Search

For eutrophic lakes, achieving good water quality usually requires a reduction in external loading. The Lake Load Response (LLR) tool, based on the LakeState (LS) model, can be used to predict the necessary loading reduction, which can be utilized when making decisions on the management of the lake. The best predictions are made when the input values of the incoming loading, water outflow and in-lake total phosphorus, total nitrogen and chlorophyll a concentrations are as accurate as possible. Accurate loading data is often hard to collect because of the lack of resources for observations. However, LLR-runs made for the lake Lehesjärvi-Vähäjärvi in Jyväskylä showed that examining the needed loading reduction as percentages and not as absolute values gives good predictions even with large uncertainties in the loading data. This result does not obviate the importance of accurate data, but makes it possible to utilize the model when making management plans for less-studied lakes. nonPeerReviewed

Vesistöalueiden ja vesivarojen hoidon ja suojelun tutkimuksessa tulevat jatkossa vieläkin enemmän korostumaan kokonaisvaltaiset ratkaisut, joilla etsitään kestäviä ja taloudellisia ratkaisuja vesiensuojeluongelmiin. Ilmastonmuutoksen myötä lisääntyvät leudot talvet aiheuttavat haasteita sekä hajakuormituksen vähentämistavoitteille että ympäristön seurannalle. Ympäristöntutkimuksessa ja -seurannassa tarvitaan uusien menetelmien käyttöönottoa, mutta menetelmät vaativat kehitystyötä, testausta ja validointia. Tekesin rahoittaman CatchLake-hankkeen päätavoitteena oli uusien menetelmien testaaminen pilottialueen mittakaavassa. Alueena oli vesihuollon ja virkistyskäytön kannalta merkittävä Säkylän Pyhäjärvi valuma-alueineen. Hanke koostui kolmesta toisiaan täydentävästä osasta: mallinnuksesta, mittauksista valuma-alueella ja järvellä, sekä kaukokartoituksesta. Julkaisussa tarkastellaan uutta tietoa ympäristöntutkimuksessa ja seurannassa, sekä pohditaan uuden tiedon käyttöä, sovelluksia sekä mahdollisia kehityssuuntia.

The Antarctic system comprises of the continent itself, Antarctica, and the ocean surrounding it, the Southern Ocean. The system has an important part in the global climate due to its size, its high latitude location and the negative radiation balance of its large ice sheets. Antarctica has also been in focus for several decades due to increased ultraviolet (UV) levels caused by stratospheric ozone depletion, and the disintegration of its ice shelves. In this study, measurements were made during three Austral summers to study the optical properties of the Antarctic system and to produce radiation information for additional modeling studies. These are related to specific phenomena found in the system. During the summer of 1997-1998, measurements of beam absorption and beam attenuation coefficients, and downwelling and upwelling irradiance were made in the Southern Ocean along a S-N transect at 6°E. The attenuation of photosynthetically active radiation (PAR) was calculated and used together with hydrographic measurements to judge whether the phytoplankton in the investigated areas of the Southern Ocean are light limited. By using the Kirk formula the diffuse attenuation coefficient was linked to the absorption and scattering coefficients. The diffuse attenuation coefficients (Kpar) for PAR were found to vary between 0.03 and 0.09 1/m. Using the values for KPAR and the definition of the Sverdrup critical depth, the studied Southern Ocean plankton systems were found not to be light limited. Variabilities in the spectral and total albedo of snow were studied in the Queen Maud Land region of Antarctica during the summers of 1999-2000 and 2000-2001. The measurement areas were the vicinity of the South African Antarctic research station SANAE 4, and a traverse near the Finnish Antarctic research station Aboa. The midday mean total albedos for snow were between 0.83, for clear skies, and 0.86, for overcast skies, at Aboa and between 0.81 and 0.83 for SANAE 4. The mean spectral albedo levels at Aboa and SANAE 4 were very close to each other. The variations in the spectral albedos were due more to differences in ambient conditions than variations in snow properties. A Monte-Carlo model was developed to study the spectral albedo and to develop a novel nondestructive method to measure the diffuse attenuation coefficient of snow. The method was based on the decay of upwelling radiation moving horizontally away from a source of downwelling light. This was assumed to have a relation to the diffuse attenuation coefficient. In the model, the attenuation coefficient obtained from the upwelling irradiance was higher than that obtained using vertical profiles of downwelling irradiance. The model results were compared to field measurements made on dry snow in Finnish Lapland and they correlated reasonably well. Low-elevation (below 1000 m) blue-ice areas may experience substantial melt-freeze cycles due to absorbed solar radiation and the small heat conductivity in the ice. A two-dimensional (x-z) model has been developed to simulate the formation and water circulation in the subsurface ponds. The model results show that for a physically reasonable parameter set the formation of liquid water within the ice can be reproduced. The results however are sensitive to the chosen parameter values, and their exact values are not well known. Vertical convection and a weak overturning circulation is generated stratifying the fluid and transporting warmer water downward, thereby causing additional melting at the base of the pond. In a 50-year integration, a global warming scenario mimicked by a decadal scale increase of 3 degrees per 100 years in air temperature, leads to a general increase in subsurface water volume. The ice did not disintegrate due to the air temperature increase after the 50 year integration. Antarktiksen mannerjäätikkö ja sitä ympäröivä merialue, eteläinen valtameri, ovat tärkeitä osia maapallon ilmastojärjestelmässä. Viime vuosina Antarktis on ollut kiinnostuksen kohteena ultraviolettisäteilyn lisääntyessä sekä mannerjäätikön reunojen eli jäähyllyjen hajotessa. Tässä työssä on tehty optisia mittauksia kolmena kesäkautena Antarktiksen lumen, jään ja merialueiden optisten ominaisuuksien selvittämiseksi sekä tuottamaan tuloksia erillisiä mallinnuskokeita varten. Antarktiksen kesäkaudella 1997/1998 valon vaimenemis- ja sirontakertoimia mitattiin sekä säteilymittauksia tehtiin vedessä eteläisellä valtamerellä. Fotosynteettisesti aktiivisen säteilyn pystysuuntaiset profiilit mitattiin ja niitä käytettiin yhdessä veden tiheysprofiilin kanssa osoittamaan että valtameri ei ole valorajoitteinen. Sverdrupin kriittinen syvyys, joka kertoo kuinka syvällä levät voivat vielä kasvaa, oli suurempi kuin sekoittuneen kerroksen paksuus, jossa levät joutuvat olemaan. Spektrisen- ja kokonaisalbedon alueellisia vaihteluita mannerjäätiköllä tutkittiin kesäkausilla 1999/2000 ja 2000/2001. Mittauksia tehtiin sekä Suomen tutkimusasema Aboan, että Etelä-Afrikan tutkimusasema SANAE 4:n ympäristössä. Havaitut eroavaisuudet olivat hyvin pieniä ja johtuivat enemmänkin mittausolosuhteiden vaihteluista kuin lumipeitteen ominaisuuksien vaihteluista. Samalla kerralla mitattiin sinisen jään (jäätikköjään joka ei ole lumenpeittämää) albedo. Lumen diffuusin vaimenemiskertoimen mittaaminen on hyvin vaikeaa ilman että lumipeite häiriintyy. Tässä työssä kehitettiin uusi mittausmenetelmä, joka tuhoaa lumipeitteen pintaa mahdollisimman vähän. Se perustuu keinovaloon ja valon mittaamiseen lumipinnan päältä. Menetelmän tutkimiseksi tehtiin mittauksia kuivalla lumella Suomen Kilpisjärvellä sekä kehitettiin Monte-Carlo-tyyppinen optinen malli, jolla diffuusit vaimenemiskertoimet pystyttiin laskemaan. Mallin toiminnan oikeellisuuden tarkistamiseen käytettiin Antarktiksella mitattuja albedoja. Mallisimulaatiot osoittivat, että menetelmä toimii mutta toimimisen varmistamiseksi tarvitaan lisää tutkimuksia. Sinisen jään alueilla jotka ovat alle 1000m korkeudessa, esiintyy sisäistä sulamista. Tämän tutkimiseen kehitettiin numeerinen laskentamalli, jossa oli sekä termodynaaminen eli jään lämpötilaa ja sulamista kuvaava malli, että hydrodynaaminen eli sulamisveden liikkeitä kuvaava malli. Tämän mallin kehittelyssä käytettiin tämän työn mittaustuloksia jäätiköltä ja valtamerestä. Mallilla saatiin laskettua jään sisäinen sulaminen. Hitaat pystysuuntaiset konvektiovirtaukset siirsivät lämpöä vesikerroksessa alaspäin sulattaen lisää jäätä. Mallilla laskettiin myös sinisen jään tilannetta 50 vuotta eteenpäin, siten että ilman lämpötila kasvoi 1.5 astetta sinä aikana. Tämä johti sulamisveden lisääntymiseen. Painettu: Helsinki: Yliopistopaino, 2009

The project ’Seasonal Snow in Antarctica’ was set up to measure the physical properties of Antarctic snow cover in 1999-2001. The present document is the project data report. An introduction is given of the project, descriptions of the experiments are made, and the data obtained by the scientists in the different working groups during the two expeditions to Antarctica are described.