Applicability of characterized variance and ecosystem interactions in water quality monitoring

Spatial and temporal variation within water bodies causes uncertainties in freshwater monitoring programmes that are surprisingly seldom perceived. This poses a major challenge for the representative sampling and subsequent assessment of water bodies. The sources of variability in lakes are relatively well known. The majority of them produce consistent patterns in water quality that can be statistically described. This information can be used in calibrating the sampling intervals, locations and monitoring methods against the typical variation in a water body as well as the accuracy requirements of monitoring programmes. Similarly, understanding of ecosystem history and functioning in different states can help in contextualizing the collected data. Specifically, studies on abrupt transitions and the interactions involved produce a framework against which recent water quality information can be compared. This thesis research aimed to facilitate water quality monitoring by examining 1) feasible statistical tools to study spatial and temporal uncertainty associated with sampling efforts, 2) the characteristics of variation and 3) ecosystem interactions in different states. Research was conducted at Lake Vesijärvi, southern Finland. Studies of uncertainty utilized data-rich observations of surface water chlorophyll a from flow-through, automated and remote sensing systems. Long-term monitoring information of several trophic levels was used in the analysis of ecosystem interactions. Classical sample size estimates, bootstrap methodology, autocorrelation and spatial standard score analyses were used in spatio-temporal uncertainty analysis. A general procedure to identify abrupt ecosystem transitions was applied in order to characterize lake interactions in different states. The results interlink variability at the study site with information required in sampling design. Sampling effort estimates associated with the spatial and temporal variance were used to derive precision information for summary statistics. The structure of the variance illustrated with an autocorrelation model revealed the low spatial representativeness of discrete sampling in the study area. A generalized autocorrelation model and its parameters from the monitoring area were found applicable in sampling design. Furthermore, areas with constantly higher chlorophyll a concentrations, which had an effect on the water quality information derived with remote sensing, were identified from the study area. Characterization of the interactions between the main trophic levels in different ecosystem states revealed the key role of zooplankton in maintaining the current state as well as the resilience of the studied pelagic ecosystem. The results are brought into a broader context by discussing the applicability of presented methods in sampling design of water quality monitoring programmes. According to this thesis research, sampling design in individual monitoring regimes would benefit from the characterization of variance and subsequent uncertainty analysis of different data sources. This approach allows the calibration of sampling frequency and locations on the observed variance, as well as a quantitative comparison between the abilities of different monitoring methods. The derived precision information also supports the joint use of several monitoring methods. Furthermore, analysis of long-term records can reveal the key elements of freshwater ecosystem functioning and how it has responded to earlier pressures, to which recent monitoring data can be compared. This thesis thus highlights analysis of the variance and history of the monitored system in developing a rationalized and adaptive monitoring programmeJärvien vedenlaadun alueellisen ja ajallisen vaihtelun seurantatietoon aiheuttama virhe ei useinkaan ole tarkasti määritetty. Alueellista ja ajallista vaihtelua aiheuttavat tekijät tunnetaan kuitenkin varsin hyvin. Näistä useimmat tuottavat vedenlaatuun tyypillisiä muutoksia, joita pystytään kuvaamaan tilastollisesti. Tilastollinen kuvaaminen auttaa seurannan suunnittelussa esimerkiksi mahdollistamalla näytemäärien ja näytteenottopaikkojen sekä niihin liittyvien epävarmuuksien arvioinnin. Vastaavasti järven historian tunteminen ja ekosysteemin toiminnan kuvaaminen sen eri vaiheissa auttavat nykytilanteesta kerätyn tiedon tulkinnassa. Tämän väitöskirjatyön tarkoituksena oli kehittää vedenlaadun seurantaa tutkimalla 1) tilastollisia työvälineitä, joilla voidaan arvioida näytekoon vaikutusta alueellisen ja ajallisen vaihtelun tuomaan epävarmuuteen, 2) järvelle tyypillistä vaihtelua tukemaan vedenlaadun seurantaa sekä 3) ekosysteemin eri trofiatasojen vuorovaikutuksia sen tunnistetuissa tasapainotiloissa. Tutkimusaineisto kerättiin Etelä-Suomessa sijaitsevalta Lahden Vesijärveltä. Tutkimuksessa hyödynnettiin läpivirtaus- ja automaattimittauksia sekä kaukokartoitusta, eli menetelmiä, joilla vedenlaadun vaihtelua voidaan mitata tiheästi. Tilastollisina menetelminä käytettiin klassista näytemääräyhtälöä, autokorrelaatioanalyysia, bootstrap-menetelmää ja normalisoitua alueellisen vaihtelun tunnistamista. Lisäksi ekosysteemin vuorovaikutusten tutkimuksessa hyödynnettiin järven pitkäaikaisseurannan havaintoja usealta eri trofiatasolta. Tässä osassa käytettiin viisiosaista lähestymistapaa ekosysteemin tilassa tapahtuneiden äkillisten muutosten tunnistamiseen. Tutkimuksen tulosten avulla voidaan järvelle tyypillinen vedenlaadun vaihtelu liittää seurannan suunnitteluun. Tunnistamalla järvelle tyypillinen alueellinen ja ajallinen vaihtelu voidaan arvioida näytekoon ja -paikkojen vaikutusta kerätyn tiedon epävarmuuteen. Autokorrelaation avulla kuvattu alueellisen vaihtelun rakenne paljasti pistemäisten mittausten heikon alueellisen edustavuuden. Lisäksi yleisen autokorrelaatiomallin todettiin olevan hyödyllinen seurantojen suunnittelussa. Tutkimusjärveltä tunnistettiin myös alueita, joilla vedenlaatu on tyypillisesti muita alueita huonompi. Nämä rantojen lähellä olevat alueet vaikuttivat kaukokartoitusmittausten alueelliseen edustavuuteen tutkimusjärvellä. Järven eri trofiatasojen välisten vuorovaikutusten kuvaaminen ekosysteemin historiassa paljasti eläinplanktonin aiemmin luultua suuremman merkityksen järven nykyisen tilan ja resilienssin ylläpidossa. Tutkimuksen lopuksi pohditaan esitettyjen tulosten yleisempää käyttöä vedenlaadun seurantojen suunnittelussa. Tutkimuksen tulosten mukaan näytteenoton suunnittelu hyötyy seuranta-alueen vaihtelun kuvaamisesta ja eri tietolähteiden epävarmuusanalyysistä. Näiden avulla voidaan järkiperäistää näytemääriä ja -paikkoja. Vaihtelun kuvaamista voidaan myös käyttää alueelle parhaiten sopivien seurantamenetelmien valinnassa ja mahdollistaa niiden yhteiskäytön. Pitkiä aikasarjoja analysoimalla voidaan tuottaa tietoa vesiekosysteemin toiminnasta, ja siitä miten järvi on aiemmin vastannut siihen kohdistuneisiin paineisiin. Tämän avulla kerätty tieto voidaan paremmin liittää ekosysteemin toimintaan. Yleisesti tutkimuksen tulokset korostavat seuranta-alueen vaihtelun ja historian analysoinnin merkitystä vedenlaadun seurannan kehittämisessä

Jugulotympanic paragangliomas in southern Finland : a 40-year experience suggests individualized surgical management

Treatment of jugulotympanic paragangliomas (JTPGLs) remains challenging with no clear guidelines for management or follow-up. The aim of this retrospective case-note study was to assess long-term results of operatively and conservatively managed JTPGLs between years 1974-2013. A total of 36 patients with JTPGLs were identified. Clinical characteristics and management outcomes of patients were reviewed. Data were extracted on demographics, symptoms, timing of diagnosis, tumor location and size, embolization, and management, including pre- and post-operative imaging, analysis of operative techniques, and follow-up. Pulsatile tinnitus and hearing loss were the most common presenting symptoms. Thirty-four (94 %) patients were treated with primary surgical therapy and two (6 %) with radiotherapy. The surgical approaches included endaural approach for Fisch Class A tumors and a variety of approaches for Fisch Class B-D tumors with an increasing predilection for function-preserving surgery. Eight (24 %) patients received subtotal resection. Five (15 %) patients had a local recurrence within 10 years after primary surgery. Two (6 %) patients suffered a permanent cranial nerve (CN) deficit after primary surgery. We advocate radical surgery when tumor resection is possible without compromising CNs. Function-preserving surgery with at least a 10-year follow-up for Fisch Class B-D tumors should be considered if CNs are in danger.Peer reviewe

Avoin ympäristötieto – yhteistyön kehittäminen vesistöjen seurannassa. Järvien vedenlaatupalvelu -hankkeen loppuraportti

Julkisten tietovarantojen mahdollisimman tehokkaan käytön on katsottu tuottavan uutta tietoa ja palveluita sekä lisäävän hyvinvointia. Kerätyn ympäristötiedon heikko hyödyntäminen yritystoiminnassa on kuitenkin jo pitkään tiedossa ollut ongelma. Syitä tähän voi etsiä ympäristötiedon epäkaupallisesta luonteesta, sen keräämistavoista ja saatavuudesta tai esimerkiksi julkisen sektorin vahvasta roolista toimialalla. Järvien vedenlaatupalvelu -hankkeessa (Tekes, 2009-2012) haluttiin edistää julkisen tiedon hyödyntämistä yksityisellä sektorilla sekä kehittää yhteistyötä eri toimijoiden välillä. Lähtökohtana oli paikallisen tutkimusinfrastruktuurin kehittäminen niin, että eri lähteistä kerätty vedenlaadun mittaustieto olisi tietokannan kautta helposti yritysten käytettävissä. Lisäksi hankkeessa tutkittiin eri käyttäjien tarpeita vedenlaatutiedolle, kehitettiin menetelmiä tiedon tarkkuuden parantamiseksi sekä luotiin muun muassa lyhyen aikavälin ennustemalleja. Konkreettinen tulos oli myös uuden “jokamiehen” vedenlaadun mittalaitteen kehittäminen. Tämä esimerkiksi matkapuhelimen kameran käyttöön perustuva mittalaite tuo uusia mahdollisuuksia edullisen vedenlaatutiedon keräämiseen, kansalaishavainnointiin ja samalla myös erilaiseen liiketoimintaan. Julkiseen ympäristötietoon perustuvaa liiketoimintaa pohdittiin kahdessa työpajassa. Työpajoissa keskusteltiin siihen liittyvistä haasteista ja mahdollisuuksista sekä myös ideoitiin uusia julkiseen ympäristötietoon perustuvia liiketoimintamahdollisuuksia. Tässä julkaisussa pohditaan julkisen ja yksityisen sektorin yhteistyön mahdollisuuksia Järvien vedenlaatupalvelu -hankkeen tulosten pohjalta

State-of-the Art Study in Citizen Observatories : Technological Trends, Development Challenges and Research Avenues

Citizen science has rapidly spread in the last decades around the world as a genuine interactive and inclusive opportunity for engaging citizens in the continuous collection of data relevant for science, governance, businesses, communal living and individual concerns. The present–day abundance of ICT technologies has caused the proliferation of two data collection methods in this field: participatory (user-centric) and opportunistic (device-centric). As a result, citizen observatories have become big data systems, with large scale volumes of data that come and go to millions of users.; about any social or environmental phenomenon (e.g. transit, air or weather) and comes in different formats (e.g. XML, Plain Text, CSV) and through different platforms (e.g. websites, mobile apps, sensor networks). This study reviewed the last 10 years of citizen science literature through a systematic literature review. This study identified 108 citizen observatories, which were deeply studied and clustered to identify global and European trends in environmental applications, practices, engagement techniques and technology uses. Challenges and recommendations from the literature in the field were classified to understand the common present and future path for the discipline. Furthermore, a survey and interviews were applied to stakeholders in Finland to gain broader understanding of the field country–wise. This study, provides the first comprehensive insight of the broad scale of contemporary ICT enabled citizen observatories in social and environmental dimensions

Sources and sinks of greenhouse gases in the landscape : Approach for spatially explicit estimates

Climate change mitigation is a global response that requires actions at the local level. Quantifying local sources and sinks of greenhouse gases (GHG) facilitate evaluating mitigation options. We present an approach to collate spatially explicit estimated fluxes of GHGs (carbon dioxide, methane and nitrous oxide) for main land use sectors in the landscape, to aggregate, and to calculate the net emissions of an entire region. Our procedure was developed and tested in a large river basin in Finland, providing information from intensively studied eLTER research sites. To evaluate the full GHG balance, fluxes from natural ecosystems (lakes, rivers, and undrained mires) were included together with fluxes from anthropogenic activities, agriculture and forestry. We quantified the fluxes based on calculations with an anthropogenic emissions model (FRES) and a forest growth and carbon balance model (PREBAS), as well as on emission coefficients from the literature regarding emissions from lakes, rivers, undrained mires, peat extraction sites and cropland. Spatial data sources included CORINE land use data, soil map, lake and river shorelines, national forest inventory data, and statistical data on anthropogenic activities. Emission uncertainties were evaluated with Monte Carlo simulations. Artificial surfaces were the most emission intensive land-cover class. Lakes and rivers were about as emission intensive as arable land. Forests were the dominant land cover in the region (66%), and the C sink of the forests decreased the total emissions of the region by 72%. The region's net emissions amounted to 4.37 +/- 1.43 Tg CO2-eq yr(-1), corresponding to a net emission intensity 0.16 Gg CO2-eq km(-2) yr(-1), and estimated per capita net emissions of 5.6 Mg CO2-eq yr(-1). Our landscape approach opens opportunities to examine the sensitivities of important GHG fluxes to changes in land use and climate, management actions, and mitigation of anthropogenic emissions. (C) 2021 The Authors. Published by Elsevier B.V.peerReviewe

Hyviä kokemuksia eteisvärinän seulonnasta kotihoidossa

Pirkanmaalla kotihoidon toteuttama eteisvärinän seulonta osoittautui pilottitutkimuksessa ­onnistuneeksi

Satellite-assisted monitoring of water quality to support the implementation of the Water Framework Directive

The EU Water Framework Directive1 (WFD) is an ambitious legislation framework to achieve good ecological and chemical status for all surface waters and good quantitative and chemical status for groundwater by 2027. A total of 111,062 surface waterbodies are presently reported on under the Directive, 46% of which are actively monitored for ecological status. Of these waterbodies 80% are rivers, 16% are lakes, and 4% are coastal and transitional waters. In the last assessment, 4% (4,442) of waterbodies still had unknown ecological status, while in 23% monitoring did not include in situ water sampling to support ecological status assessment2. For individual (mainly biological) assessment criteria the proportion of waterbodies without observation data is much larger; the full scope of monitoring under the WFD is therefore still far from being realised. At the same time, 60% of surface waters did not achieve ‘good’ status in the second river basin management plan and waterbodies in Europe are considered to be at high risk of having poor water quality based on combined microbial, physical and physicochemical indicators3

Elvytysohjekortti ensiauttajayksiköille

Opinnäytetyömme tarkoituksena oli tuottaa elvytysohjekortti Päijät-Hämeen pelastuslaitoksen ensiauttajayksiköille. Tuotetun ohjekortin tehtävänä on tukea ja edistää turvallista ja laadukasta elvytystä, kun hälytetyssä kohteessa on ainoastaan ensiauttajayksikkö. Opinnäytetyön menetelmänä on käytetty tuotekehitysprosessin eri vaiheita, joista luonnostelu-, kehittely- ja viimeistelyvaiheet olivat pääosissa. Tavoitteenamme oli tuottaa ensiauttajille käyttökelpoinen ja valmis tuote, jolla koko PäijätHämeen pelastuslaitoksen alueen ensiauttajat pystyvät kehittämään ja tuottamaan tasokasta sekä keskeytyksetöntä elottoman potilaan hoitoa niin, että kaikki oleelliset elvytykseen liittyvät toimenpiteet tulevat suoritetuiksi. Tällä opinnäytetyöllä halusimme myös lisätä potilaiden selviytymismahdollisuuksia elvytyksen avulla koko pelastuslaitoksen toimintaalueella. Työmme teoreettinen viitekehys koostuu ensihoitojärjestelmästä elottoman potilaan hoidossa, elvytyksestä ja ohjekortista. Ohjekorttia työstettiin yhdessä toimeksiantajan kanssa, jolla oli selvä näkemys kortin sisällöstä. Ennen viimeistelyvaihetta, alueen ensiauttajat pääsivät testaamaan tuotetta kolmessa toimeksiantajan järjestämässä elvytysharjoituksessa. Harjoitusten yhteydessä ensiauttajille annettiin mahdollisuus antaa palautetta palautelomakkeen muodossa. Lomakkeen suljetuilla ja avoimilla kysymyksillä selvitettiin tulevien käyttäjien mielipiteitä ja kokemuksia ohjekortin sisällöstä, ulkoasusta ja käytettävyydestä. Samalla kartoitettiin mahdollisia kehittämistarpeita. Vastaukset analysoimme laskemalla kysymysvastausten lukumäärät ja prosenttiosuudet sekä teemoittelemalla avoimet kysymykset. Suljettujen kysymysten perusteella ensiauttajat kokivat ohjekortin hyväksi. Avoimissa kysymyksissä vastaajan oli mahdollisuus kommentoida vapaasti tuotetta. Vastausten perusteella ohjekortti oli selkeä, yksinkertainen ja nopeakäyttöinen. Annettujen kehitettävien palautteiden perusteella ohjekorttia viimeisteltiin lopulliseen muotoon. Tuotettu kaksipuoleinen elvytysohjekortti sisältää kahden, kolmen ja neljän hengen vahvuisten ensiauttajayksikköjen toimintamallit elvytyksen aikana. Lisäksi kortista löytyy elvytysjohtajalle tarkoitettu oma osionsa. Tulevaisuudessa ensiauttajayksiköille voisi tuottaa ohjeet erilaisten elottomien potilaiden hoitoon tai tutkia ensiauttajayksiköiden tietotaitoja elvytyksestä.The purpose of this thesis was to produce a direction card to the first response units in Päijät-Häme rescue services. The mission of this product is to support and further safe and quality resuscitation when there is only one first response unit at the target. Product will work as a memory support in emergency situations. It is developed using a product development process. The main phases of the project were design phase, development phase and finishing phase. The aim of this product was to produce a direction card, which can be used in Päijät-Häme rescue services. This way they can develop and produce high level and nonstop resuscitation where all necessary maneuvers are accomplished. We wanted to increase survival possibilities of resuscitation in Päijät-Häme rescue services area. The background theory consists of emergency service of a lifeless patient, resuscitation and the criteria of a good direction card. The direction card was produced with the commissioner who has a clear vision about the product. The first responses got to test the product in three resuscitation trainings by the principal before the finishing phase. After testing the product, the first responses were given a possibility to give feedback with a simple questionnaire about content, layout and usability. The questions were open and closed and the answers were analyzed by calculated answers and organized themes. According to closed answers, the first responses thought that the direction card is usable. The first responses had a possibility to give open feedback about the product and in their opinion the product was clear, simple and quick to use. The direction card was finished according to the feedback. The two-sided direction card has essential models of resuscitation for two, three and four-person first response units. Besides the card has directions to the leader of the resuscitation. In future directions about different types of resuscitation could be produced for the first response or their know-how about resuscitation could be researched