arviointi mallin avulla.

Modelling the dynamics of a large sea area

Yhteenveto: Laajan merialueen dynamiikan mallintaminen

Snow cover models in operational watershed forecasting

Yhteenveto: Lumimallit vesistöjen ennustemalleissa

Kesämökkikäynnin virkistysarvon määrittäminen matkakustannusmenetelmällä

Tämän tutkielman tarkoituksena on määrittää kesämökkikäynnin virkistysarvo. Aihetta ei ole aikaisemmin tutkittu, vaikka kesämökkeily on merkittävä osa suomalaista elämää. Kesämökkikäynnin virkistysarvo tarkoittaa hyötyä, jonka yksilö saa kesämökillä virkistäytymisestä. Virkistäytyminen kesämökillä pitää sisällään kaiken kesämökillä ja sen ympäristössä tapahtuvan harrastamisen ja rentoutumisen. Koska ympäristö on tärkeässä osassa mökillä virkistäytymisessä, tässä tutkielmassa on lisäksi tarkoitus tutkia, kuinka mökkiympäristön ominaisuudet vaikuttavat virkistysarvoon. Tarkasteltavina ympäristön ominaisuuksina ovat virkistäytymisen estävät leväkukinnot ja mökin rannattomuus. Koska mökkeily toisaalta myös kuormittaa ympäristöä, tutkielmassa tutkitaan myös, kuinka sähköistys, ympäristöä kuormittava kesämökin ominaisuus, vaikuttaa virkistysarvoon. Virkistysarvo on markkinaton hyöty, joten sen määrittämiseen on käytettävä jotain markkinattomien hyödykkeiden arvottamismenetelmää. Tässä työssä arvottaminen tapahtuu matkakustannusmenetelmällä, jota käytetään yleisesti ympäristön tarjoamien virkistyspalveluiden taloudelliseen arvottamiseen. Kesämökkikäyntien kysyntää kuvaava matkakustannusmallin ekonometrinen mallintaminen suoritetaan negatiivisella binomimallilla. Tutkielman tulosten mukaan noin neljän päivän pituinen käynti sähköistetyllä kesämökillä, jossa on ranta eivätkä levät häiritse virkistäytymistä, tuottaa 167-205 euron suuruisen virkistyshyödyn. Virkistäytymisen estävät leväkukinnot laskevat arvoa 40 prosentilla ja mökin rannattomuus 45 prosentilla. Käynti sähköistetyllä mökillä tuottaa 3-5 prosenttia korkeamman virkistyshyödyn kuin käynti sähköistämättömällä mökillä. Suomessa kesän aikana tehtävien mökkikäyntien yhteenlaskettu virkistyshyöty on 430-530 miljoonaa, jos mökillä on ranta, jossa levistä ei ole haittaa. Häiritsevät leväkukinnot laskevat yhteenlaskettua virkistyshyötyä 30 miljoonalla ja rannattomuus 10-20 miljoonalla. Sähköistys nostaa yhteenlaskettua virkistyshyötyä 20-30 miljoonalla eurolla.

Mathematical modelling of groundwater pollution in a small heterogeneous aquifer at Kärkölä, southern Finland

Yhteenveto: Kärkölän likaantuneen pohjavesialueen matemaattinen mallinnus

Modelling vacuum arcs : from plasma initiation to surface interactions

A better understanding of vacuum arcs is desirable in many of today's 'big science' projects including linear colliders, fusion devices, and satellite systems. For the Compact Linear Collider (CLIC) design, radio-frequency (RF) breakdowns occurring in accelerating cavities influence efficiency optimisation and cost reduction issues. Studying vacuum arcs both theoretically as well as experimentally under well-defined and reproducible direct-current (DC) conditions is the first step towards exploring RF breakdowns. In this thesis, we have studied Cu DC vacuum arcs with a combination of experiments, a particle-in-cell (PIC) model of the arc plasma, and molecular dynamics (MD) simulations of the subsequent surface damaging mechanism. We have also developed the 2D Arc-PIC code and the physics model incorporated in it, especially for the purpose of modelling the plasma initiation in vacuum arcs. Assuming the presence of a field emitter at the cathode initially, we have identified the conditions for plasma formation and have studied the transitions from field emission stage to a fully developed arc. The 'footing' of the plasma is the cathode spot that supplies the arc continuously with particles; the high-density core of the plasma is located above this cathode spot. Our results have shown that once an arc plasma is initiated, and as long as energy is available, the arc is self-maintaining due to the plasma sheath that ensures enhanced field emission and sputtering. The plasma model can already give an estimate on how the time-to-breakdown changes with the neutral evaporation rate, which is yet to be determined by atomistic simulations. Due to the non-linearity of the problem, we have also performed a code-to-code comparison. The reproducibility of plasma behaviour and time-to-breakdown with independent codes increased confidence in the results presented here. Our MD simulations identified high-flux, high-energy ion bombardment as a possible mechanism forming the early-stage surface damage in vacuum arcs. In this mechanism, sputtering occurs mostly in clusters, as a consequence of overlapping heat spikes. Different-sized experimental and simulated craters were found to be self-similar with a crater depth-to-width ratio of about 0.23 (sim) - 0.26 (exp). Experiments, which we carried out to investigate the energy dependence of DC breakdown properties, point at an intrinsic connection between DC and RF scaling laws and suggest the possibility of accumulative effects influencing the field enhancement factor.

Adaptive MCMC methods with applications in environmental and geophysical models

This work presents new, efficient Markov chain Monte Carlo (MCMC) simulation methods for statistical analysis in various modelling applications. When using MCMC methods, the model is simulated repeatedly to explore the probability distribution describing the uncertainties in model parameters and predictions. In adaptive MCMC methods based on the Metropolis-Hastings algorithm, the proposal distribution needed by the algorithm learns from the target distribution as the simulation proceeds. Adaptive MCMC methods have been subject of intensive research lately, as they open a way for essentially easier use of the methodology. The lack of user-friendly computer programs has been a main obstacle for wider acceptance of the methods. This work provides two new adaptive MCMC methods: DRAM and AARJ. The DRAM method has been built especially to work in high dimensional and non-linear problems. The AARJ method is an extension to DRAM for model selection problems, where the mathematical formulation of the model is uncertain and we want simultaneously to fit several different models to the same observations. The methods were developed while keeping in mind the needs of modelling applications typical in environmental sciences. The development work has been pursued while working with several application projects. The applications presented in this work are: a winter time oxygen concentration model for Lake Tuusulanjärvi and adaptive control of the aerator; a nutrition model for Lake Pyhäjärvi and lake management planning; validation of the algorithms of the GOMOS ozone remote sensing instrument on board the Envisat satellite of European Space Agency and the study of the effects of aerosol model selection on the GOMOS algorithm.

Höyryturbiinin kanavistojen numeerinen virtauslaskenta

Diplomityössä tutkittiin Fortumin Loviisan ydinvoimalaitoksen ulosvirtauskanaviston ja suurnopeuskosteudenerottimen toimintaa, sekä selvitettiin taustalla olevaa teoriaa ja aiemmin tehtyjä tutkimuksia. Tavoitteena oli ymmärtää ja esittää laitteiden toimintaa, sekä tutkia voiko ulosvirtauskanaviston suorituskykyä parantaa geometrian muutoksilla. Työssä luotiin tutkittaville kohteille geometriat ja laskentahilat, joiden avulla simuloitiin niiden toimintaa eri käyttötilanteissa numeerisen virtauslaskennan avulla. Laskennan reunaehdot saatiin olemassa olevasta prosessimallista ja aiemmista turbiiniselvityksistä. Ulosvirtauskanaviston suorituskyky laskettiin kolmella eri lauhdutinpaineella neljällä eri geometrialla. Geometrian muutokset vaikuttivat selkeästi ulosvirtauskanaviston suorituskykyyn ja sitä saatiin parannettua. Kaksi kolmesta muutoksesta, lisäkanavat ja oikaistu vesilippa, pa-ransivat suorituskykyä. Lokinsiipien poistaminen heikensi ulosvirtauskanaviston toi-mintaa. Suurnopeuskosteudenerottimen mallintaminen jäi lähtötietojen ja ajan puutteen takia hieman tavoitteesta. Sekä ulosvirtauskanaviston että suurnopeuskosteudenerotti-men jatkotutkimusta ja mahdollisia toimenpiteitä varten saatiin arvokasta uutta tietoa.