The aim of this study is to investigate how well the wind stress is described in the regional climate model RCA (Rossby Centre Atmospheric model). The model data is compared with measurements taken at Östergarnsholm, an island located east of Gotland in the Baltic Sea. The investigation covers the period October 1997 to September 2000. Compared with the measurements RCA underestimates the wind speed over ocean in most cases. When the wind speed is studied in monthly mean it was found that the wind speed is consistently underestimated in the model, especially during summer and early winter. The wind stress is also underestimated during the year except during late winter and in October when it is overestimated. When wind speed from the model and measurements were studied it was found that lower wind speed is overestimated in the model. This contributes to overestimation of the wind stress for lower wind speeds. For higher wind speeds both wind speed and wind stress is underestimated in RCA. If the model would have a correct wind speed the wind stress would be overestimated with 20-30 % for all wind speeds compared to the measured. This is probably due to miscalculations of wind stress in the model. RCA fail to capture the stability in a satisfactory way. The model describes most of the times a different stratification than the measurements do. Separate studies over modeled and measured wind speed and wind stress was made. RCA is found to represent stable condition well. During unstable stratification modeled wind speed and wind stress are underestimated. Investigation of the measured wave age shows that the model underestimates both wind speed and wind stress for growing sea and mature sea. For the situations when the measured wave age was defined as swell the model overestimated wind speed and wind stress.2 / Den här studien tar upp hur väl friktionen över havsytan beskrivs i den regionala klimatmodellen RCA (Rossby Centre Atmospheric model). Modelldata jämförs med mätningar gjorda på Östergarnsholm, en ö belägen öster om Gotland i Östersjön. Studien spänner över tidsperioden oktober 1997 till september 2000. RCA underskattar i många fall vindhastigheten på 10 m över havsytan jämfört med mätningarna. Då månadsmedelvärden studeras visar det sig att modellen genomgående underskattar vindhastigheten, särskilt på sommaren och på vintern. Friktionen överskattas under sen vinter och för oktober månad. För alla andra månader underskattas friktionen. Studier över vindhastigheterna visar på att de lägre vindhastigheterna överskattas i modellen. Detta bidrar till överskattning av friktionen för de lägre vindhastigheterna. För högre vindhastigheter underskattar RCA vindhastigheterna och därmed även friktionen. Om modellen skulle ge en korrekt vindhastighet skulle resultatet istället visa på en överskattning av friktionen med 20-30 % för alla vindhastigheter. Detta beror troligen på felaktigheter i beräkningen av friktionen i modellen. Stabiliteten visar sig vara dåligt beskriven i RCA. I de flesta fall är skiktningen i modellen och mätningarna helt olika. Jämförelser mellan separata studier mellan modelldata och mätningar visar att vindhastigheten och friktionen beskrivs bra under stabila förhållanden, men i samband med instabil skiktning underskattas vindhastigheten och friktionen i modellen. Studier över den uppmätta vågåldern visar att modellen underskattar både vindhastigheten och friktionen för växande och fullvuxen sjö. Då det råder dyning överskattar modellen både vindhastigheten och friktionen.

The Carbon dioxide (CO2) concentration in the atmosphere has increased dramatically since the start of the industrialisation. The effects that the increase of CO2 has on the future climate are still not fully investigated. CO2 in the atmosphere contributes to the, for all life on earth, necessary greenhouse effect. It is confirmed that higher CO2 concentration in the atmosphere increases the green house effect, which results in higher temperature. The main source to the increase of CO2 is burning of fossil fuels. The change in land use is also a contribution to the increase of the CO2 concentration in the atmosphere. The largest sinks of CO2 are organic consumption and oceanic uptake. The organic consumption of CO2 varies a lot at higher latitudes due to the difference in vegetation between the seasons. During the warmer seasons the consumption of CO2 is large and during the winters the consumptions of CO2 is practically zero. The ocean uptake of CO2 varies also a lot during the year because the CO2 dissolves more easily in cold water. The purpose of this study is to analyse CO2 concentration and air-sea fluxes of CO2 measured at Östergarnsholm, a small flat island east of Gotland in the Baltic Sea, and compare the results to previous studies. The CO2 concentration data was collected between 1997 – 1999 and 2001 – 2003. The CO2 flux data was collected between 2001 and 2003. The analysis of the CO2 concentration showed that for the period 1997 to 1999, the CO2 concentration at Östergarnsholm was lower than for the reference series from a Polish site in the Baltic Sea. A correction was made by adding 27 ppm to the Östergarnsholm series. The annual fluctuations of CO2 concentration at Östergarnsholm are significant (about 40 ppm). During the summer 1998, the expected decrease was not as large as it should be because of the El Niño outbreak 97/98 and the locally cold and rainy summer. The direct measured CO2 fluxes were corrected with the well known Webb correction before they were analysed. The CO2 fluxes are wind dependant – higher wind speed give higher CO2 flux. The CO2 fluxes are also dependant of the difference in partial pressure between the air and the water. Parameterised CO2fluxes were calculated and compared to the direct measured CO2 fluxes. The parameterisations use a quadratic as well as a cubic wind dependency. To calculate the parameterised CO2 fluxes, a fixed value of the difference in partial pressure between the air and the water was used because the CO2 in the water was not measured. The parameterised CO2 fluxes wind dependency agreed with the direct measured CO2 fluxes. / Koldioxid(CO2)-koncentrationen i atmosfären har ökat stadigt sen början av industrialiseringen. Effekten som de ökade CO2-halterna kommer ha på framtidens klimat är ännu inte helt utrett. CO2 bidrar till den livsviktiga växthuseffekten. Det är en ökning av växthusgaser, bland annat CO2, som leder till en ökning av växthuseffekten. Ökad växthuseffekt leder till högre temperatur på jorden. Den största ökningen av CO2 i atmosfären beror på förbränning av fossila bränslen. Även förändringen i markanvändning leder till ökade halter av CO2. De största sänkorna av CO2 är den organiska konsumtionen av CO2 och havens upptag av CO2. Den organiska konsumtionen av CO2 varierar mycket under året och är som störst under de varmare månaderna. Havens upptag av CO2 varierar också mycket under året eftersom havens förmåga att lösa CO2 beror på vattnets temperatur. Syftet med den här studien är att analysera CO2-koncentrationen och CO2-flödena mellan hav och luft på Östergarnsholm, en liten, låg ö öster om Gotland. Resultaten jämförs med tidigare studier. CO2-koncentrationsdata samlades in mellan 1997 – 1999 och 2001 – 2003. CO2-flödesdata samlades in mellan 2001 och 2003. Analysen av CO2-koncentrationen visar att under perioden 1997 till 1999 är CO2- halterna för låga på Östergarnsholm. En korrektion gjordes genom att lägga till 27 ppm till de uppmätta CO2-halterna. Årsvariationerna av CO2-halterna är mycket tydliga men sommaren 1998 sjunker inte CO2-halten till så låga värden som de borde vara. Att CO2-halterna inte sjönk mer beror dels på El Niño-utbrottet 97/98 och dels på den lokalt kalla och regniga sommaren. De direkt mätta CO2-flödena korrigerades med hjälp av den välkända Webbkorrektionen innan de analyserades. CO2-flödena är beroende av vindhastigheten – högre vindhastighet ger högre CO2-flöden. CO2-flödena beror också på skillnaden i CO2-halt mellan luften och havet. Parameteriserade CO2-flöden beräknades och jämfördes med de direkt mätta CO2-flödena. De parameteriserade CO2-flödena beräknas antingen med kvadratiskt eller kubiskt vindberoende. För att beräkna parameteriserade CO2-flöden användes ett fast värde på skillnaden i CO2-halt mellan luften och vattnet eftersom CO2-halten i vattnet inte mäts. De parameteriserade CO2- flödenas vindberoende stämde överrens med de direkt mätta CO2-flödena.

This project is aimed at developing a model for an off-grid microgrid by studying the wind and solar resource at Östergarnsholm, an island to the east of Gotland, Sweden. For the required consumption, a study and analysis of Herrvik’s local demand has been made which is a village close to the island and the possibility for implementing the microgrid to supply electricity to the inhabitants of Herrvik has been examined. Renewable resource is paired with batteries for mitigating intermittency and using a generator running on biofuel is proposed during hours with no wind and sun.The data for wind and solar resource is obtained from Department of Earth Sciences, Uppsala University and household load is estimated for a typical detached Swedish house from a study funded by International Energy Agency. Microgrid is modelled and simulated in MATLAB and the simulation results show that the proposed microgrid can provide 100% availability for local load. Results also show that not only the inhabitants of the village can have their independent electricity supply for the whole year, but the excess electricity can also be used to desalinate the seawater at Herrvik’s desalination plant for around 90% of the time during the year.

<p>Knowledge of the turbulent fluxes at the sea surface is important for understanding the interaction between atmosphere and ocean. With better knowledge, improvements in the estimation of the heat exchange coefficients can be made and hence models are able to predict the weather and future climate with higher accuracy.</p><p>The exchange coefficients of latent and sensible heat during stable stratification vary in the literature. Therefore it is necessary to investigate the processes influencing the air-sea exchange of water vapour and heat in order to estimate these values. With measurements from a tower and a directional waverider buoy at the site Östergarnsholm in the Baltic Sea, data used in this study have been sampled from the years 2005-2007. This site represents open-ocean conditions during most situations when the wind comes from the south-east sector. The neutral exchange coefficients, CEN and CHN, have been calculated along with the non-dimensional profile functions for temperature and wind to study the dependence of stability and other parameters of relevance.</p><p>It was found that CEN increased slightly with wind speed and reached a mean value of approximately 1.45×10-3. The highest values of CEN were observed during near neutral conditions and low wave ages. CHN attained a mean value of approximately 0.77×10-3 and did not show any relation to wind speed or to wave age. No significant dependence with wind or wave direction could be shown for either CEN or CHN in the sector 80-220°. The stability correction, performed to reduce the dependence on stratification for CEN and CHN, was well performed for stabilities higher than 0.15. The stability is represented by a relationship between the height and the Obukhov-length (z/L).</p><p>Validity of the non-dimensional profile functions for temperature and wind showed that, for smaller stabilities, these functions gave higher values than the corresponding functions recommended by Högström (1996). The profile funtions for temperature was shown to have a larger scatter while the profile functions for wind was less scattered and deviated more from the functions given by Högström</p> / <p>Kunskap om turbulenta flöden i det marina gränsskiktet är viktigt för att förstå växelverkan mellan atmosfär och hav. Med bättre kunskap kan förbättringar i bestämningen av utbyteskoefficienterna för latent och sensibelt värme erhållas. Det medför att modeller kan prognostisera väder och framtida klimat med högre noggrannhet.</p><p>Utbyteskoefficienterna för latent och sensibelt värme har för stabil skiktning olika värden i litteraturen. Detta gör det nödvändigt att undersöka de processer som påverkar utbytet av vattenånga och värme mellan luft och hav för att kunna bestämma dessa värden. Data som har använts i den här studien insamlades mellan år 2005 och 2007 från en boj och ett torn vid mätplatsen Östergarnsholm i Baltiska havet. För det flesta situationer, när vinden blåser från syd-ost, representerar mätplatsen ett förhållande likvärdigt det över öppet hav. De neutrala utbyteskoefficienterna, CEN och CHN, och de dimensionslösa profilfunktionera för temperatur och vind, och , har beräknats för att studera beroendet av stabilitet samt andra relevanta parametrar.</p><p>Beräkningarna visade att CEN ökade något med vindhastighet och hamnade på ett medelvärde av ungefär 1.45×10-3. De högsta värdena på CEN observerades vid nära neutrala förhållanden och låga vågåldrar. CHN uppmättes till att ha ett medelvärde på ungefär 0.77×10-3 och uppvisade inget beroende med vindhastighet eller vågålder. Inget märkbart beroende med vind- eller vågriktning kunde visas för CEN eller CHN i sektorn 80-220°. Stabilitetskorrektionen, utförd för att reducera beroendet av atmosfärens skiktning för CEN och CHN, var bra för stabiliteter högre än 0.15. Stabiliteten representeras av förhållandet mellan höjden och Obukhov-längden (z/L).</p><p>Utvärdering av de dimensionslösa funktionerna för temperatur och vind visade att dessa funktioner, för små stabiliteter, gav högre värden än motsvarande funktioner som rekommenderas av Högström (1996). Värdena på profilfunktionerna för temperatur hade större spridning än värdena på profilfunktionerna för vind och avvek mer från funktionerna givna av Högström.</p>

Knowledge of the turbulent fluxes at the sea surface is important for understanding the interaction between atmosphere and ocean. With better knowledge, improvements in the estimation of the heat exchange coefficients can be made and hence models are able to predict the weather and future climate with higher accuracy. The exchange coefficients of latent and sensible heat during stable stratification vary in the literature. Therefore it is necessary to investigate the processes influencing the air-sea exchange of water vapour and heat in order to estimate these values. With measurements from a tower and a directional waverider buoy at the site Östergarnsholm in the Baltic Sea, data used in this study have been sampled from the years 2005-2007. This site represents open-ocean conditions during most situations when the wind comes from the south-east sector. The neutral exchange coefficients, CEN and CHN, have been calculated along with the non-dimensional profile functions for temperature and wind to study the dependence of stability and other parameters of relevance. It was found that CEN increased slightly with wind speed and reached a mean value of approximately 1.45×10-3. The highest values of CEN were observed during near neutral conditions and low wave ages. CHN attained a mean value of approximately 0.77×10-3 and did not show any relation to wind speed or to wave age. No significant dependence with wind or wave direction could be shown for either CEN or CHN in the sector 80-220°. The stability correction, performed to reduce the dependence on stratification for CEN and CHN, was well performed for stabilities higher than 0.15. The stability is represented by a relationship between the height and the Obukhov-length (z/L). Validity of the non-dimensional profile functions for temperature and wind showed that, for smaller stabilities, these functions gave higher values than the corresponding functions recommended by Högström (1996). The profile funtions for temperature was shown to have a larger scatter while the profile functions for wind was less scattered and deviated more from the functions given by Högström / Kunskap om turbulenta flöden i det marina gränsskiktet är viktigt för att förstå växelverkan mellan atmosfär och hav. Med bättre kunskap kan förbättringar i bestämningen av utbyteskoefficienterna för latent och sensibelt värme erhållas. Det medför att modeller kan prognostisera väder och framtida klimat med högre noggrannhet. Utbyteskoefficienterna för latent och sensibelt värme har för stabil skiktning olika värden i litteraturen. Detta gör det nödvändigt att undersöka de processer som påverkar utbytet av vattenånga och värme mellan luft och hav för att kunna bestämma dessa värden. Data som har använts i den här studien insamlades mellan år 2005 och 2007 från en boj och ett torn vid mätplatsen Östergarnsholm i Baltiska havet. För det flesta situationer, när vinden blåser från syd-ost, representerar mätplatsen ett förhållande likvärdigt det över öppet hav. De neutrala utbyteskoefficienterna, CEN och CHN, och de dimensionslösa profilfunktionera för temperatur och vind, och , har beräknats för att studera beroendet av stabilitet samt andra relevanta parametrar. Beräkningarna visade att CEN ökade något med vindhastighet och hamnade på ett medelvärde av ungefär 1.45×10-3. De högsta värdena på CEN observerades vid nära neutrala förhållanden och låga vågåldrar. CHN uppmättes till att ha ett medelvärde på ungefär 0.77×10-3 och uppvisade inget beroende med vindhastighet eller vågålder. Inget märkbart beroende med vind- eller vågriktning kunde visas för CEN eller CHN i sektorn 80-220°. Stabilitetskorrektionen, utförd för att reducera beroendet av atmosfärens skiktning för CEN och CHN, var bra för stabiliteter högre än 0.15. Stabiliteten representeras av förhållandet mellan höjden och Obukhov-längden (z/L). Utvärdering av de dimensionslösa funktionerna för temperatur och vind visade att dessa funktioner, för små stabiliteter, gav högre värden än motsvarande funktioner som rekommenderas av Högström (1996). Värdena på profilfunktionerna för temperatur hade större spridning än värdena på profilfunktionerna för vind och avvek mer från funktionerna givna av Högström.