Lahopuumäärän ennustaminen ja kartoitus lentokonelaserkeilauksen avulla

Lahopuun määrästä ja sijoittumisesta ollaan kiinnostuneita paitsi elinympäristöjen monimuotoisuuden, myös ilmakehän hiilen varastoinnin kannalta. Tutkimuksen tavoitteena oli kehittää aluepohjainen laserkeilausdataa hyödyntävä malli lahopuukohteiden paikantamiseksi ja lahopuun määrän estimoimiseksi. Samalla tutkittiin mallin selityskyvyn muuttumista mallinnettavan ruudun kokoa suurennettaessa. Tutkimusalue sijaitsi Itä-Suomessa Sonkajärvellä ja koostui pääasiassa nuorista hoidetuista talousmetsistä. Tutkimuksessa käytettiin harvapulssista laserkeilausdataa sekä kaistoittain mitattua maastodataa kuolleesta puuaineksesta. Aineisto jaettiin siten, että neljäsosa datasta oli käytössä mallinnusta varten ja loput varattiin valmiiden mallien testaamiseen. Lahopuun mallintamisessa käytettiin sekä parametrista että ei-parametrista mallinnusmenetelmää. Logistisen regression avulla erikokoisille (0,04, 0,20, 0,32, 0,52 ja 1,00 ha) ruuduille ennustettiin todennäköisyys lahopuun esiintymiselle. Muodostettujen mallien selittävät muuttujat valittiin 80 laserpiirteen ja näiden muunnoksien joukosta. Mallien selittävät muuttujat valittiin kolmessa vaiheessa. Aluksi muuttujia tarkasteltiin visuaalisesti kuvaamalla ne lahopuumäärän suhteen. Ensimmäisessä vaiheessa sopivimmiksi arvioitujen muuttujien selityskykyä testattiin mallinnuksen toisessa vaiheessa yhden muuttujan mallien avulla. Lopullisessa usean muuttujan mallissa selittävien muuttujien kriteerinä oli tilastollinen merkitsevyys 5 % riskitasolla. 0,20 hehtaarin ruutukoolle luotu malli parametrisoitiin muun kokoisille ruuduille. Logistisella regressiolla toteutetun parametrisen mallintamisen lisäksi, 0,04 ja 1,0 hehtaarin ruutukokojen aineistot luokiteltiin ei-parametrisen CART-mallinnuksen (Classification and Regression Trees) avulla. CARTmenetelmällä etsittiin aineistosta vaikeasti havaittavia epälineaarisia riippuvuuksia laserpiirteiden ja lahopuumäärän välillä. CART-luokittelu tehtiin sekä lahopuustoisuuden että lahopuutilavuuden suhteen. CART-luokituksella päästiin logistista regressiota parempiin tuloksiin ruutujen luokituksessa lahopuustoisuuden suhteen. Logistisella mallilla tehty luokitus parani ruutukoon suurentuessa 0,04 ha:sta(kappa 0,19) 0,32 ha:iin asti (kappa 0,38). 0,52 ha:n ruutukoolla luokituksen kappa-arvo kääntyi laskuun (kappa 0,32) ja laski edelleen hehtaarin ruutukokoon saakka (kappa 0,26). CART-luokitus parani ruutukoon kasvaessa. Luokitustulokset olivat logistista mallinnusta parempia sekä 0,04 ha:n (kappa 0,24) että 1,0 ha:n (kappa 0,52) ruutukoolla. CART-malleilla määritettyjen ruutukohtaisten lahopuutilavuuksien suhteellinen RMSE pieneni ruutukoon kasvaessa. 0,04 hehtaarin ruutukoolla koko aineiston lahopuumäärän suhteellinen RMSE oli 197,1 %, kun hehtaarin ruutukoolla vastaava luku oli 120,3 %. Tämän tutkimuksen tulosten perusteella voidaan todeta, että maastossa mitatun lahopuumäärän ja tutkimuksessa käytettyjen laserpiirteiden yhteys on pienellä ruutukoolla hyvin heikko, mutta vahvistuu hieman ruutukoon kasvaessa. Kun mallinnuksessa käytetty ruutukoko kasvaa, pienialaisten lahopuukeskittymien havaitseminen kuitenkin vaikeutuu. Tutkimuksessa kohteen lahopuustoisuus pystyttiin kartoittamaan kohtuullisesti suurella ruutukoolla, mutta pienialaisten kohteiden kartoittaminen ei onnistunut käytetyillä menetelmillä. Pienialaisten kohteiden paikantaminen laserkeilauksen avulla edellyttää jatkotutkimusta erityisesti tiheäpulssisen laserdatan käytöstä lahopuuinventoinneissa.

Thermal tweezers for manipulation of adatoms and nanoparticles on surfaces heated by interfering laser pulses

We conduct the detailed numerical investigation of a nanomanipulation and nanofabrication technique—thermal tweezers with dynamic evolution of surface temperature, caused by absorption of interfering laser pulses in a thin metalfilm or any other absorbing surface. This technique uses random Brownian forces in the presence of strong temperature modulation (surfacethermophoresis) for effective manipulation of particles/adatoms with nanoscale resolution. Substantial redistribution of particles on the surface is shown to occur with the typical size of the obtained pattern elements of ∼100 nm, which is significantly smaller than the wavelength of the incident pulses used (532 nm). It is also demonstrated that thermal tweezers based on surfacethermophoresis of particles/adatoms are much more effective in achieving permanent high maximum-to-minimum concentration ratios than bulk thermophoresis, which is explained by the interaction of diffusing particles with the periodic lattice potential on the surface. Typically required pulse regimes including pulse lengths and energies are also determined. The approach is applicable for reproducing any holographically achievable surfacepatterns, and can thus be used for engineering properties of surfaces including nanopatterning and design of surface metamaterials.

Influence of spherical intraocular lens implantation and conventional laser in situ keratomileusis on peripheral ocular aberrations

Aim: To measure the influence of spherical intraocular lens implantation and conventional myopic laser in situ keratomileusis on peripheral ocular aberrations. Setting: Visual & Ophthalmic Optics Laboratory, School of Optometry & Institute of Health and Biomedical Innovation, Queensland University of Technology, Brisbane, Australia. Methods: Peripheral aberrations were measured using a modified commercial Hartmann-Shack aberrometer across 42° x 32° of the central visual field in 6 subjects after spherical intraocular lens (IOL) implantation and in 6 subjects after conventional laser in situ keratomileusis (LASIK) for myopia. The results were compared with those of age matched emmetropic and myopic control groups. Results: The IOL group showed a greater rate of quadratic change of spherical equivalent refraction across the visual field, higher spherical aberration, and greater rates of change of higher-order root-mean-square aberrations and total root-mean-square aberrations across the visual field than its emmetropic control group. However, coma trends were similar for the two groups. The LASIK group had a greater rate of quadratic change of spherical equivalent refraction across the visual field, higher spherical aberration, the opposite trend in coma across the field, and greater higher-order root-mean-square aberrations and total root-mean-square aberrations than its myopic control group. Conclusion: Spherical IOL implantation and conventional myopia LASIK increase ocular peripheral aberrations. They cause considerable increase in spherical aberration across the visual field. LASIK reverses the sign of the rate of change in coma across the field relative to that of the other groups. Keywords: refractive surgery, LASIK, IOL implantation, aberrations, peripheral aberrations

Quantification of the relationship between Fuser Roller Temperature and Laser Printer Emissions

Recently published studies not only demonstrated that laser printers are often significant sources of ultrafine particles, but they also shed light on particle formation mechanisms. While the role of fuser roller temperature as a factor affecting particle formation rate has been postulated, its impact has never been quantified. To address this gap in knowledge, this study measured emissions from 30 laser printers in chamber using a standardized printing sequence, as well as monitoring fuser roller temperature. Based on a simplified mass balance equation, the average emission rates of particle number, PM2.5 and O3 were calculated. The results showed that: almost all printers were found to be high particle number emitters (i.e. > 1.01×1010 particles/min); colour printing generated more PM2.5 than monochrome printing; and all printers generated significant amounts of O3. Particle number emissions varied significantly during printing and followed the cycle of fuser roller temperature variation, which points to temperature being the strongest factor controlling emissions. For two sub-groups of printers using the same technology (heating lamps), systematic positive correlations, in the form of a power law, were found between average particle number emission rate and average roller temperature. Other factors, such as fuser material and structure, are also thought to play a role, since no such correlation was found for the remaining two sub-groups of printers using heating lamps, or for the printers using heating strips. In addition, O3 and total PM2.5 were not found to be statistically correlated with fuser temperature.