This study uses airborne data from multiple field campaigns off the California coast to determine the extent to which a size distribution parameter and a cloud water chemical measurement can capture the effect of giant cloud condensation nuclei (GCCN), specifically sea salt, on marine stratocumulus cloud properties. The two GCCN proxy variables, near-surface particle number concentration for diameters >5 mu m and cloud water chloride concentration, are significantly correlated (95% confidence) with each other, and both exhibit expected relationships with other parameters (e.g., surface wind) that typically coincide with sea salt emissions. Factors influencing the relationship between these two GCCN proxy measurements include precipitation rate (R) and the standard deviation of the subcloud vertical velocity owing likely to scavenging effects and improved mixing/transport of sea salt to cloud base, respectively. When comparing 12 pairs of high and low chloride cloud cases (at fixed liquid water path and cloud drop number concentration), the average drop spectra for high chloride cases exhibit enhanced drop number at diameters exceeding 20 mu m, especially above 30 mu m. In addition, high chloride cases coincide with enhanced mean columnar R and negative values of precipitation susceptibility. The difference in drop effective radius between high and low chloride conditions decreases with height in cloud, suggesting that some GCCN-produced raindrops precipitate before reaching cloud tops. The sign of cloud responses (i.e., R) to perturbations in giant sea salt particle concentration, as evaluated from Modern Era Retrospective Analysis for Research and Applications version 2 reanalysis data, is consistent with the aircraft data.

During the last three decades, the hub height of wind turbines has increased from 24 to 162 meters and with an increasing demand for break-through innovations in green energy production it seems likely that this trend will continue. The meteorological preconditions for extreme-scale wind turbines are investigated for Scandinavia using 33 years of reanalysis data from MERRA (Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications). Second degree polynomials are fitted to the wind and temperature profiles and evaluated at 100, 200 and 300 m above ground level (AGL). The spatial and temporal variation of average wind speed and median wind power density is studied. Simple metrics such as the wind shear and risk of icing, measured as occasions with temperature below freezing, are used to give an idea of the loads on the wind turbines. Winter is the windiest season, and generally the wind speed is highest over sea and in the Scandinavian mountain range. Going from 100 to 300 m AGL the average wind speed increases with 1 m/s over sea and 2 m/s over land. During night the wind speed increases over land but decreases over sea compared to daytime values. On average the wind shear is about 3.6 times larger in the 50-100 m layer than in the 100-300 m layer. The calculated wind field at 100 m AGL has been compared with results from the MIUU-model, developed at the Department of Meteorology, Uppsala University. The general features are captured but there are important discrepancies between the coast and the mountains in the northern part of Sweden. MERRA data has been validated in different ways, for example by comparing with measured wind speed and temperature profiles. The temperature profiles are in good agreement while the wind profiles differ significantly. It is also shown that MERRA data is not internally consistent in the mountain range, causing a large uncertainty. In future studies, the risk of icing could be explored further. Also, the distribution of sound from extreme-scale wind turbines could be investigated. / Under de senaste tre decennierna har navhöjden för vindkraftverk ökat från 24 till 162 meter och med en ökande efterfrågan på banbrytande innovationer inom produktion av grön energi är det troligt att denna trend kommer att fortsätta. De meteorologiska förutsättningarna för extremskaliga vindkraftverk i Skandinavien undersöks baserat på 33 års återanalysdata från MERRA (Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications). Andragradspolynom anpassas till vind- och temperaturprofilerna och evalueras på höjderna 100, 200 och 300 meter över markytan. Variationen i rummet och med tiden av medelvindhastigheten och medianen av vindenergiintensiteten studeras. Enkla mått som vindskjuvningen och risken för nedisning, mätt som antalet tillfällen då temperaturen understiger fryspunkten, används för att ge en uppfattning om risken för belastningarna på vindkraftverken. Vintern är den årstid då det blåser mest och i allmänhet är vindstyrkan högst över hav och i fjälltrakterna. Förflyttar man sig från 100 till 300 m över markytan ökar medelvindhastigheten med 1 m/s över hav och med 2 m/s över land. Under natten ökar vinden över land men minskar över hav i jämförelse med värdena under dagen. I medeltal är vindskjuvningen 3.6 gånger större i 50-100 m skiktet jämfört med 100-300 m skiktet. Det beräknade vindfältet på 100 m över markytan har jämförts med resultat från MIUU-modellen, utvecklad vid institutionen för meteorologi, Uppsala universitet. De allmänna dragen är samma men det finns viktiga avvikelser mellan kusten och fjälltrakterna i norra Sverige. MERRA-data har validerats på olika sätt, till exempel genom att jämföra med uppmätta vind- och temperaturprofiler. Temperaturprofilerna visar god överensstämmelse men det är signifikanta skillnader mellan vindprofilerna. Det visas också att MERRA-data inte är konsistent i fjälltrakten, vilket medför en stor osäkerhet. I framtida studier kan risken för nedisning studeras utförligare liksom ljudutbredningen från extremskaliga vindkraftverk.

La gestion des ressources alimentaires doit passer par un équilibre entre activités humaines et une exploitation raisonnée de ces ressources. Sur l'île de La Réunion, la réserve naturelle marine œuvre pour le maintien des populations de poissons traditionnellement exploitées comme le mérou macabit (Epinephelus merra, Serranidae) ou d'intérêt écologique (Acanthurus triostegus, Acanthuridae, et Plectroglyphidodon imparipennis, Pomacentridae). Pour mieux appréhender leur phase de vie larvaire souvent méconnue, la microchimie des otolithes a été utilisée pour retracer la vie des poissons dans un objectif appliqué à la gestion. Nos résultats ont permis de différencier la population de macabit à La Réunion en 3 groupes d'histoires de vie larvaires différentes sur un gradient nord-sud, à partir de fortes variations en baryum, un élément trace provenant de l'environnement. Ces variations sont retrouvées également chez A. triostegus et P. imparipennis, principalement issues d'évènements cycloniques. Des sources de cet élément ont été identifiées dans des eaux du socle basaltique de l'île de La Réunion, mais aussi à l'échelle de l'océan Indien, aux Maldives, Juan De Nova et Europa. Le baryum s'est ainsi révélé être un élément trace à privilégier pour l'analyse de l'histoire de vie des poissons récifaux et pour révéler les caractéristiques spatiales et temporelles de la structure de leurs populations à l'échelle de La Réunion et dans l'océan Indien. Des études complémentaires biologiques, chimiques et génétiques sont néanmoins nécessaires afin d'aboutir à des connaissances permettant d'adapter des mesures de gestion aux cycles biologiques des espèces. / Ood resources must managed between human activities and sustainable exploitation. On Reunion Island, the marine park works more specifically to maintain fish populations with high commercial value, regularly exploited by traditional fishermen, such as the grouper Epinephelus merra (Serranidae), Acanthurus triostegus (Acanthuridae) and Plectroglyphidodon imparipennis (Pomacentridae) which pelagic larval phase remains unknown. To better understand this phase, the otolith microchemistry was used to trace the life histories for management purposes. Our results allowed differentiating grouper population in Reunion in 3 different groups of larval life histories, using barium concentration in their otoliths which can be enriched in the environment. These chemical changes are also found in A. triostegus and P. imparipennis. In the northern reef area (Saint-Gilles and Saint-Paul), these variations are observed significantly mainly during cyclonic events. Natural sources of this element could be identified locally in groundwater collected in the porous basaltic basement of the Reunion, but also at the regional level, where other individuals were collected in the Indian Ocean (Maldives Juan De Nova, Europa). Therefore barium has proven to be an interesting trace element for the analysis of the life story of reef fish, and a tool to reveal the spatial and temporal characteristics of their populations across Reunion structure but also in the Western Indian Ocean. Nevertheless biological, chemical and genetic studies are necessary to complete the knowledge and adapt management measures to the biological cycles of the species.

Clear-sky top-of-atmosphere (TOA) fluxes are important in estimating the impact of clouds on our climate. In this study, we quantitatively compare the clear-sky fluxes measurements of the Clouds and the Earths Radiant Energy System (CERES) instrument to clear-sky fluxes from two reanalysis, NASA's Modern Era Retrospective-analysis for Research and Application (MERRA), and the European Center for Medium Range Weather Forecast Interim reanalysis (ERA-Interim). In the first comparison, we compare observed fluxes from individual cloud-free field-of- views to the reanalyses. In the second comparison, we compare monthly averaged observed clear-sky fluxes to those from the reanalyses. Monthly clear-sky fluxes are calculated by averaging fluxes from cloud-free regions. In both comparisons, the fluxes generally agree within +/- 10 W/m^2. Finally, we show that, while the differences between the fluxes of observations and the reanalyses are several W/m2, the inter-annual anomalies agree much better, with zonal and global average inter-annual anomalies typically agreeing within 1 W/m^2. The longwave clear-sky anomalies show excellent agreement even when comparing individual grid points, whereas the shortwave clear-sky anomalies are generally smaller at individual grid points.

For the construction of a wind farm, one needs to assess the wind resources of the considered site location. Using reference time series from numerical weather prediction models, global assimilation databases or observations close to the area considered, the on-site measured wind speeds and wind directions are corrected in order to represent the actual long-term wind conditions. This long-term correction (LTC) is in the typical case performed by making use of the linear regression within the Measure-Correlate-Predict (MCP) method. This method and two other methods, Sector-Bin (SB) and Synthetic Time Series (ST), respectively, are used for the determination of the uncertainties that are associated with LTC.The test area that has been chosen in this work, is located in the region of the North Sea, using 22 quality controlled meteorological (met) station observations from offshore or nearby shore locations in Denmark, Norway and Sweden. The time series that has been used cover the eight year period from 2002 to 2009 and the year with the largest variability in the wind speeds, 2007, is used as the short-term measurement period. The long-term reference datasets that have been used are the Weather Research and Forecast model, based on both ECMWF Interim Re-Analysis (ERA-Interim) and National Centers for Environmental Prediction Final Analysis (NCEP/FNL), respectively and additional reference datasets of Modern Era Re-Analysis (MERRA) and QuikSCAT satellite observations. The long-term period for all of the reference datasets despite QuikSCAT, correspond to the one of stations observations. The QuikSCAT period of observations used cover the period from November 1st, 1999 until October 31st, 2009.The analysis is divided into three parts. Initially, the uncertainty connected to the corresponding reference dataset, when used in LTC method, is investigated. Thereafter the uncertainty due to the concurrent length of the on-site measurements and reference dataset is analyzed. Finally, the uncertainty is approached using a re-sampling method of the Non-Parametric Bootstrap. The uncertainty of the LTC method SB, for a fixed concurrent length of the datasets is assessed by this methodology, in an effort to create a generic model for the estimation of uncertainty in the predicted values for SB.The results show that LTC with WRF model datasets based on NCEP/FNL and ERA-Interim, respectively, is slightly different, but does not deviate considerably in comparison when comparing with met station observations. The results also suggest the use of MERRA reference dataset in connection with long-term correction methods. However, the datasets of QuikSCAT does not provide much information regarding the overall quality of long-term correction, and a different approach than using station coordinates for the withdrawal of QuikSCAT time series is preferred. Additionally, the LTC model of Sector-Bin is found to be robust against variation in the correlation coefficient between the concurrent datasets. For the uncertainty dependence of concurrent time, the results show that an on-site measurement period of one consistent year or more, gives the lowest uncertainties compared to measurements of shorter time. An additional observation is that the standard deviation of long-term corrected means decreases with concurrent time. Despite the efforts of using the re-sampling method of Non-Parametric Bootstrap the estimation of the uncertainties is not fully determined. However, it does give promising results that are suggested for investigation in further work. / För att bygga en vindkraftspark är man i behov av att kartlägga vindresurserna i det aktuella området. Med hjälp av tidsserier från numeriska vädermodeller (NWP), globala assimileringsdatabaser och intilliggande observationer korrigeras de uppmätta vindhastigheterna och vindriktningarna för att motsvara långtidsvärdena av vindförhållandena. Dessa långtidskorrigeringsmetoder (LTC) genomförs generellt sett med hjälp av linjär regression i Mät-korrelera-predikera-metoden (MCP). Denna metod, och två andra metoder, Sektor-bin (SB) och Syntetiska tidsserier (ST), används i denna rapport för att utreda de osäkerheter som är knutna till långtidskorrigering.Det testområde som är valt för analys i denna rapport omfattas av Nordsjöregionen, med 22 meteorologiska väderobservationsstationer i Danmark, Norge och Sverige. Dessa stationer är till största del belägna till havs eller vid kusten. Tidsserierna som används täcker åttaårsperioden från 2002 till 2009, där det året med högst variabilitet i uppmätt vindhastighet, år 2007, används som den korta mätperiod som blir föremål för långtidskorrigeringen. De långa referensdataseten som använts är väderprediktionsmodellen WRF ( Weather Research and Forecast Model), baserad både på data från NCEP/FNL (National Centers for Environmental Prediciton Final Analysis) och ERA-Interim (ECMWF Interim Re-analysis). Dessutom används även data från MERRA (Modern Era Re-Analysis) och satellitobservationer från QuikSCAT. Långtidsperioden för alla dataset utom QuikSCAT omfattar samma period som observationsstationerna. QuikSCAT-datat som använts omfattar perioden 1 november 1999 till 31 oktober 2009.Analysen är indelad i tre delar. Inledningsvis behandlas osäkerheten som är kopplad till referensdatans ingående i långtidskorrigeringsmetoderna. Därefter analyseras osäkerhetens beroende av längden på den samtidiga datan i referens- och observationsdataseten. Slutligen utreds osäkerheten med hjälp av en icke-parametrisk metod, en s.k. Bootstrap: Osäkerheten i SB-metoden för en fast samtidig längd av tidsserierna från observationer och referensdatat uppskattas genom att skapa en generell modell som estimerar osäkerheten i estimatet.Resultatet visar att skillnaden när man använder WRF-modellen baserad både på NCEP/FNL och ERA-Interim i långtidskorrigeringen är marginell och avviker inte markant i förhållande till stationsobservationerna. Resultatet pekar också på att MERRA-datat kan användas som långtidsreferensdataset i långtidsdkorrigeringsmetoderna. Däremot ger inte QuikSCAT-datasetet tillräckligt med information för att avgöra om det går att använda i långtidskorrigeringsmetoderna. Därför föreslås ett annat tillvägagångssätt än stationsspecifika koordinater vid val av koordinater lämpliga för långtidskorrigering. Ytterligare ett resultat vid analys av långtidskorrigeringsmetoden SB, visar att metoden är robust mot variation i korrelationskoefficienten.Rörande osäkerhetens beroende av längden på samtidig data visar resultaten att en sammanhängande mätperiod på ett år eller mer ger den lägsta osäkerheten i årsmedelvindsestimatet, i förhållande till mätningar av kortare slag. Man kan även se att standardavvikelsen av de långtidskorrigerade medelvärdena avtar med längden på det samtidiga datat. Den implementerade ickeparametriska metoden Bootstrap, som innefattar sampling med återläggning, kan inte estimera osäkerheten till fullo. Däremot ger den lovande resultat som föreslås för vidare arbete.

This thesis explores key aspects for synthesizing data across spatiotemporal scales relevant for water resources management in an Eastern Africa context. Specifically, the potential of large scale global precipitation datasets (GPDs) in data limited regions to overcome spatial and temporal data gaps is considered. The thesis also explores the potential to utilize limited and non-continuous streamflow and stream water chemistry observations to increase hydrological process understanding. The information gained is then used to build a coherent hydro-climatic framework for streamflow modelling. In this thesis, Kilombero Valley Drainage Basin (KVDB) in Tanzania is used as an example of a data limited region targeted for rapid development, intensification and expansion of agriculture. As such, it is representative for many regions across the Eastern Africa. With regards to the data synthesis, two satellite products, three reanalysis products and three interpolated products were evaluated based on their spatial and temporal precipitation patterns. Streamflow data from KVDB and eight subcatchments were then assessed for quality with regards to missing data. Furthermore, recession analysis was used to estimate catchment-scale characteristic drainage timescale. Results from these streamflow analyses, in conjunction with a hydrological tracer-based analysis, were then used for improved understanding of streamflow generation in the region. Finally, a coherent modelling framework using the HBV rainfall-runoff model was implemented and evaluated based on daily streamflow simulation. Despite the challenges of data limited regions and the often large uncertainty in results, this thesis demonstrates that improved process understanding could be obtained from limited streamflow records and a focused hydrochemical sampling when experimental design natural variability were leveraged to gain a large  signal to noise ratio. Combining results across all investigations rendered information useful for the conceptualization and implementation of the hydro-climatic modelling framework relevant in Kilombero Valley. For example, when synthesized into a coherent framework the GPDs could be downscaled and used for daily streamflow simulations at the catchment scale with moderate success. This is promising when considering the need for estimating impacts of potential future land use and climate change as well as agricultural intensification. / Denna avhandling utforskar aspekter på att syntetisera data med olika rumslig och temporal upplösning, vilket är centralt för vattenförvaltning i östra Afrika. Särskilt fokus ligger på att undersöka möjligheten till att använda globala nederbördsdataset för att fylla rumsliga och temporala luckor där data saknas. Avhandlingen undersökeräven möjligheten till att använda flödesdata med icke-kompletta tidsserier samt kemidata från vattendrag för att utöka kunskap-en om hydrologiska processer. Informationen används för att bygga upp ett integrerande ram-verk för hydro-klimatologisk modellering som exempelvis kan användas för att utforska ef-fekten av ett utökat och intensifierat jordburk på vattenresurser. I denna avhandling användes Kilomberodalens avrinningsområde (Tanzania) som exempel på ett databegränsat område där det pågår en intensiv utökning av jordbruksverksamhet. Detta område kan ses som representa-tivt för ett stort antal områden inom östra Afrika.Datasyntesen innefattade två nederbördsprodukter baserade på satellitdata, tre baserade på återanalysprodukter samt två baserade på interpolering av observervationsdata från regnmä-tare. Dessa åtta produkter utvärderades baserat på deras nederbördsmönster i rum och tid. Ut-över detta utvärderades vattenföringsdata från Kilomberodalens avrinningsområde samt åtta delavrinningsområden utifrån mängden saknad data i respektive tidsserie. Vidare användes resultaten från hydrologisk recessionsanalysför att uppskatta den karaktäristiska avrinningsti-den för avrinningsområden. Resultaten från recessionsanalysensamthydrologiskt spårämnes-försök användessedan för att utöka kunskapen om avrinningsbildning och vattenföring i om-rådet samt som stöd i valet av hydrologiskt modelleringsverktyg. Avslutningsvis användes HBV-avrinningsmodellen för att simulera daglig vattenföring. Trots utmaningen i att arbeta iett databegränsat område och de osäkerheter i resultat som detta tenderar att leda till visar resultaten att det var möjligt att använda begränsad vattenfö-ringsdata och vattenkemidata för att utöka den hydrologiska processförståelsen av området. Detta möjliggjordes genom ett experimentellt upplägg som utnyttjade till ett stort signal-till-brusförhållande under rådande förhållanden av naturlig variabilitet. Kombinerade resultat från alla genomförda studier kunde utnyttjas vid konceptualiseringen och implementeringen av ramverket för hydroklimatologisk modellering av Kilomberodalens avrinningsområde. Till exempel kunde de globala nederbördsdataseten användas för lokal modellering av flödesdata med viss framgång efter syntes och implementering i det integrerande ramverket för hydro-klimatologisk modellering. Detta är lovande med tanke på behovet av att undersöka vilken påverkan möjliga framtida förändringar i markanvändning, klimat samt jordbruk har på den lokala och regionala miljön. / <p>At the time of the doctoral defense, the following papers were unpublished and had a status as follows: Paper 3: Manuscript. Paper 4: Manuscript.</p>