Climate Forcings on Groundwater Variations in Utah and the Great Basin

Groundwater levels over northern Utah have undergone a declining trend since the 1960’s. This trend has made apparent the need to understand the relationship between climate and groundwater resources. Such necessary information is already in dire need in places such as California. At the close of 2013, California had experienced its driest year in recorded history, with severe drought continuing for the foreseeable future. Utah is the second driest state in the U.S., and therefore has been paying close attention to California’s current water crises. Water resource projections may prove to be one of the most vital pieces of information toward securing adequate water for those who are currently enduring such water shortages. In order to accomplish the initial research necessary for developing a fundable proposal, we requested support from the Utah State University Research Catalyst Grant to (a) evaluate a state-of-the-art climate model (its ability to assess groundwater) against statewide groundwater wells and operational groundwater models, (b) reduce climate model uncertainties, (c) conduct a study in the form of observational well site evaluations, and (d) develop strategies to effectively disseminate information on Utah’s future groundwater budget to water managers and policy makers. This research is now fully funded externally by the Bureau of Reclamation

Risks and opportunities for a Swiss hydroelectricity company in a changing climate

Anticipating and adapting to climate change impacts on water resources requires a detailed understanding of future hydroclimatic changes and of stakeholders' vulnerability to these changes. However, impact studies are often conducted at a spatial scale that is too coarse to capture the specificity of individual catchments, and, importantly, the changes they focus on are not necessarily the changes most critical to stakeholders. While recent studies have combined hydrological and electricity market modeling, they tend to aggregate all climate impacts by focusing solely on reservoir profitability. Here, we collaborated with Groupe E, a hydroelectricity company operating several reservoirs in the Swiss pre-Alps, and we co-produced hydroclimatic projections tailored to support the upcoming negotiations of their water concession renewal. We started by identifying the vulnerabilities of their activities to climate change; together, we then selected streamflow and electricity demand indices to characterize the associated risks and opportunities. We provided Groupe E with figures showing the projected impacts, which were refined over several meetings. The selected indices enabled us to assess a variety of impacts induced by changes in (i) the seasonal water volume distribution, (ii) low flows, (iii) high flows, and (iv) electricity demand. This enabled us to identify key opportunities (e.g., the future increase in reservoir inflow in winter, when electricity prices have historically been high) and risks (e.g., the expected increase in consecutive days of low flows in summer and fall which is likely to make it more difficult to meet residual flow requirements). We highlight that the hydrological opportunities and risks associated with reservoir management in a changing climate depend on a range of factors beyond those covered by traditional impact studies. This stakeholder-centered approach, which relies on identifying stakeholder's needs and using them to inform the production and visualization of impact projections, is transferable to other climate impact studies, in the field of water resources and beyond

Hydrological modeling to evaluate climate model simulations and their bias correction

Variables simulated by climate models are usually evaluated independently. Yet, climate change impacts often stem from the combined effect of these variables, making the evaluation of intervariable relationships essential. These relationships can be evaluated in a statistical framework (e.g., using correlation coefficients), but this does not test whether complex processes driven by nonlinear relationships are correctly represented. To overcome this limitation, we propose to evaluate climate model simulations in a more process-oriented framework using hydrological modeling. Our modeling chain consists of 12 regional climate models (RCMs) from the Coordinated Downscaling Experiment–European Domain (EURO-CORDEX) forced by five general circulation models (GCMs), eight Swiss catchments, 10 optimized parameter sets for the hydrological model Hydrologiska Byråns Vattenbalansavdelning (HBV), and one bias correction method [quantile mapping (QM)]. We used seven discharge metrics to explore the representation of different hydrological processes under current climate. Specific combinations of biases in GCM–RCM simulations can lead to significant biases in simulated discharge (e.g., excessive precipitation in the winter months combined with a cold temperature bias). Other biases, such as exaggerated snow accumulation, do not necessarily impact temperature over the historical period to the point where discharge is affected. Our results confirm the importance of bias correction; when all catchments, GCM–RCMs, and discharge metrics were considered, QM improved discharge simulations in the vast majority of all cases. Additionally, we present a ranking of climate models according to their hydrological performance. Ranking GCM–RCMs is most meaningful prior to bias correction since QM reduces differences between GCM–RCM-driven hydrological simulations. Overall, this work introduces a multivariate assessment method of GCM–RCMs, which enables a more process-oriented evaluation of their simulations

Viherkesanto maatalousmaan ravinnekuormituksen hallinnassa muuttuvissa ilmasto-oloissa

Ilmaston lämpeneminen ja sademäärän ennustettu kasvu tulevaisuudessa voivat lisätä ravinteidenhuuhtoutumista maatalousmaalta. INCA-N typpimallia (Integrated Nutrients from Catchments – Nitrogenmodel) sovellettiin Savijoen maatalousvaltaisella tutkimusvaluma-alueella ILMASOPUtutkimusprojektissa(katso www.mtt.fi, Tutkimus-Hankehaku-ILMASOPU). Malli laskee veden virtauksensekä epäorgaanisen typen prosessit maaperässä ja jokivedessä. Tutkimuksen tavoitteena oliselvittää mallintamisen keinoin 1) miten ilmastonmuutos vaikuttaa maatalousmaan typpihuuhtoutumaanviljelytoimenpiteiden jatkuessa muuttumattomina ja 2) missä määrin peltomaan viherkesannointivähentää valuma-alueen typpikuormaa nykyilmastossa sekä muuttuneissa ilmasto-oloissa neljän erilaisenilmastoskenaarion perusteella. Savijoki (pinta-ala 15 km2) edustaa Lounais-Suomen tehokkaastiviljeltyjä viljantuotantoalueita.INCA-N mallin hydrologinen osio on aiemmin kalibroitu jaksolle 1981–2000. Tässä tutkimuksessamallin uusin versio kalibroitiin jaksolla 2004–2007 ja mallia testattiin jaksolla 2000–2003. Mallinkalibroinnissa käytettiin vertailutietoina Savijoessa mitattuja virtaama-arvoja sekä nitraatti- ja ammoniumtyppipitoisuuksia.Mallilla lasketut ja havaitut epäorgaanisen typen pitoisuudet Savijoessavastasivat keskimäärin hyvin toisiaan kalibrointi- ja testausjaksoilla. Käytetyt ilmastoskenaariot edustavatjaksoa 2071–2100 ja niiden mukaan vuoden keskilämpötila nousisi 2.8–4.7 ºC ja sadanta kasvaisi10.1–23.6 %. Skenaarioiden mukainen lämpötilan kohoaminen ja sadannan lisääntyminen erityisestitalvella vaikutti voimakkaasti mallinnettuun lumipeitteen ja valunnan jakautumiseen Savijoella. Myöhäissyksynja talven valunta lisääntyi huomattavasti korvaten nykyisen lumen sulamisesta aiheutuvankevätvaluntapiikin.Viljelytoimenpiteiden jatkuminen muuttumattomina tulevissa ilmasto-oloissa aiheutti valumaalueentyppikuorman kasvun n. 46 %:lla (vaihteluväli eri skenaarioilla 29–64 %). Huuhtoutuma lisääntyierityisesti marraskuun ja helmikuun välisellä jaksolla. Huuhtoutuman kasvu johtui mineralisaationkiihtymisestä ja valunnan lisääntymisestä kasvukauden ulkopuolella. Mallitulosten mukaan koko peltoalueenviherkesannointi vähentää valuma-alueen epäorgaanisen typen kuormaa nykyilmastossa n. 50%. Tulevaisuuden ilmastossa vähenemä olisi keskimäärin vain 26 % nykytilan kuormaan verrattuna.Simuloinneissa viherkesantokasvuston typenotto kasvoi keskimäärin 26 % nykytilaan verrattuna. Valunnanja osittain typen mineralisaation lisääntyminen talvikaudella kuitenkin heikensi viherkesannonkykyä vähentää typpikuormitusta.Peltomaan vesitalouden hallintaan on tulevaisuudessa kiinnitettävä entistä enemmän huomiota.Maatalouden typpikuormituksen vähentäminen ilmaston muuttuessa voi vaikeutua entisestään lounaisillaviljelyalueilla, jotka nykyisin kuormittavat Saaristomerta. Intensiivisen maanmuokkauksen korvaaminenpysyvän kasvipeitteen kaltaisilla vaihtoehdoilla on keskeinen toimenpide kuormitusherkilläalueilla

Etiology of acute respiratory disease in fattening pigs in Finland

Background: The objective of our study was to clinically and etiologically investigate acute outbreaks of respiratory disease in Finland. Our study also aimed to evaluate the clinical use of various methods in diagnosing respiratory infections under field conditions and to describe the antimicrobial resistance profile of the main bacterial pathogen(s) found during the study. Methods: A total of 20 case herds having finishing pigs showing acute respiratory symptoms and eight control herds showing no clinical signs suggesting of respiratory problems were enrolled in the study. Researchers visited each herd twice, examining and bleeding 20 pigs per herd. In addition, nasal swab samples were taken from 20 pigs and three pigs per case herd were necropsied during the first visit. Serology was used to detect Actinobacillus pleuropneumoniae (APP), swine influenza virus (SIV), porcine reproductive and respiratory syndrome virus (PRRSV), porcine respiratory coronavirus (PRCV) and Mycoplasma hyopneumoniae antibodies. Polymerase chain reaction (PCR) was used to investigate the presence of porcine circovirus type 2 (PCV2) in serumand SIV in the nasal and lung samples. Pathology and bacteriology, including antimicrobial resistance determination, were performed on lung samples obtained from the field necropsies. Results: According to the pathology and bacteriology of the lung samples, APP and Ascaris suum were the main causes of respiratory outbreaks in 14 and three herds respectively, while the clinical signs in three other herds had a miscellaneous etiology. SIV, APP and PCV2 caused concurrent infections in certain herds but they were detected serologically or with PCR also in control herds, suggesting possible subclinical infections. APP was isolated from 16 (80%) case herds. Marked resistance was observed against tetracycline for APP, some resistance was detected against trimethoprim/sulfamethoxazole, ampicillin and penicillin, and no resistance against florfenicol, enrofloxacin, tulathromycin or tiamulin was found. Serology, even from paired serum samples, gave inconclusive results for acute APP infection diagnosis. Conclusions: APP was the most common cause for acute respiratory outbreaks in our study. SIV, A. suum, PCV2 and certain opportunistic bacteria were also detected during the outbreaks; however, viral pathogens appeared less important than bacteria. Necropsies supplemented with microbiology were the most efficient diagnostic methods in characterizing the studied outbreaks.Peer reviewe

Kustannusarviointi ilmastonmuutokseen liittyvästä toimimattomuudesta (KUITTI)

KUITTI-projektissa arvioitiin ilmastonmuutosriskien suoria ja välillisiä kustannuksia Suomelle, ennakoivan ja reaktiivisen sopeutumisen väliset erot huomioiden. Lisäksi tarkasteltiin ilmastonmuutoksen ja sopeutumisen taloudellisten vaikutusten arvioimiseen tarvittavan tiedon saatavuutta Suomessa sekä tuotettiin katsaus innovaatiotarpeista ja vaihtoehdoista, jotka palvelevat ilmastonmuutokseen sopeutumista. Merkittävimpien ilmastonmuutosvaikutusten tarkastelun perusteella valittiin jatkoanalyysejä varten toimialayhdistelmät, jotka olivat: rakennettu ympäristö erityisesti tulvariskien osalta, sähkönjakeluverkkojen häiriöt sekä erilaiset vaikutukset maa- ja metsätalouden tuotoksiin. Yhdistettyjen ilmasto- ja sosioekonomisten skenaarioiden SSP1-RCP2.6 ja SSP3-RCP4.5 perusteella arvioitiin tulevaisuuden taloudellisia riskitasoja valituille toimialoille sektorimalleilla vuodesta 2020 vuoteen 2070. Mallilaskelmien tulokset syötettiin kansalliseen makrotaloudelliseen malliin, jossa on alueellisia laajennuksia makrotaloudellisten vaikutusten arvioimiseksi. Lisäksi tehtiin kevyt tarkastelu matkailun, tieliikenteen, vesihuollosta sekä terveydenhuollon osalta. Ilmastonmuutoksen vaikutuksia Suomen kansainväliseen kilpailuasemaan analysoitiin globaalilla makrotaloudellisella mallilla. Lopuksi käytiin läpi mahdollisia merkittäviä vaihtoehtoja taloudellisesti kannattaville sopeutumisratkaisuille.Tämä julkaisu on toteutettu osana valtioneuvoston selvitys- ja tutkimussuunnitelman toimeenpanoa.(tietokayttoon.fi) Julkaisun sisällöstä vastaavat tiedon tuottajat, eikä tekstisisältö välttämättä edusta valtioneuvoston näkemystä

Kustannusarviointi ilmastonmuutokseen liittyvästä toimimattomuudesta (KUITTI)

KUITTI-projektissa arvioitiin ilmastonmuutosriskien suoria ja välillisiä kustannuksia Suomelle, ennakoivan ja reaktiivisen sopeutumisen väliset erot huomioiden. Lisäksi tarkasteltiin ilmastonmuutoksen ja sopeutumisen taloudellisten vaikutusten arvioimiseen tarvittavan tiedon saatavuutta Suomessa sekä tuotettiin katsaus innovaatiotarpeista ja vaihtoehdoista, jotka palvelevat ilmastonmuutokseen sopeutumista. Merkittävimpien ilmastonmuutosvaikutusten tarkastelun perusteella valittiin jatkoanalyysejä varten toimialayhdistelmät, jotka olivat: rakennettu ympäristö erityisesti tulvariskien osalta, sähkönjakeluverkkojen häiriöt sekä erilaiset vaikutukset maa- ja metsätalouden tuotoksiin. Yhdistettyjen ilmasto- ja sosioekonomisten skenaarioiden SSP1-RCP2.6 ja SSP3-RCP4.5 perusteella arvioitiin tulevaisuuden taloudellisia riskitasoja valituille toimialoille sektorimalleilla vuodesta 2020 vuoteen 2070. Mallilaskelmien tulokset syötettiin kansalliseen makrotaloudelliseen malliin, jossa on alueellisia laajennuksia makrotaloudellisten vaikutusten arvioimiseksi. Lisäksi tehtiin kevyt tarkastelu matkailun, tieliikenteen, vesihuollosta sekä terveydenhuollon osalta. Ilmastonmuutoksen vaikutuksia Suomen kansainväliseen kilpailuasemaan analysoitiin globaalilla makrotaloudellisella mallilla. Lopuksi käytiin läpi mahdollisia merkittäviä vaihtoehtoja taloudellisesti kannattaville sopeutumisratkaisuille.Tämä julkaisu on toteutettu osana valtioneuvoston selvitys- ja tutkimussuunnitelman toimeenpanoa.(tietokayttoon.fi) Julkaisun sisällöstä vastaavat tiedon tuottajat, eikä tekstisisältö välttämättä edusta valtioneuvoston näkemystä

Climate change impacts on hydrology - informing the design of the modeling chain and supporting adaptation

As climate change continues to perturbate regional hydrology, it has become increasingly necessary for the scientific community to support water management decisions. This responsibility requires an understanding of the impact of climatic and environmental change on future hydrological conditions. Numerical models are the principal tools used to obtain quantitative information on these dynamics. In common practice, multiple models are used in succession, known as a modeling chain. To assess and simulate potential changes to a hydrological regime due to climate change, it is first necessary to acquire climate information for current and future conditions. Emission scenarios are utilized to extend current knowledge of historical greenhouse gas emission data into the future. These scenarios are then used as input to general circulation models (GCMs) to provide information about how Earth system processes are likely going to develop under the influence of climate change. However, the spatial scale of GCMs is too coarse for local-scale impact studies. Thus, regional climate models (RCMs) are used to dynamically downscale climate variables. However, even after downscaling, biases often still exist between the GCM-RCM output and local-scale observational data. Bias correction techniques are therefore employed to reduce these biases, resulting in climate variables that are suitable as input to hydrological models. Hydrological models are then calibrated and used to create projections of streamflow under the influence of climate change. This dissertation delves into the modeling approach to achieve projections of climate change impacts on water resources. An initial study reviewed and summarized the steps to perform a climate change impact analysis as a chapter contribution to the Encyclopedia of Water. The motivation of this encyclopedia chapter was to provide guidance on the modeling chain, which was previously lacking in the literature. Another study introduced a process-based approach to evaluate the performance of climate models and their bias correction. This new approach was based on the concept that climate change impacts are the result of the interactions between variables, which are not considered in typical analyses. Additionally, the sensitivity of the modeling chain was evaluated in two co-authored papers, which showed that discharge projections are not especially sensitive to varying levels of potential evapotranspiration information in arid regions. However, discharge projections were shown to be sensitive to the choice of bias correction method for two glaciated catchments within Switzerland. The choice of bias correction method translated into considerable consequences for the hydrological responses of the catchments, although differences in total streamflow were negligible. The lessons learned from these aforementioned studies were applied in a final study, which aimed to support the decision making of a Swiss hydroelectricity company. Following a user-centered approach, a tailored climate change impact analysis was carried out. This approach allowed for insightful recommendations for climate change adaptation and decision-support regarding their upcoming concession negotiations. This study highlighted the importance of accounting for a stakeholder’s specific needs when designing a climate change impact study

Esiopetus - haaste yhteiskunnalle : kouluun menevien lasten vanhempien ja kuusivuotiaiden toimintaa järjestävien viranomaisten näkemyksiä esiopetuksesta ja sen tulevaisuudesta

Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää esikouluikäisten lasten vanhempien toiveita esiopetuksen sisällöstä sekä heidän ja kuusivuotiaiden toimintaa järjestävien viranomaisten ajatuksia ja mielipiteitä esiopetuksen tulevaisuudesta ja taloudellisista näkymistä.Tutkimuksen ongelmat ovat:1. Minkälaista yhteiskunnan järjestämää esiopetusta porilaiset ja seinäjokiset kuusivuotiaiden lasten vanhemmat toivovat?1.1. Missä esiopetusta pitäisi järjestää ja kuinka monena päivänä viikossa?1.2. Pitäisikö esiopetuksen olla maksullista vai maksutonta?1.3. Pitäisikö esiopetuksen olla pakollista kaikille kuusivuotiaille?1.4. Minkälaista esiopetuksen pitäisi olla sisällöltään?2. Pitäisikö oppivelvollisuusikää alentaa?3. Minkälaiset ovat esiopetuksen taloudelliset näkymät kuusivuotiaiden toimintaa päiväkodeissa ja seurakunnan päiväkerhoissa järjestävien viranomaisten mielestä?4. Minkälaisena lasten vanhemmat ja kuusivuotiaiden toimintaa järjestävät viranomaiset näkevät esiopetuksen tulevaisuuden?Tutkimukseen osallistui 50 porilaista ja 50 seinäjokista päiväkodissa tai evankelis-luterilaisen seurakunnan päiväkerhossa olevan, syksyllä 1994 koulunsa aloittavan lapsen vanhempaa sekä kuusi Porissa tai Seinäjoella kuusivuotiaiden toimintaa päiväkodeissa tai -kerhoissa järjestävää viranomaista. Tutkimusmenetelmänä käytettiin kyselymenetelmää ja teemahaastattelua siten, että vanhempia varten laadittiin Likert-tyyppinen kyselylomake ja viranomaiset osallistuivat teemahaastatteluun.Tutkimuksen tulosten mukaan sekä lasten vanhemmat että kuusivuotiaiden toiminnasta vastaavat viranomaiset pitivät esiopetusta tarpeellisena. Heidän mielestään esiopetuksen pitäisi olla lapsille maksutonta ja vapaaehtoista, mutta kunnille sen järjestämisen pitäisi olla pakollista. Tutkimuksessa mukana olleiden mielestä paras paikka järjestää esiopetusta on päiväkoti ja sopivin esiopettaja on lastentarhanopettaja. Yli puolet (66,3%) vanhemmista oli sitä mieltä, että 2-3 esiopetuskertaa viikossa on riittävä määrä. Viranomaiset painottivat kokonaisvaltaisempaa opettamista, joka tapahtuisi viitenä päivänä viikossa.Tärkeimpänä esiopetuksen sisältöalueena vanhemmat pitivät sosio-emotionaalisten taitojen harjaannuttamista. Tärkeimpinä opittavina taitoina pidettiin sitä, että lapsi oppisi esiopetuksessa noudattamaan annettuja ohjeita ja tulemaan toimeen muiden lasten kanssa. Psyko-motoriselta sisältöalueelta tärkeimpänä vanhemmat pitivät lapsen kädentaitojen, kuten saksilla leikkaamisen, harjaannuttamista. Kognitiiviselta sisältöalueelta tärkeimpänä pidettiin sitä, että lapsi oppisi erottamaan oikean ja vasemman. Oppivelvollisuusiän alentamista kuuteen vuoteen vanhemmat eivät kannattaneet.Sekä vanhemmat että viranomaiset katsoivat valtion talouden huonon tilanteen vaikuttaneen esiopetukseen. Tämä oli heidän mielestään käynyt ilmi mm. esiopetuspaikkojen ja määrärahojen vähenemisenä. Viranomaiset suhtautuivat esiopetuksen tulevaisuuteen ja talodellisiin näkymiin myönteisemmin kuin vanhemmat. Vaikka vanhemmat pitivät esiopetuksen kehittämistä tärkeänä samoin kuin sitä, että kaikki lapset olisivat tasa-arvoisessa asemassa, he kuitenkin pelkäsivät, että säästötoimet ehkäisevät kehitystä. Viranomaisten mukaan säästötoimet eivät tule enää ensisijaisesti kohdistumaan esiopetukseen, sillä sen katsottiin olevan valtakunnallisesti niin ajankohtainen ja tärkeä asia. He olivat sitä mieltä, että lähitulevaisuudessa sekä Porissa että Seinäjoella olisi mahdollisuus järjestää esiopetuspaikka päiväkodeissa kaikille kuusivuotiaille. Kuitenkaan heidän mielestään kaikissa kunnissa, esimerkiksi haja-asutusalueilla ei ole tällaista mahdollisuutta.Viranomaisten mielestä esiopetuksen tulevaisuutta on vaikea ennustaa, sillä siihen vaikuttavat niin monet, valtakunnan tasolla päätettävät asiat. He kuitenkin uskoivat, että esiopetusta tullaan tulevaisuudessa kehittämään ja uskoivat, että vuosituhannen vaihteessa se olisi kouluhallinnon alaista toimintaa.Tutkimuksessa saatujen tietojen perusteella voidaan sanoa, että vanhemmat tarvitsevat lisää tietoa sekä esiopetuksen sisällöistä että merkityksestä. Esiopetuksen asema suomalaisessa koulutusjärjestelmässä tulisi mahdollisimman nopeasti päättää valtakunnallisella tasolla, jotta vuosikymmeniä jatkunut epävarmuus asiasta vihdoinkin päättyisi.Asiasanat: esiopetus, käsitykse