A global climate change may have large impacts on water resources on regional and global scales. General circulation models (GCMs) are the most used tools to evaluate climate-change scenarios on a global scale. They are, however, insufficiently describing the effects at the local scale. This thesis evaluates different approaches of statistical downscaling of precipitation from large-scale circulation variables, both concerning the method performance and the optimum choice of predictor variables. The analogue downscaling method (AM) was found to work well as “benchmark” method in comparison to more complicated methods. AM was implemented using principal component analysis (PCA) and Teweles-Wobus Scores (TWS). Statistical properties of daily and monthly precipitation on a catchment in south-central Sweden, as well as daily precipitation in three catchments in China were acceptably downscaled. A regression method conditioning a weather generator (SDSM) as well as a fuzzy-rule based circulation-pattern classification method conditioning a stochastical precipitation model (MOFRBC) gave good results when applied on Swedish and Chinese catchments. Statistical downscaling with MOFRBC from GMC (HADAM3P) output improved the statistical properties as well as the intra-annual variation of precipitation. The studies show that temporal and areal settings of the predictor are important factors concerning the success of precipitation modelling. The MOFRCB and SDSM are generally performing better than the AM, and the best choice of method is depending on the purpose of the study. MOFRBC applied on output from a GCM future scenario indicates that the large-scale circulation will not be significantly affected. Adding humidity flux as predictor indicated an increased intensity both in extreme events and daily amounts in central and northern Sweden.

Considerable research efforts are made in order to understand the global carbon cycle and how it will affect future climate change and vice versa. To be able to calculate the export of carbon from a certain area, discharge is one of the most important variables together with stream concentrations. Measuring discharge in every catchment would be impossible, as it is both time consuming and expensive. To come around these obstacles, the majority of studies on element export use known discharge data from gauging stations at a single catchment outlet and assumes the same discharge per unit area from nearby catchments, known as the assumption of uniform specific discharge. A few studies in recent years, have come to the conclusion that this questionable assumption can lead to large errors in estimated discharge volumes and it should therefore be reconsidered.This study aims to analyse how the export of elements changes if actual measured variable discharge is applied in comparison to uniform specific discharge. The results of this study shows that the assumption of uniform discharge leads to an overestimation of the export of dissolved organic carbon (DOC), sulphur, calcium and magnesium from forest-dominated catchments by up to 30%. At the same time this assumption leads to an underestimation of export from wetland-dominated catchments by up to 26% over a five year period. / Mycket av forskningen de senaste åren har handlat om framtida klimatförändringar och det globala kolkretsloppet och hur de båda påverkar varandra. För att göra tillförlitliga beräkningar av hur mycket kol ett område, i det här fallet ett barrskogsområde i norra Sverige, tillför vattendragen i närheten under en viss tid skulle det behöva göras vattenståndsmätningar och vattenanalyser vid varje vattendrag, men det skulle vara omöjligt eftersom det är för kostsamt och tidskrävande. För att ändå kunna göra uppskattningar av hur mycket kol, spårämnen och metaller som kommer från ett område, använder de flesta studier information om vattenstånd och ämneskoncentrationen i vattnet från mätningsstationer vid avrinningsområdets utlopp. Samma uppgifter används för att göra beräkningar för det stora området, som för mindre delområden i det. Under de senaste åren har ett antal studier kommit fram till att användandet av data som inte har tagits i direkt anslutning till ett avrinningsområde kan leda till stora fel och kanske borde undvikas.Den här uppsatsen har som syfte att analysera vilka skillnader som uppstår när avrinningsdata från olika delområden används istället för samma data för alla områden. Resultatet av denna studie visar att om man använder samma data för alla områden leder det till att exporten av kol, svavel, kalcium och magnesium från huvudsakligen skogsklädda områden överskattas med upp till 30% och underskattas från områden med mycket våtmarker med upp till 26%.

A forest fire started in the county of Västmanland on the 31st of July in the summer of 2014. As a result of a dry summer and hard winds, the fire rapidly increased in size and came to be the largest fire in modern Swedish history, covering a massive area of 14 000 hectares. Forest fires have been common historically and have occurred on a frequent basis in boreal woods, but due to more effective fire fighting over the years it has been possible to extinguish the majority of the fires before they have been able to increase in size. However, expected changes in the climate such as higher temperatures and less precipitation extend the fire season and large fires may therefore occur more frequently in the future. The aim of this study is to analyse how the discharge alter as result of forest fires and trees felled due to fire damage. SMHI’s model named HYPE was used in order to identify any possible differences in discharge. The model has been developed by SMHI to enable the calculation of discharge in areas where there are no available monitoring stations. It has however never been determined how fire damaged areas should be represented in this model. It was during this project therefore required to calibrate those parameters in the model that supposedly are correlated to the effects of fires. Discharge has been registered by SMHI between 1979 and 1998 in Valsjöbäcken, which is one of the fire-damaged watersheds in 2014. The data was used to calibrate the model for the period before the fire to eliminate any deviations that may have caused existent differences. The results were then evaluated both visually and by utilising the Nash Sutcliffe’s efficiency coefficient. After the fire, the Department of Aquatic Sciences and Assessment at SLU placed a monitor at Valsjöbäcken to register the water depth. Discharge measurements were also performed and used to create a rating curve to convert registered water levels to discharge. As a result of running simulations in HYPE, it was shown that significant alterations had occurred in terms of hydrological attributes in the affected area. The largest differences were noticed during spring flood and wet periods in the late summer and autumn period. It was also shown that the discharge registered after the fire was greater than the discharge calculated by the model. The high discharge during springtime is explained by the fact that the snow melted much faster. Also, the loss of vegetation allowed more precipitation to reach ground level and evaporation was decreased, which led to more water available for discharge in the area. After the fire, the increase in higher water levels in combination with a decrease of the capability for the ground to hold water resulted in a higher discharge. By calibrating the affected parameters, it was possible to see an increase in the Nash Sutcliffe’s efficiency coefficient. The coefficient reached 0.830 compared to the previous 0.567, which confirms the observed hydrological changes. / I Västmanlands län startade den 31 juli 2014 en skogsbrand som utvecklades till den största branden i svensk modern historia. Den torra sommaren i kombination med starka vindar gjorde att branden spred sig snabbt och ett område på ca 14 000 hektar drabbades. Historiskt sett har skogsbränder varit frekvent förekommande i boreala skogar men i takt med att brandbekämpningen effektiviserats släcks de flesta bränderna innan de hinner sprida sig. Förväntade klimatförändringarna med ett varmare och torrare klimat skulle förlänga brandssäsongen, vilket innebär att stora bränder riskerar att förekomma mer frekvent i framtiden. Syftet med denna studie är att undersöka om och i så fall hur vattenföringen förändras till följd av skogsbränder och avverkning av brandskadad skog. För att identifiera eventuella skillnader användes HYPE-modellen som är framtagen av SMHI för att beräkna flödet i vattendrag där det inte finns tillgängliga mätstationer. Det är dock inte bestämt hur brandskadade områden ska representeras i modellen. För att efterlikna de nya förhållandena utfördes därför under projektets gång en kalibrering av de parametrar som antogs kunna påverkas av en brand. Från ett av de brandskadade avrinningsområdena, Valsjöbäcken, finns uppmätta flöden mellan 1979 och 1998 från en av SMHIs mätstationer. Dessa flöden användes för att kalibrera modellen för perioden innan branden. På så vis kunde det uteslutas att eventuella skillnader i flöde efter branden berodde på befintliga avvikelser i modellen. Resultaten utvärderades både visuellt och med hjälp av Nash Sutcliffes effektivitetskoefficient. Tryckgivare placerades ut i Valsjöbäcken efter branden av Institutionen för vatten och miljö vid SLU för att registrera vattennivån. Det utfördes även flödesmätningar i Valsjöbäcken som användes till att skapa en avbördningskurva för att kunna omvandla den uppmätta vattennivån till uppmätt flöde. Simuleringar i HYPE efter branden visade att betydande förändringar skett gällande områdets hydrologiska egenskaper. De största skillnaderna observerades under vårfloden och fuktigare perioder under sensommar och höst. Det uppmätta flödet efter branden var större än det modellerade flödet under i stort sett hela den undersökta tidsperioden. De stora flödena under våren berodde på att snösmältningens hastighet ökade. Förlusten av vegetation bidrog till att mer nederbörd nådde markytan och att avdunstningen minskade vilket resulterade i mer tillgängligt vatten i området. Mer tillgängligt vatten, i kombination med att markens vattenhållande förmåga minskade och andelen ytavrinning ökade, bidrog även det till större flöden efter branden. Efter kalibrering av de berörda parametrarna steg värdet för Nash Sutcliffes effektivitetskoefficient från 0,567 till 0,830 vilket bekräftar de hydrologiska förändringarna.

Throughout history there has been a close relationship between hydrological and social processes. Most of early civilizations around the world developed thanks to the accessibility to rivers and their water resources. However, traditional hydrological approaches have not been able to capture this observed interaction and have ignored for too long the human-driven impacts in the hydrological system and how they, in turn, shape the hydrological conditions that have been commonly observed. The present research develops a new conceptual model with the intention to capture the two-way interactions between societies and their responses under extreme hydrological events, both floods and droughts. This conceptualization accounts for the observations that societies accumulate memory (increase the level of awareness) after an extreme events. Based on the accumulation of societal memory, the human system (societies) takes decisions about water management, thus impacting the hydrological system (rivers). When no extreme hydrological events are registered, societal memory decays at a certain rate and then new decisions are taken over the water management of the hydrological system. Inspired by the extreme droughts and floods events observed in the three last decades in the catchment of the Brisbane River in Australia, the aforementioned conceptualization is applied. Results indicated that the simple proposed conceptual model is able to capture the interactions between the human and the hydrological system. Additionally, the model exposes that societal memory is the driver of the human system and is the main reason for societies to create impacts on the natural conditions of the catchment. At the same time, this conceptualization demonstrated that water management decisions based on the accumulation of societal memory can actually create an exacerbation of the potential damages associated to extreme hydrological events. Finally, the development of this new approach points out the strong necessity to acquire further insights to improve the understanding of the interplay between hydrological and social processes. / Genom historien har det funnits en nära relation mellan hydrologiska och sociala processer. De flesta tidiga civilisationer runt om i världen utvecklades tack vare tillgången till floder och deras vattenresurser. Traditionella hydrologiska metoder har emellertid inte lyckats fånga denna observerade interaktion och har alltför länge ignorerat de mänskligt drivna effekterna i det hydrologiska systemet och hur de i sin tur formar de hydrologiska förhållandena som ofta observerats. Denna forskning har utvecklat en ny konceptuell modell med avsikt att fånga tvåvägsinteraktionen mellan samhällen och deras respons under extrema hydrologiska händelser, både översvämningar och torka. Denna konceptualisering baseras på observationen att samhällen ackumulerar minne (ökar medvetenheten) efter en extrem händelse. Baserat på ansamling av samhällets minne fattar det mänskliga systemet (samhällen) beslut över vattenhushållning, vilket påverkar det hydrologiska systemet (floder). När inga extrema hydrologiska händelser registreras, avklingar samhällsminnet med en viss hastighet och sedan fattas nya beslut om vattenhushållningen i det hydrologiska systemet. Den konceptuella modellen har tillämpats på Brisbaneflodens avrinningsområde, i Australien, med anledning av den extrema torka och stora översvämningar som observerats under de tre senaste decennierna. Resultaten tyder på att den enkla föreslagna konceptuella modellen kan fånga samspelet mellan människa och hydrologiska system. Dessutom visar den att ett samhälles minne är drivkraften för det mänskliga systemet och är den främsta orsaken till att samhällen gör inverkan på de naturliga förhållandena i avrinningsområdet. Samtidigt visar konceptualiseringen att denna typ av vattenförvaltning, som baseras på samhällsminnet, faktiskt kan förstärka de potentiella skador som kan uppkomma i samband med extrema hydrologiska händelser. Slutligen framhåller utvecklingen av denna nya metod det stora behov som finns för att förbättra förståelsen av samspelet mellan de hydrologiska och sociala processerna.

Examensarbetet behandlar hydroarkeologi genom flera kartstudier av fornlämningar och deras förhållande till det förhistoriska landskapets hydrologi i ett utvalt undersökningsområde där en förhistorisk hydrologisk situation har återskapats. Arbetet fokuserar på fornlämningar som idag ligger över en kilometer från en vattenförekomst, men som har vatten inom en kilometer på historiska kartor.   Fornlämningar ligger i allmänhet relativt nära dagens vattenförekomster och bland de undersökta fornlämningarna dominerar typerna gravar och verktygslämningar. Majoriteten av fornlämningarna brukades under förhistorien och markanvändningen vid lämningarna har successivt övergått till en allt större andel öppen mark från 1700-talet till idag. Vattenförekomsterna har förändrats av såväl naturliga som antropogena orsaker och de mer omfattande antropogena förändringarna började omkring år 1800. Troligtvis har området ett helt annat hydrologiskt utseende idag jämfört med under förhistorien. / This bachelor thesis investigates hydroarchelogy through several studies of maps, ancient remains and their relationship to the hydrology of the prehistoric landscape in a selected area in Sweden where a prehistoric hydrological situation has been recreated. The focus of this thesis is remains which are located over 1 000 meters from a body of water today, but which have water within 1 000 meters on historical maps.   Ancient remains are generally situated relatively close to the present bodies of water and among the studied remains the dominating types are graves and tools. The majority of the remains date back to the prehistory and between the 18th century and today the land use surrounding the remains has consisted of an increasing part of open field. The water has changed both by natural and antropogen causes and the major antropogen changes started around 1800. The studied area probably has a totally different hydrological appearance today compared to during the prehistory.

The organotin compound tributyltin (TBT) has been used as a biocide on boats for anti-fouling paint and has been banned 1993 on all boats in Sweden. Storage sites for boats are therefore a contamination source, hull scraping and painting contribute to littering and spread to the waterbodies ultimately accumulating in Brunnsviken’s sediments. TBT is toxic in very small amounts for organism’s nerve-, immune- and production system and therefore becomes a threat to the bays ecosystem. The concentration of TBT in Brunnsviken’s sediments exceed acceptable threshold levels of what is considered hazardous to the environment. TBT bind to sediments and particles and are transported by the water currents, it is therefore of great importance to know the flow dynamics in Brunnsivken to get a larger understanding for the spread and accumulation of TBT. The origin and dissemination of TBT have to be evaluated for the right action to be made. According to new directive from EU, all surface waters must reach good chemical status. Whit in the frame of this Bachelor thesis and on behalf of the environmental administration Stockholm City, a field study has been conducted, regarding Brunnsviken’s water dynamics. The aim has been to see if a flow pattern could be found and explain the spread and high levels of the pollution of TBT in the northern parts of Brunnsviken’s sediments. Field investigations have been conducted using sonde and current floater in order to determine the stratification of water bodies and their propensity to behave vertically based on temperature, salinity and turbity. A second parameter was also considered in order to account for flow velocity and flow direction. High-resolution measurements were performed at 11 transects in Brunnsviken to determine if there are any geographical differences that could account for the spread of TBT. Calculations were made regarding volumetric flow, transport time and mass load at each transect, which was subsequently compared to turnover time previously established by the Swedish Metrological and Hydrological Institute (SMHI) and previous studies by Karlsson (2016) with longer time reference were used, in order to corroborate the momentary high-resolution results from this study, by integrating them into a broader perspective. The results elucidate geographical variations in different water bodies in regards to temperature, salinity and turbidity. A pronounced stratification was identified in waterbodies located in the southern- and middle parts of the bay, whereas the northern part was less well defined as stratified, indicative of a more homogenous water body. The direction of flow appeared to move toward Brunnsivken’s central region with a relatively uniform flow velocity throughout the bay. No conclusions regarding a spread of TBT form south to north have been drawn. This is because the narrowest point in Brunnsviken, which separates the north form the south, have the lowest transport time and mass transport values. However, interactions of water bodies with different origins seems play an important role in the central parts of the bay and mixing in the northern regions has been found, which may explain the spread of suspended matter and TBT between the central and northern parts. Proposal of further studies has been made in order to get a better understanding of the high level of TBT in the northern parts of Brunnsivken, providing preliminary evidence where the result of this study can be used as a foundation. / Den organiska tennföreningen tributyltenn (TBT) har används som biocid i båtbottenfärger och är sedan 1993 helt förbjuden i Sverige. Båtuppläggningsplatser ses som en föroreningskälla i och med skrovskarpning och bottenfärgmålning, vars spill sprids vidare till Brunnsvikens vatten och avsätts i dess bottensediment. TBT är ett hormonstörande ämne som är skadlig för organismers nervsystem, immunförsvar och fortplantningssystem vid mycket små koncentrationer och ses därför som ett hot mot vikens ekosystem. Halten TBT i Brunnsvikens sediment överstiger de Svenska riktvärdena för kemisk status. Vattnets strömningsförhållanden är därför viktiga att förstå då de påverkar transporten och avsättningen av sediment och partikelbundet TBT. Dess ursprung och spridning måste därför undersökas för att rätt åtgärder skall kunna framtas för att nå god kemisk status till år 2027, i enlighet med EUs ramdirektivför vatten (2000/60/EC). Inom ramen för detta kandidatarbete och på uppdrag av miljöförvaltningen i Stockholm stad, har en fältstudie utförts gällande Brunnsvikens vattendynamik för att se om det förekommer strömningsmönster som kan förklara spridningen och de svårförklarade höga halterna av TBT i vikens norra delar. Fältundersökningar har utförts där sond- och strömkors har använts för att ta reda på hur skiktningen i vattenmassorna ser ut för att vidare kunna beräkna strömningshastigheter och flödesriktning i de olika vattenmassorna. Högupplösta mätningar utfördes längs 11 transekter i Brunnsviken för att se om det förekommer geografiska skillnader i vattenmassorna som kan förklara spridningen av TBT. Enklare överslagsberäkningar utfördes gällande vattenföring, transporttid och masstransport vid vardera transekt. Beräkningar gällande vattenföring och transporttider har kompletterats med omsättningstider från Sveriges metrologiska och hydrologiska institut (SMHI) och tidigare utredningar av Karlsson (2016) med längre tidupplösning, för att bädda in de egna mätningarna i ett bredare perspektiv och för att se om dessa kan stödja de momentana resultaten från denna studie. Vid mättillfällena observerades variationer i vattenmassorna i de olika delarna i viken gällande temperatur, salinitet och tubiditet, med en tydligare skiktning i vikens södra och mellersta delar jämfört med de norra delarna. Strömningsriktningen ser ut att röra sig mot vikens mellersta delar, vilket möjligen kan förklaras av utpumpning av vatten som sker i dessa områden. Hastigheterna är relativt jämn i hela viken förutom i de norra delarna. Baserat på resultaten i denna studie, har inga slutsatser gällande spridning från söder till norr har kunnat göras då vikens smalaste delar som även separerar delarna åt visar sig ha lägsta transporttiderna och masstransporterna. Det har dock hittats interaktioner mellan ett möjligt möte av vattenmassor i vikens mellersta delar och en effektiv omblandning i vikens norra delar som skulle kunna förklara en spridning av suspenderat material och där med TBT från de mellersta till de norra delarna. Förslag på fortsatta studier har gjorts för att kunna få en större förståelse för de höga halterna av TBT i vikens norra delar, där resultat från denna studie kan användas som underlag.

<p>The boreal forests represent 8 % of all forested areas on the earth and have a significant role in the control of greenhouse gases and an impact on global climate change. The main objective of this thesis is to increase the understanding of how evaporation and heat-flux processes in the boreal forest zone are affecting the regional and global climate.</p><p>A meteorological mesoscale model with an advanced land-surface parameterization has been utilized to study aggregation of fluxes of water vapour and heat. The model has been compared against four other methods for flux estimation in a southern boreal landscape. The results show that the mesoscale model is successfully reproducing 24-hour averages of fractionally weighted mast measurements of sensible and latent heat flux.</p><p>The model was also evaluated against in-situ observations of surface fluxes and other meteorological variables. The results reveal that a correct initialization of soil moisture is crucial to simulate a realistic partitioning of the sensible and latent heat fluxes. Significant differences in surface fluxes and friction velocities between two apparently similar forest sites indicate the need for careful assessment of areal representativity when comparing mesoscale model results with in-situ observations.</p><p>A parameterization for the absorption of solar radiation of high-latitude sparse forests was implemented and tested in the model that significantly improved the simulation of high wintertime midday sensible heat fluxes. A scheme for heat storage in vegetation was also implemented which improved the results, but the scheme needs further evaluation for high latitude forests.</p><p>Two commonly used strategies for the description of land-surface heterogeneity, the effective parameter approach and the mosaic approach, were tested in the mesoscale model against airborne observations of sensible and latent heat fluxes. The results show that the mosaic approach produces better results especially when small lakes are present in model grid-squares.</p> / <p>Norra halvklotets barrskogsbälte representerar 8 % av all skogsbeklädd mark på jorden och har stor betydelse för kontrollen av växthusgaser och påverkan på globala klimatförändringar. Syftet med denna avhandling är att öka förståelsen av hur avdunstning och värmeflöden i den boreala skogszonen påverkar klimatet regionalt och globalt.</p><p>En meteorologisk mesoskalemodell med en avancerad landyteparameterisering har använts för att studera aggregering av avdunstning och värmeflöden. Modellen jämfördes med fyra andra metoder för uppskattning av värmeflöden i den boreala skogszonens södra delar. Resultaten visade att mesoskalemodellen reproducerar 24-timmarsmedelvärden av sensibelt och latent värmeflöde från areellt viktade mastmätningar med bra resultat.</p><p>Modellen utvärderades även mot markbaserade mätningar av sensibelt och latent värme och andra meteorologiska variabler. Resultaten visar att en korrekt initialisering av markvatteninnehållet är avgörande för att simulera en realistisk uppdelning av de sensibla och latenta värmeflödena. Markanta skillnader i markyteflöden och friktionshastigheter mellan två liknande skogsmätstationer påvisar nödvändigheten av en noggrann bedömning av den areella representativiteten när man jämför resultat från mesoskalemodellen med markbaserade mätningar.</p><p>En parameterisering för absorption av solstrålning i glesa skogsbestånd på höga breddgrader infördes och testades i modellen vilket markant förbättrade simuleringen av de höga sensibla värmeflöden som observerats vid middagstid på vintern. Ett uttryck för att beskriva värmelagring i vegetationen infördes också vilket förbättrade resultaten, men uttrycket behöver vidare utvärdering för skogsbestånd på höga breddgrader.</p><p>Två ofta använda strategier för att beskriva markytans heterogenitet, effektiva parametermetoden och mosaikmetoden, testades i mesoskalemodellen mot flygburna observationer av sensibla och latenta värmeflöden. Resultaten visar att mosaikmetoden ger bättre resultat särskilt när mindre sjöar förekommer i modellrutorna.</p>

<p>One of many applications of geohydraulic modelling is assessing the suitability of a site to host a nuclear waste repository. This modelling task is complicated by scale-dependent heterogeneity and coupled thermo-hydro-mechanical (THM) processes. The objective here was to develop methods for (i) upscaling flow and transport in fractured media from detailed-scale data and (ii) accounting for THM-induced effects on regional-scale transport. An example field data set was used for demonstration.</p><p>A systematic framework was developed where equivalent properties of flow, transport, and stress-effects were estimated with discrete fracture network (DFN) modelling, at some block scale, and then transferred to a regional-scale stochastic continuum (SC) model. The selected block scale allowed a continuum approximation of flow, but not of transport. Instead, block-scale transport was quantified by transit time distributions and modelled with a particle random walk method at the regional scale.</p><p>An enhanced SC-upscaling approach was developed to reproduce the DFN flow results more simply. This required: (i) weighting of the input well-test data by their conductivity-dependent test volumes and (ii) conductivity-dependent correlation structure. Interestingly, the best-fitting correlation structure resembled the density function of DFN transmissivities. </p><p>Channelized transport, over distances exceeding the block scale, was modelled with a transport persistence length. A linear relationship was found between this persistence length and the macroscale dispersion coefficient, with a slope equal to a representative mean block-scale dispersion coefficient.</p><p>A method was also developed to combine well-test data and rock-mechanical data in estimating fracture transmissivities, and its application was demonstrated.</p><p>Finally, an overall sequential THM analysis was introduced allowing the estimation of the significance of waste-related thermo-mechanical (TM) effects on regional transport; here TM effects are calculated separately and their impact on fracture transmissivities were incorporated into the hybrid framework. For the particular case, their effects on regional-scale transport were small.</p>

The boreal forests represent 8 % of all forested areas on the earth and have a significant role in the control of greenhouse gases and an impact on global climate change. The main objective of this thesis is to increase the understanding of how evaporation and heat-flux processes in the boreal forest zone are affecting the regional and global climate. A meteorological mesoscale model with an advanced land-surface parameterization has been utilized to study aggregation of fluxes of water vapour and heat. The model has been compared against four other methods for flux estimation in a southern boreal landscape. The results show that the mesoscale model is successfully reproducing 24-hour averages of fractionally weighted mast measurements of sensible and latent heat flux. The model was also evaluated against in-situ observations of surface fluxes and other meteorological variables. The results reveal that a correct initialization of soil moisture is crucial to simulate a realistic partitioning of the sensible and latent heat fluxes. Significant differences in surface fluxes and friction velocities between two apparently similar forest sites indicate the need for careful assessment of areal representativity when comparing mesoscale model results with in-situ observations. A parameterization for the absorption of solar radiation of high-latitude sparse forests was implemented and tested in the model that significantly improved the simulation of high wintertime midday sensible heat fluxes. A scheme for heat storage in vegetation was also implemented which improved the results, but the scheme needs further evaluation for high latitude forests. Two commonly used strategies for the description of land-surface heterogeneity, the effective parameter approach and the mosaic approach, were tested in the mesoscale model against airborne observations of sensible and latent heat fluxes. The results show that the mosaic approach produces better results especially when small lakes are present in model grid-squares. / Norra halvklotets barrskogsbälte representerar 8 % av all skogsbeklädd mark på jorden och har stor betydelse för kontrollen av växthusgaser och påverkan på globala klimatförändringar. Syftet med denna avhandling är att öka förståelsen av hur avdunstning och värmeflöden i den boreala skogszonen påverkar klimatet regionalt och globalt. En meteorologisk mesoskalemodell med en avancerad landyteparameterisering har använts för att studera aggregering av avdunstning och värmeflöden. Modellen jämfördes med fyra andra metoder för uppskattning av värmeflöden i den boreala skogszonens södra delar. Resultaten visade att mesoskalemodellen reproducerar 24-timmarsmedelvärden av sensibelt och latent värmeflöde från areellt viktade mastmätningar med bra resultat. Modellen utvärderades även mot markbaserade mätningar av sensibelt och latent värme och andra meteorologiska variabler. Resultaten visar att en korrekt initialisering av markvatteninnehållet är avgörande för att simulera en realistisk uppdelning av de sensibla och latenta värmeflödena. Markanta skillnader i markyteflöden och friktionshastigheter mellan två liknande skogsmätstationer påvisar nödvändigheten av en noggrann bedömning av den areella representativiteten när man jämför resultat från mesoskalemodellen med markbaserade mätningar. En parameterisering för absorption av solstrålning i glesa skogsbestånd på höga breddgrader infördes och testades i modellen vilket markant förbättrade simuleringen av de höga sensibla värmeflöden som observerats vid middagstid på vintern. Ett uttryck för att beskriva värmelagring i vegetationen infördes också vilket förbättrade resultaten, men uttrycket behöver vidare utvärdering för skogsbestånd på höga breddgrader. Två ofta använda strategier för att beskriva markytans heterogenitet, effektiva parametermetoden och mosaikmetoden, testades i mesoskalemodellen mot flygburna observationer av sensibla och latenta värmeflöden. Resultaten visar att mosaikmetoden ger bättre resultat särskilt när mindre sjöar förekommer i modellrutorna.

One of many applications of geohydraulic modelling is assessing the suitability of a site to host a nuclear waste repository. This modelling task is complicated by scale-dependent heterogeneity and coupled thermo-hydro-mechanical (THM) processes. The objective here was to develop methods for (i) upscaling flow and transport in fractured media from detailed-scale data and (ii) accounting for THM-induced effects on regional-scale transport. An example field data set was used for demonstration. A systematic framework was developed where equivalent properties of flow, transport, and stress-effects were estimated with discrete fracture network (DFN) modelling, at some block scale, and then transferred to a regional-scale stochastic continuum (SC) model. The selected block scale allowed a continuum approximation of flow, but not of transport. Instead, block-scale transport was quantified by transit time distributions and modelled with a particle random walk method at the regional scale. An enhanced SC-upscaling approach was developed to reproduce the DFN flow results more simply. This required: (i) weighting of the input well-test data by their conductivity-dependent test volumes and (ii) conductivity-dependent correlation structure. Interestingly, the best-fitting correlation structure resembled the density function of DFN transmissivities. Channelized transport, over distances exceeding the block scale, was modelled with a transport persistence length. A linear relationship was found between this persistence length and the macroscale dispersion coefficient, with a slope equal to a representative mean block-scale dispersion coefficient. A method was also developed to combine well-test data and rock-mechanical data in estimating fracture transmissivities, and its application was demonstrated. Finally, an overall sequential THM analysis was introduced allowing the estimation of the significance of waste-related thermo-mechanical (TM) effects on regional transport; here TM effects are calculated separately and their impact on fracture transmissivities were incorporated into the hybrid framework. For the particular case, their effects on regional-scale transport were small.