This study is a comparison of forecasting methods for predicting the daily maximum air temperatures in Uppsala using real data from the Swedish Meteorological and Hydrological Institute. The methods for comparison are univariate time series approaches suitable for the data and represent both standard and more recently developed methods. Specifically, three methods are included in the thesis: neural network, ARIMA, and naïve. The dataset is split into a training set and a pseudo out of sample test set. The assessment of which method best forecast the daily temperature in Uppsala is done by comparing the accuracy of the models when doing walk forward validation on the test set. Results show that the neural network is most accurate for the used dataset for both one-step and all multi-step forecasts. Further, the only same-step forecasts from different models that have a statically significant difference are from the neural network and naïve for one- and two-step forecasts, in favor of the neural network.

Lightning constitutes a serious threat to the electrical grid. If not protected against, lightning can cause comprehensive damage, harm to humans and lead to disruption in the electricity supply. Modeling of lightning protection is hence an important part of operating the grid. The amplitude of the lightning current is a decisive factor in the induced overvoltage in electrical systems. Knowledge about which peak current amplitudes one can expect in a lightning event, and how often such events occur, form the basis in modeling and evaluating the lightning protection system. Today, the Swedish authority Svenska kraftnät models the lightning protection system based on current distributions recommended by CIGRE. The aim of this thesis is to examine lightning data gathered by the Swedish lightning location system (LLS), owned, and operated by the Swedish Meteorological and Hydrological Institute (SMHI), to derive statistical distributions for the lightning peak current. This is done at a national and a regional level for the years 2006-2020, the focus being on the period 2015-2020. The results are then compared with the distributions recommended by CIGRE, to evaluate whether the protection levels used today are justified. Lightning is a complex phenomenon whose properties need to be understood to measure its features and interpret the measurement results. Similarly, the quality and the shortcomings of the LLS must be addressed and considered when analyzing the results. The peak current estimation done by the LLS tends to be an underestimate, as the system is only validated for the subsequent strokes of negative lightning. Nevertheless, the LLS offers a large data set which, while individual measurements are not fully accurate, provides a representative statistical distribution exhibiting the tendencies of lightning peak current amplitude. The results show that the current distribution fits a lognormal and generalized extreme value distribution, the latter yielding a slightly better representation. A small regional variation in median peak current is seen, where somewhat higher amplitudes are found in Northern rather than Southern Sweden. The national analysis shows a significantly lower median peak current in Sweden compared to the reference median peak current recommended by CIGRE. Calibration of the LLS can be assigned a portion of this difference, the remaining is thought to represent a difference in lightning peak current. Unfortunately, there is no reliable way of knowing how large the calibration error is without further studies comparing data from the LLS with direct measurements. Consequently, deviating Swedish lightning conditions cannot be stated, although tendencies towards lower peak current amplitudes are seen.

Klimatscenarier framtagna av SMHI visar bland annat på att nederbördsmängden kommer att öka i stora delar av Sverige. En ökad nederbördsmängd leder till att flöden i vattendrag och spillvattenledningar ökar, som i sin tur kan leda till att oönskade ämnen förorenar viktiga naturresurser så som dricksvattentäkter. Den största risken för mikrobiella föroreningar i vattentäkter och vattendrag kommer från Sveriges reningsverk, främst till följd av att reningsverkens flödeskapacitet överstigs på grund av kraftiga regn. Vid kraftiga regn riskerar reningsverk att bräddas, vilket leder till att ofullständigt renat spillvatten leds ut till sjöar.   Bålsta reningsverk, Håbo kommun, bräddas ibland på grund av höga flöden. Det otillräckligt renade spillvattnet leds då ut till reningsverkets utsläppspunkt söder om Bålsta stad i Norra Björkfjärden. Mindre än två kilometer ifrån reningsverkets utsläppspunkt ligger Bålsta vattenverks råvattenintag. Det är således av intresse att undersöka om vattenverkets råvattenintag påverkas av en bräddning. Utöver vattenverket ligger flera populära badplatser i närheten av reningsverkets utsläppspunkt.   Syftet med examensarbetet var att studera hur en bräddning av orenat spillvatten sprids i Mälaren under sommarens badsäsong, samt att identifiera vid vilka vind- och flödesförhållanden badplatserna och råvattentäkten har störst risk att förorenas. Syftet var även att studera hur en ökad nederbördsmängd påverkar delar av Bålsta reningsverks spillvattenledningsnät. För att nå examensarbetets syfte användes spridningsmodellen Delft3D samt ledningsnätmodellen MIKE-Urban. På grund av otillräcklig data om bland annat Bålsta reningsverks spillvattenledningsnät erhölls inget tillförlitligt resultat från MIKE-Urban modelleringen. Istället sammanställdes de saknade data om reningsverkets spillvattenledningsnät vilket resulterade i förslag om kompletterande åtgärder för att underlätta kommande spillvattenmodelleringar.    Resultat från spridningssimuleringen tydde på att ingen av de studerade platserna överskrider värden för utmärkt badvattenkvalitet enligt EU:s badvattendirektiv vid medelvindhastighet samt ett utsläpp av 77 m3 orenat spillvatten. En bräddning av 77 m3 orenat spillvatten baserades på reningsverkets bräddningsvolymer från år 2010. För badplatserna ansågs det fördelaktigt att en bräddning sker under vindstilla förhållanden till följd av begränsad omblandning mellan Mälarens temperaturskiktning. Vid ett två dygn långt utsläpp av totalt 5 000 m3 orenat spillvatten med fem sekundmeters vind erhöll majoriteten av badplatserna för höga patogenvärden. Reningsverkets personal bör i sådana situationer gå ut med allmänna varningar för badande i Norra Björkfjärden. / Climate change scenarios conducted by SMHI indicate increasing precipitation in most parts of Sweden. Such increases will lead to bigger flows in rivers and sewer networks, which in turn may lead to leakage of unwanted substances such as contagious microorganisms to drinking water supplies. The single largest risk of lake contamination is from sewage water treatment plants, mostly due to overflow of wastewater. High precipitation may flood the treatment plant causing untreated water to leak out and into surrounding lakes.   Bålsta treatment plant, in Håbo municipality, has overflow issues in periods with high precipitation, which lead to leakage of inadequately treated wastewater and thus local contamination in Lake Mälaren. Less than two kilometers from the release point of Bålsta treatment plant, Bålsta drinking water plant has its intake of raw water. Hence it is of great interest to study the dispersal of Bålsta treatment plant’s wastewater in Lake Mälaren to prevent unwanted human exposure to contagious microorganisms. Håbo municipality also has popular swimming spots close to the treatment plant’s outlet.   The aim of this study is to examine the pathogenic impact that an overflow of Bålsta treatment plant in summer time has on Bålsta drinking water plant and bathing spots. The study hoped to identify the conditions where certain places of interest were to be contaminated. In addition, the aim was to investigate the changes of sewage flow due to an increased precipitation. Two models were used to reach the aforementioned aims: (1.) a hydrodynamic model (Delft3D) to study the spread of wastewater following an overflow and (2.) an urban water model (MIKE–Urban) to study the total amount of sewage flow.   Due to insufficient data concerning Bålsta’s sewage system, simulations from MIKE–Urban were unable to provide reliable results. Large parts of the sewage network had missing data regarding pipe dimensions, positioning and material, which resulted in a model with little precision. Instead of providing unreliable results, the study resulted in recommendations for further data collecting to help future investigations of Bålsta’s sewage system.   With low overflows of untreated water, Delft3D modeling showed that none of the places of interest had pathogen levels that exceeded the European Union’s Bathwater quality directive when simulated with mean values of wind, treated wastewater flow and wind direction. When extreme amounts of overflow were simulated in strong winds, five of seven places of interest were unfit for bathing according to the directive. In case of an overflow of more than the simulated outflow of 77 m3 untreated wastewater, the operators of Bålsta’s treatment plant need to perform actions to prevent human exposure.

I denna uppsats behandlas recipientkontrollen i kustområden och hur den skulle kunna utvecklas. SMHI är en av de aktörer som i egenskap av konsult bidrar med sin kompetens genom att utföra provtagningar och datapresentation för kunders räkning längs de svenska kusterna. Syftet med studien är att utreda om kunderna upplever och uttrycker ett behov att få hjälp med att tolka information från recipientkontrollen. För att utreda vad kundernas behov och önskemål är gjordes en enkätundersökning, vilken gick ut till samtliga medlemmar av Kalmar Kustvattenkommitté, västra Hanöbuktens vattenvårdsförbund, Öresunds vattenvårdsförbund, Blekingekustens vattenvårdsförbund samt Bohuskustens vattenvårdsförbund. Med utgångspunkt från avnämares behov kommer jag att undersöka möjligheterna att förbättra informationsförmedlingen med hjälp av statistiska analysmetoder och SMHI:s eget modellverktyget Kustzon 2.1. Användningen av statistiska hjälpmedel i samband med recipientkontrollen är inte så utbredd på SMHI idag. Därför ansåg jag att denna aspekt var särskilt intressant att titta närmare på. I studien ger jag förslag till analysmetoder (Mann-Whitneys test, Kendalls tau samt trendtest enligt Mann-Kendall) som kan bli användbara i recipientkontrollarbetet. I diskussionsdelen förs ett resonemang kring vilka möjligheter och begränsningar som visat sig med de analysmetoder som tagits upp. Diskussionsdelen avslutas med några konkreta förslag till förbättringar på just SMHI:s redovisning av recipientkontrollen.

<p>An Internet application, VEDAIR, for estimation of air quality in regions with small-scale combustion of bio fuel has been developed by Swedish Meteorological and Hydrological Institute with financing from Swedish Energy Agency and Swedish Environmental Protection Agency. The model contains user interface and a coupled model concept where concentrations of atmospheric pollutions are calculated for regional, urban and local contributions. In this report the model is described and a first study of air quality considering PM10 (particles with a diameter less than 10 µm) in two Swedish municipalities, Vänersborg and Gnosjö, is introduced.</p><p>According to the result, there are areas with poor air quality even in smaller Swedish municipalities, mostly due to high emission from buildings with older wood heating furnace without hydraulic accumulator.</p><p>In Vänersborg three areas were analysed in VEDAIR for the year 2003: Vargön, Mariedal and the downtown district. In the whole municipality the upper evaluation threshold for PM10, which is defined as 14 µg/m3 for annual average, was exceeded due to background contribution of particles. In all areas, however, the concentrations of PM10 were less than the environmental quality norms. In Vargön, where wood heating furnaces are commonly used, in some areas the concentration of particles was as big as or bigger than the downtown district (annual average of 20 µg/m3). However, in downtown the pollutants were more spread. Biggest concentrations of PM10 were estimated in Mariedal, due to emissions from older wood heating furnaces and streets, mostly in areas with unfavourable meteorological conditions. Measurements of PM10 in the area are therefore suggested. Biggest concentrations of PM10 were prevailed during winter, due to great heating need in combination with cooler air temperature and more stable stratification. The local contribution of PM10 was negative correlated with temperature. In the downtown district, however, the biggest concentrations of PM10 were obtained during spring due to usage of studded tyres.</p><p>In Gnosjö the air quality considering PM10 was analysed in the areas Götarp, downtown and Gårö. Calculations in VEDAIR showed that the emissions from traffic were much less than wood heating furnace. The background annual average of PM10 in Gnosjö was 1 µg/m3 higher than Vänersborg. The air quality was quite equal as in Vänersborg, but there was an area in Gårö where the environmental quality norms considering PM10 almost were exceeded, this mostly due to emission from one building with high heating need.</p><p>In this study a comparison between calculated concentrations of PM10 with measured concentrations in Gnosjö for the period 3 November to 31 December 2003 was also made. The validation showed that VEDAIR underestimated the concentrations, but the result was anyway reasonable. Before, validations have only been performed for the northern part of Sweden, and this study indicates that VEDAIR also estimates concentrations of PM10 sufficiently well in southern part of Sweden.</p><p>The study also showed that if a house owner would replace an old wood heating furnace by a modern furnace with hydraulic accumulator, the annual average of the concentration of PM10 could decrease by 4 µg/m3 which is a reduction of 25%.</p> / <p>Ett internetverktyg, VEDAIR, för bedömning av luftkvalitet vid småskalig förbränning av biobränsle har utvecklats av SMHI med finansiering från bland andra Energimyndigheten och Naturvårdsverket. Modellen består av användargränssnitt och ett kopplat modellsystem där halterna av luftföroreningar beräknas för såväl regionala (internationellt som nationellt), urbana och lokala bidrag. I denna rapport presenteras modellen tillsammans med en första studie av luftkvaliteten med avseende på PM10 (partiklar med en diameter mindre än 10 µm) inom ett par testkommuner, nämligen Vänersborg i Västergötlands län och Gnosjö i Jönköpings län.</p><p>Resultatet visade att det finns områden även i små kommuner där sämre luftkvalitet kan utgöra ett problem. Till största delen berodde detta på hög emission från fastigheter med äldre vedeldningspannor utan ackumulatortank.</p><p>I Vänersborg undersöktes luftkvaliteten med avseende på PM10 i stadsdelarna Vargön, Mariedal och centrum för år 2003. För hela kommunen gällde att övre utvärderingströskel (gränsvärde för vilka mätningar är obligatoriska), som för årsmedelvärdet PM10 är 14 μg/m3 luft, överskrids pga bakgrundsbidrag. Samtliga av de undersökta områdena uppvisade dock halter som är lägre än miljökvalitetsnormerna. Beräkningar i VEDAIR för Vargön, inom vilket vedeldningen är huvudsakliga källan till emissionen av PM10, visade att koncentrationen partiklar inom vissa områden var lika höga eller högre än områden runt de mest trafikerade vägarna i centrala Vänersborg (årsmedelvärde på ca 20 μg/m3). I centrum var dock föroreningarna mer utbredda. Allra högst halter PM10 erhölls vid beräkningar i Mariedal, till följd av utbredd vedeldning med äldre vedpannor, trafikerade vägar och ogynnsamma meteorologiska förutsättningar. Enligt detta kan mätning av partiklar inom området vara befogat. Tidsserier av totalhalten PM10 visade att högst halter erhölls på vintern i Vargön, till följd av större uppvärmningsbehov i kombination med lägre utomhustemperatur och mer stabil skiktning. Det lokala bidraget uppvisade en negativ korrelation mot temperaturen. I centrum var halterna dock högst på våren pga slitagepartiklar från dubbdäck samt vägdamm.</p><p>För Gnosjö undersöktes luftkvaliteten i tre potentiella problemområden; Gårö, centrala Gnosjö och Götarp. Beräkningar i VEDAIR för Gnosjö visade att trafikens bidrag var betydligt mindre, men vedeldning var vanligt förekommande. Samtidigt var årsmedelvärdet för det regionala bakgrundsbidraget ca 1 μg/m3 högre än i Vänersborg. Luftkvaliteten var generellt sett likvärdig den för Vänersborg, men inom stadsdelen Gårö fanns ett område där koncentrationen PM10 var mycket nära miljökvalitetsnormerna. Huvudkällan till emissionen var en enskild fastighet med stort energibehov som värmdes upp uteslutande med ved.</p><p>I studien gjordes även jämförelse av beräknade PM10-halter från VEDAIR med uppmätta värden i Gnosjö för perioden 3 november till 31 december 2003. Valideringen visade att VEDAIR gav något underskattade, men ändå hyggliga resultat. Tidigare valideringar har enbart utförts för Norrland, och de nya resultaten tyder på att VEDAIR även ger tillförlitliga beräkningar för södra Sverige.</p><p>Studien visade också att om en enskild fastighetsägare skulle byta ut en äldre vedeldningspanna mot en modern med ackumulatortank skulle årsmedelvärdet PM10 lokalt i fastighetens närområde kunna sjukna med uppåt 4 μg/m3, vilket är en minskning med 25%.</p>

An Internet application, VEDAIR, for estimation of air quality in regions with small-scale combustion of bio fuel has been developed by Swedish Meteorological and Hydrological Institute with financing from Swedish Energy Agency and Swedish Environmental Protection Agency. The model contains user interface and a coupled model concept where concentrations of atmospheric pollutions are calculated for regional, urban and local contributions. In this report the model is described and a first study of air quality considering PM10 (particles with a diameter less than 10 µm) in two Swedish municipalities, Vänersborg and Gnosjö, is introduced. According to the result, there are areas with poor air quality even in smaller Swedish municipalities, mostly due to high emission from buildings with older wood heating furnace without hydraulic accumulator. In Vänersborg three areas were analysed in VEDAIR for the year 2003: Vargön, Mariedal and the downtown district. In the whole municipality the upper evaluation threshold for PM10, which is defined as 14 µg/m3 for annual average, was exceeded due to background contribution of particles. In all areas, however, the concentrations of PM10 were less than the environmental quality norms. In Vargön, where wood heating furnaces are commonly used, in some areas the concentration of particles was as big as or bigger than the downtown district (annual average of 20 µg/m3). However, in downtown the pollutants were more spread. Biggest concentrations of PM10 were estimated in Mariedal, due to emissions from older wood heating furnaces and streets, mostly in areas with unfavourable meteorological conditions. Measurements of PM10 in the area are therefore suggested. Biggest concentrations of PM10 were prevailed during winter, due to great heating need in combination with cooler air temperature and more stable stratification. The local contribution of PM10 was negative correlated with temperature. In the downtown district, however, the biggest concentrations of PM10 were obtained during spring due to usage of studded tyres. In Gnosjö the air quality considering PM10 was analysed in the areas Götarp, downtown and Gårö. Calculations in VEDAIR showed that the emissions from traffic were much less than wood heating furnace. The background annual average of PM10 in Gnosjö was 1 µg/m3 higher than Vänersborg. The air quality was quite equal as in Vänersborg, but there was an area in Gårö where the environmental quality norms considering PM10 almost were exceeded, this mostly due to emission from one building with high heating need. In this study a comparison between calculated concentrations of PM10 with measured concentrations in Gnosjö for the period 3 November to 31 December 2003 was also made. The validation showed that VEDAIR underestimated the concentrations, but the result was anyway reasonable. Before, validations have only been performed for the northern part of Sweden, and this study indicates that VEDAIR also estimates concentrations of PM10 sufficiently well in southern part of Sweden. The study also showed that if a house owner would replace an old wood heating furnace by a modern furnace with hydraulic accumulator, the annual average of the concentration of PM10 could decrease by 4 µg/m3 which is a reduction of 25%. / Ett internetverktyg, VEDAIR, för bedömning av luftkvalitet vid småskalig förbränning av biobränsle har utvecklats av SMHI med finansiering från bland andra Energimyndigheten och Naturvårdsverket. Modellen består av användargränssnitt och ett kopplat modellsystem där halterna av luftföroreningar beräknas för såväl regionala (internationellt som nationellt), urbana och lokala bidrag. I denna rapport presenteras modellen tillsammans med en första studie av luftkvaliteten med avseende på PM10 (partiklar med en diameter mindre än 10 µm) inom ett par testkommuner, nämligen Vänersborg i Västergötlands län och Gnosjö i Jönköpings län. Resultatet visade att det finns områden även i små kommuner där sämre luftkvalitet kan utgöra ett problem. Till största delen berodde detta på hög emission från fastigheter med äldre vedeldningspannor utan ackumulatortank. I Vänersborg undersöktes luftkvaliteten med avseende på PM10 i stadsdelarna Vargön, Mariedal och centrum för år 2003. För hela kommunen gällde att övre utvärderingströskel (gränsvärde för vilka mätningar är obligatoriska), som för årsmedelvärdet PM10 är 14 μg/m3 luft, överskrids pga bakgrundsbidrag. Samtliga av de undersökta områdena uppvisade dock halter som är lägre än miljökvalitetsnormerna. Beräkningar i VEDAIR för Vargön, inom vilket vedeldningen är huvudsakliga källan till emissionen av PM10, visade att koncentrationen partiklar inom vissa områden var lika höga eller högre än områden runt de mest trafikerade vägarna i centrala Vänersborg (årsmedelvärde på ca 20 μg/m3). I centrum var dock föroreningarna mer utbredda. Allra högst halter PM10 erhölls vid beräkningar i Mariedal, till följd av utbredd vedeldning med äldre vedpannor, trafikerade vägar och ogynnsamma meteorologiska förutsättningar. Enligt detta kan mätning av partiklar inom området vara befogat. Tidsserier av totalhalten PM10 visade att högst halter erhölls på vintern i Vargön, till följd av större uppvärmningsbehov i kombination med lägre utomhustemperatur och mer stabil skiktning. Det lokala bidraget uppvisade en negativ korrelation mot temperaturen. I centrum var halterna dock högst på våren pga slitagepartiklar från dubbdäck samt vägdamm. För Gnosjö undersöktes luftkvaliteten i tre potentiella problemområden; Gårö, centrala Gnosjö och Götarp. Beräkningar i VEDAIR för Gnosjö visade att trafikens bidrag var betydligt mindre, men vedeldning var vanligt förekommande. Samtidigt var årsmedelvärdet för det regionala bakgrundsbidraget ca 1 μg/m3 högre än i Vänersborg. Luftkvaliteten var generellt sett likvärdig den för Vänersborg, men inom stadsdelen Gårö fanns ett område där koncentrationen PM10 var mycket nära miljökvalitetsnormerna. Huvudkällan till emissionen var en enskild fastighet med stort energibehov som värmdes upp uteslutande med ved. I studien gjordes även jämförelse av beräknade PM10-halter från VEDAIR med uppmätta värden i Gnosjö för perioden 3 november till 31 december 2003. Valideringen visade att VEDAIR gav något underskattade, men ändå hyggliga resultat. Tidigare valideringar har enbart utförts för Norrland, och de nya resultaten tyder på att VEDAIR även ger tillförlitliga beräkningar för södra Sverige. Studien visade också att om en enskild fastighetsägare skulle byta ut en äldre vedeldningspanna mot en modern med ackumulatortank skulle årsmedelvärdet PM10 lokalt i fastighetens närområde kunna sjukna med uppåt 4 μg/m3, vilket är en minskning med 25%.

This Thesis work is part of course work for the Masters Program in Data Science at LTU.  The focus of this work is mainly to review the literature published to identify state-of-art methodologies applied to predict short-term electricity consumption. This includes the exploration of features and models as well-as the discussion of the results attained. Identify opportunities to improve the forecast results for southern Elområde(bidding area)4, Sweden. The application of different modern methods to forecast electricity consumption has been studied and experimented with. This work adapted the CRISP-DM, a Data Science methodology.

För övervakning av svenska vatten krävs noggranna mätningar av oceanografiska parametrar såsom våghöjd, vågriktning, ytvattentemperatur och ytströmmar. Mätdata för parametrarna samlas in av Sveriges Meteorologiska och Hydrologiska Institut (SMHI) och används till prognoser, sjöfart samt forskning. I denna studie undersöktes möjligheten att ersätta eller komplettera vågbojarna av modellen Directional Waverider MkIII som SMHI använder idag, med ny kommersiellt tillgänglig fjärranalysteknik. Projektet begränsades till att studera två högfrekvens-radartekniker och en X-bandradar. Studien är platsspecifik och utreder kvalitetsmässiga, ekonomiska och miljömässiga för- och nackdelar med de utvalda radarteknikerna i relation till vågbojarna. En litteraturstudie och modellering av data över parametrar som påverkar radarteknikernas räckvidd och datatillgänglighet genomfördes. Ur modelleringen drogs slutsatsen att det är möjligt att erhålla likvärdig datatillgänglighet med vågradar som med vågboj. Vidare modellering ledde till slutsatsen att radarteknikerna begränsas till ungefär hälften av sin optimala räckvidd i Östersjön på grund av den låga salthalten, och därför är Sveriges västkust bättre lämpad för placering av radarteknik. Undersökning av isbildning i havsvatten, som kan begränsa radarteknikernas räckvidd, ledde till slutsatsen att Sveriges västkust också är att föredra utifrån detta perspektiv. Med anledning av radarteknikers möjlighet att utföra mätningar över större områden, finner studien att det finns goda grunder för att motivera en ersättning eller komplettering av vågbojarna med modern radarteknik. Vidare talar radarteknikernas goda anpassningsförmåga, lägre inverkan på miljön och enklare underhållskrav jämfört med vågbojarna till dess fördel. Att övergå till radarteknik medför däremot högre installations- och driftkostnader i jämförelse med vågbojar.