Abstract There has been a lot of concern for the development and stay of electromechanics and metal industries in the Oulu South region lately, which has produced the motivation and rationale for this study as well. The lack of jobs forms a great problem for the development of the area and it has also generated a lot of removal of mostly young, graduated people. The main aim of this study is to find out the development process and contemporary state of those branches as well as to make a proposal for directing different development activities. The study clarifies the concept of the Oulu South region and its population, business structure and development. In addition, the development of the industries is examined both in Finland and global context. There is also a stastistics study of the industry development between the years 1993–2004 and a prediction for the future development. Besides, there was an inquiry in 51 enterprises in the region through which it was possible to clarify the business development cases not mentioned in the statistics. A case study was made in four enterprises, which made it possible to deepen the knowledge of different enterprises. The study dealt with starting up a business, its growth, contemporary views and prospects for the future. The three study components were all mutually complementary. The literature study gave some hints of what kind of actions have proved to be adequate in same kind of situations all over the world and have lead to new clusters and development processes. As a result of this study it was obvious that the electromechanics and metal industries in the region had been developing in the 1990`s and started to decline in the early 21st century. The development path seems to be quite similar in the region to that of whole Finland. The production volumes of the electromechanics in the region are more likely to decline than keep steady or even grow. This should be taken into consideration to prevent the imminent development of those industries. The enterprises within the electromechanics sector are mostly sub-contractors excluding few OEM manufacturers. The industries of the region do not have any own products even if those would strengthen their positions. It was found out through the inquiry that there was the greatest need for employees with upper secondary education. There have been many development activities to promote upper secondary education of the region and to adjust it to the demand of skilled workers. During the study there emerged no need for raising the education level in the enterprises. However, there should be research and development activities in the region. The research should be applied research serving the business sector in a concret manner and focusing on developing products and manufacturing. / Tiivistelmä Elektroniikan mekaniikan valmistuksen ja metalliteollisuuden kehittyminen ja säilyminen seutukunnassa on ollut huolenaiheena Oulun Eteläisellä alueella. Se on ollut myös tämän tutkimuksen tärkeimpänä motiivina. Työpaikkojen vähäisyys on ollut jarruna alueen kehitykselle, ja se on johtanut poismuuttoon alueelta. Etenkin nuori, opiskeluansa lopettava väestö on muuttanut herkästi muualle. Työn tavoitteena oli tutkia mainittujen toimialojen kehittymistä ja niiden tilaa tutkimuskauden aikana sekä tehdä tältä pohjalta ehdotuksia kehitystoiminnan suunnasta. Tutkimuksessa esitettiin kohdealueen rajaus ja väestö, käsiteltiin alueen elinkeinorakennetta ja sen kehitystä, tutkittiin toimialan kehitystä sekä Suomessa että globaalisti ja tehtiin tilastotietoihin pohjautuva tutkimus toimialan kehityksestä vuosina 1993–2004 sekä ennuste tulevasta kehityksestä. Lisäksi alueen 51 yrityksessä suoritettiin kyselytutkimus, jonka avulla selvitettiin yrityskohtaista kehitystä niiltä osin, mitä ei ollut tilastotietojen pohjalta pääteltävissä. Case-tutkimus tehtiin neljään yritykseen, millä oli mahdollisuus syventää yrityskohtaista tietämystä toimialoilta. Siinä käsiteltiin yritysten perustamisvaihetta, niiden kasvua sekä toimialan senhetkistä tilannetta ja tulevaisuuden näkymiä. Kaikki kolme tutkimuksen osa-aluetta täydensivät toisiaan. Kirjallisuustutkimuksesta saatiin viitteitä toimista, joiden on todettu maailmalla vastaavissa tilanteissa vaikuttaneen ja jotka ovat johtaneet teollisuuskeskittymien syntymiseen ja kehittymiseen. Tutkimuksen tuloksina selvisi, että toimialan teollisuus oli alueella lisääntynyt 1990-luvulla ja kääntynyt 2000-luvun alussa laskuun. Toimialan kehitys alueella noudattelee samaa kehityskaarta kuin kommunikaatioala yleensäkin Suomessa. Elektroniikan mekaniikan valmistuksen väheneminen alueella on tutkimuksen tarkasteluvälinkin jälkeen todennäköisempää kuin sen pysyminen ennallaan saati lisääntyminen. Tulisikin pohtia sitä, miten tämä teollisuudenalan taantuminen voidaan estää tai hankkia sitä korvaavia toimialoja. Elektroniikan mekaniikan yritykset toimivat pääasiassa alihankkijoina, lukuun ottamatta muutamaa sopimusvalmistajaa. Omia tuotteita alueen teollisuudella ei juuri ollut, vaikka ne vahvistaisivat teollisuudenalaa. Kyselytutkimuksessa ilmeni, että työntekijöiden päätarve kohdistui toisen asteen koulutuksen saaneisiin henkilöihin. Toisen asteen koulutusta on alueella kehitetty, ja pyritty sopeuttamaan sitä työntekijätarpeeseen. Tutkimuksessa ei tullut esille yritysten tarvetta nostaa työntekijöidensä koulutustasoa. Alueella tulisi kuitenkin olla tutkimus- ja kehitystoimintaa. Tutkimuksen tulisi olla soveltavaa tutkimusta, joka palvelisi konkreettisesti yritystoimintaa sekä kohdistuisi tuotteiden ja valmistuksen kehittämiseen.

Abstract Numerous efforts have been made in recent decades to recover the climate history of the Arctic region. The present PhD study is one of them, focusing on terrestrial sediments which were deposited in the Arctic Ocean during the Cenozoic. The Arctic Ocean, surrounded by land on all sides, is among the most important marine archives of sediments that record information of palaeoclimates, including cold climates with extensive glaciation. Evidence of ancient glaciations is generally retraced by observing widespread terrestrial ice-rafted debris (IRD) deposits on the seafloor, as large amounts of IRD are transported by icebergs during deglacial phases. However, it has been shown that sea ice also transports abundant IRD from shallow continental shelves. What is worth noticing is that glaciers and sea ice influence climate variables differently, and therefore, to model climate in past glaciations, IRD released from these factors should be differentiated. The relative proportions of glacial IRD and non-glacial IRD were determined in this study from two central Arctic Ocean expedition site recoveries: the Integrated Ocean Drilling Program’s (IODP) Arctic Coring Expedition (ACEX) 302 composite core recovery and the Swedish Polar Research Expedition’s Arctic Ocean 1996 (AO96) piston core 96/12-1pc. The main objective was to characterise and quantify the process- and environment-related microtextures of quartz sand grain surfaces. The data were subjected to statistical methods and a multiproxy approach, and the results were used to define the dynamics and timing of palaeoglaciations. The results indicate that the signals of glacial and non-glacial continental processes and the involvement of iceberg versus sea-ice rafting can be distinguished by microtextural and statistical analyses. Improvements in the general interpretation of late Pleistocene Eurasian ice sheet distribution and dynamics are provided: late MIS 4 (ca. 62–67 ka) reflects a deglacial phase with increased fluvial activity, whereas MIS 3 at ca. 45 ka is related to glacial advance characterised by the oscillating and calving Barents-Kara ice sheet. Based on the results of this study, the early glacial ice on the Arctic continent can be retraced back to the late Palaeocene ca. 56 Ma. / Tiivistelmä Arktisen alueen ilmastohistoriaa on pyritty selvittämään usein eri tavoin viime vuosikymmenten aikana. Tässä tutkimuksessa on keskitytty Jäämereen kerrostuneiden mantereelta peräisin olevien sedimenttien ominaisuuksiin. Jäämeri on yksi tärkeimmistä mannerten ympäröimistä merialueista jonka pohjan sedimentteihin on tallentunut tietoa menneistä ilmasto-oloista, kuten laajoista jäätiköitymisistä. Jään kuljettaman sedimenttiaineksen runsas esiintyminen merenpohjan kerrostumissa on yleisesti tulkittu todisteeksi menneistä jäätiköitymisistä, sillä jäävuorikuljetus on runsainta mannerjäätikön sulamisvaiheessa. Myös merijää voi kuljettaa runsaasti sedimenttiainesta joka on peräisin matalalta mannerjalustavyöhykkeeltä. Jäätiköiden ja merijään vaikutus ilmastomuuttujiin on hyvin erilainen ja siksi on tärkeää selvittää niiden osallisuus eri ilmastovaiheissa. Tässä tutkimuksessa määritettiin jäävuorien ja merijään kuljettaman sedimenttiaineksen suhteelliset osuudet kahdesta keskeisen Jäämeren tutkimusmatkan kaira-aineistosta: Integrated Ocean Drilling Program (IODP) -ohjelman Arctic Coring Expedition 302 (ACEX) -tutkimusmatkan yhdistetystä kaira-aineistosta ja Swedish Polar Research Expedition Arctic Ocean 1996 (AO96) -tutkimusmatkan kaira-aineistosta 96/12-1pc. Tärkein tavoite oli kuvata ja laskennallisesti määrittää kvartsihiekkarakeiden pintamikrotekstuurit, jotka ovat syntyneet erilaisissa prosesseissa ja ympäristöissä. Aineistoa tarkasteltiin tilastollisin- ja moniaineistomenetelmin, ja tuloksia käytettiin jäätiköiden dynamiikan ja ajoituksen määrittämiseen. Tämän tutkimuksen johtopäätöksenä voidaan todeta että jäätikköön ja ei-jäätikköön liittyvät mantereiset prosessesit, sekä jäävuori- ja merijääkuljetuksen osallisuus, voidaan erottaa mikrotekstuuri- ja tilastollisen analyysin avulla. Tutkimus tarkentaa tulkintoja myöhäis-Pleistoseenin jäätiköiden alueellisesta levinneisyydestä ja dynamiikasta: myöhäinen MIS 4 (noin 62–67 ka) oli deglasiaalivaihetta jolloin fluviaalitoiminta oli aktiivista, kun taas MIS 3 noin 45 ka liittyy jäätiköitymisvaiheeseen jolloin Barentsin-Karan jääkenttä oskilloi ja jäävuorikuljetus oli runsasta. Tutkimuksen tuloksena voidaan myös tarkentaa varhaisten Arktisten jäätiköitymisten ajankohta myöhäiseen Paleoseeniin noin 56 Ma.

Abstract Rivers create unique habitat for aquatic life and provide ecosystem services for humans. Thus, degradation of river water quality is a serious, global problem. Water quality is the outcome of anthropogenic and natural landscape factors and the interaction of these two. To improve water quality, robust and quick methods are needed to study the complex, spatio-temporally dependent relation between water quality and environment conditions across extensive areas. This thesis aimed to study the relationship between water quality (total phosphorus and nitrogen, pH, water colour and dissolved oxygen) and environmental factors in boreal rivers combining grid-based data and statistical methods. The study comprised of 34 Finnish rivers with their catchments. First, the effect of natural and human-induced environmental factors on water quality was studied. Then, (a) the ability of the characteristics of different spatial scales around the river channel and under different discharge conditions to predict water quality was explored and (b) the suitability of the applied statistical methods (generalized linear and additive models, partitioning methods, non-metric multidimensional scaling) in water quality studies was evaluated. As expected, the results highlighted the impact of agricultural activities on water quality as nutrients and pH increased, together with the cover of agricultural activities. However, when studied as a group, natural factors explained water quality better than land use/cover. Lakes were strongly related to decreased nutrients and water colour. The effect of fine-grained soils on nutrients and pH was positive. In the scale studies, nutrients and water colour were best explained by the characteristics of the entire catchment but pH was mostly predicted by the characteristics of the 50 m riparian zone. The connection between water quality and environment was strongest during high-flow discharge periods. The results encourage the use of the applied methods, showing that the combination of grid-based data and advanced statistical methods provide an efficient first-filter estimate of water quality-environment relations. Spatial-based statistical modelling provides a crucial framework for river, water resources and land use management. The applied methods can also be seen as essential tools when predicting the impacts of global change on water quality. / Tiivistelmä Joet luovat vesielämälle ainutlaatuisen elinympäristön ja tarjoavat ihmisille ekosysteemipalveluja. Jokien vedenlaadun huononeminen onkin vakava, maailmanlaajuinen uhka. Vedenlaatua määrittävät luonnolliset ja ihmisen muokkaamat ympäristötekijät sekä näiden yhteisvaikutus. Vedenlaadun kohentamiseksi tarvitaan luotettavia ja nopeita menetelmiä, joiden avulla voidaan tutkia monimutkaista, alueellisesti ja ajallisesti riippuvaa yhteyttä vedenlaadun ja ympäristöolojen välillä laajoilla alueilla. Tässä väitöskirjassa oli tavoitteena tutkia vedenlaadun (kokonaisfosfori ja -typpi, pH, väriluku ja liukoinen happi) ja ympäristön yhteyttä boreaalisella vyöhykkeellä käyttäen paikkatietoaineistoja ja tilastollisia menetelmiä. Tutkimusalueena oli 34 suomalaista jokea valuma-alueineen. Ensinnäkin tutkittiin luonnollisten ympäristötekijöiden ja ihmistoiminnan vaikutusta vedenlaatuun. Tavoitteena oli myös selvittää, miten joen ympärillä olevien erikokoisten vyöhykkeiden ominaisuudet ja vaihtelevat virtaamaolosuhteet selittävät vedenlaatua. Lopuksi arvioitiin käytettyjen tilastollisten menetelmien (yleistetyt lineaariset ja additiiviset mallit, hajonnan ositusmenetelmät, ordinaatioanalyysi) soveltuvuutta vedenlaatututkimuksissa. Tuloksissa korostui odotetusti valuma-alueen maatalouden vaikutus vedenlaatuun. Ravinteiden määrä ja pH-luku kasvoivat maatalouden lisääntyessä. Muuttujien ryhmittäisessä tarkastelussa ympäristön luonnolliset ominaisuudet selittivät vedenlaatua maankäyttöä/-peittoa paremmin. Järvisyyden lisääntyminen oli yhteydessä ravinteisuuden ja väriluvun laskuun. Hienorakeiset maalajit olivat yhteydessä ravinteisuuden ja pH-luvun nousuun. Mittakaavatarkastelussa ravinteisuutta ja värilukua ennustivat parhaiten koko valuma-alueen ominaisuudet, mutta pH-lukua selittivät parhaiten ominaisuudet 50 m:n vyöhykkeellä joen ympärillä. Ympäristön ja vedenlaadun yhteys oli voimakkaimmillaan, kun jokien virtaamat olivat korkeimmillaan. Tämä väitöskirja osoittaa, että paikkatietoaineistojen ja sovellettujen tilastollisten menetelmien yhteiskäyttö tuottaa tehokkaita malleja vedenlaadun ja ympäristön välisestä yhteydestä. Spatiaalis-tilastollinen mallinnus tarjoaa tärkeän viitekehityksen jokien ja vesistöjen käytön sekä maankäytön suunnitteluun. Lähestymistapa voidaan nähdä myös tärkeänä välineenä ennustettaessa globaalimuutoksen vaikutusta vedenlaatuun.

Abstract The purpose of the study was to increase understanding of the discussion of values of municipal health services as a phenomenon based on theoretical and empirical material. There has been very little research on organisation-internal discussion of values within health care services. The aim was to generate information about organisation values and discussion on values from the joint perspective of leading health care officials and elected officials. In addition, the aim was to produce a research-based model of value discussion within municipal health care services with the aid of a future research application of soft system methodology. In the theoretical part, Rest’s ethical decision-making model was utilised in conceptualizing value discussions within health care services. In addition, the multifaceted nature of the value environment of municipal health care organisations was analysed, and value discussion was linked to an ethical operational culture as its manifestation. The empirical part was implemented as a qualitative case study in the area of collaboration comprising health care services of three municipalities. Material was collected from those with permanent posts and from elected officials (a total of 25 persons) using interviews and with a three-phase future workshop process (a total of 16 persons). The data collected was systematically analysed. The study produced as a new finding a hypothetical construction of value discussions within health care services. The four main components of the construction were identification of organisation values, a collaboration-based approach to value discussion, encountering value conflicts and a visible value discussion culture. The aim of the components was to describe and aid in understanding the multidimensional nature of value discussions on municipal health care services. In the study, a soft system model of value discussions on municipal health care services was drawn up, combining theoretical and empirical knowledge of the phenomenon under study to form a whole. The novelty value of the theoretical results is a more structured analysis of the phenomenon of value discussion on organisation level, and based on this, a description of the process of change in the area of collaboration within primary health care. For practical-level actors, the study is an example of how values and value discussions within health care services can be examined, and how progress can be made in a defined direction by analysing the problems involved. The study can also be utilised in health care education and research, especially in planning soft system methodology applications. / Tiivistelmä Tutkimuksen tarkoituksena oli lisätä ymmärrystä kunnallisten terveyspalveluiden arvokeskustelusta ilmiönä teoreettisen ja empiiristen aineistojen pohjalta. Organisaation sisäistä arvokeskustelua terveydenhuollossa on tutkittu erittäin vähän. Tavoitteena oli tuottaa tietoa organisaatioarvoista ja arvokeskustelusta kunnallisten terveyspalveluiden johtavien viranhaltijoiden ja luottamushenkilöiden yhteisestä näkökulmasta. Lisäksi tavoitteena oli tuottaa tutkimustietoon perustuva malli kunnallisten terveyspalveluiden arvokeskustelusta pehmeän systeemimetodologian tulevaisuudentutkimussovelluksen avulla. Teoriaosassa hyödynnettiin Restin eettisen toiminnan mallia, jonka avulla terveyspalveluiden arvokeskustelu käsitteellistettiin. Lisäksi analysoitiin kunnallisen terveyspalveluorganisaation arvoympäristön moninaisuutta ja liitettiin arvokeskustelu eettisen toimintakulttuurin ilmentäjäksi. Empiirinen osa toteutettiin laadullisena tapaustutkimuksena kolmen kunnan terveyspalveluiden yhteistoiminta-alueella. Aineistot kerättiin viranhaltijoilta ja luottamushenkilöiltä (yhteensä 25 henkilöä) haastattelemalla ja kolmivaiheisessa tulevaisuusverstasprosessissa (yhteensä 16 henkilöä) tuotetuilla aineistoilla, jotka analysoitiin systemaattisella analyysilla. Tutkimuksessa tuotettiin uutena tietona terveyspalveluiden arvokeskustelusta hypoteettinen konstruktio, jonka neljä komponenttia olivat organisaatioarvojen tunnistaminen, yhteistyölähtöinen tahtotila arvokeskusteluun, arvoristiriitojen kohtaaminen ja näkyvä arvokeskustelukulttuuri. Komponenttien tarkoituksena oli kuvata ja auttaa ymmärtämään kunnallisten terveyspalveluiden arvokeskustelun moniulotteisuutta. Tutkimuksessa muodostettiin kunnallisten terveyspalveluiden arvokeskustelun pehmeä systeemimalli, joka kokosi teoreettisen ja empiirisen tiedon tutkimuksen kohteena olevasta ilmiöstä kokonaisuutena. Teoreettisten tulosten uutuusarvo on terveydenhuollon organisaatiotason arvokeskusteluilmiön aikaisempaa jäsentyneempi tarkastelu ja tämän pohjalta muodostettu muutosprosessin kuvaus perusterveydenhuollon yhteistoiminta-alueella. Käytännön toimijoille tutkimus on esimerkki, miten terveyspalveluiden arvoja ja arvokeskustelua voidaan tarkastella ja siihen liittyviä ongelmia jäsentämällä edistyä määriteltyyn suuntaan. Tutkimusta voidaan hyödyntää myös terveydenhuollon koulutuksessa ja tutkimuksessa, erityisesti pehmeän systeemimetodologian soveltamista suunniteltaessa.

Abstract Despite the greater strategic importance and increasing activities in the Arctic as well as the increased attention paid by national governments, few attempts have been made to understand the on-going demographic changes from a pan-Arctic perspective. In particular, population aging or “silverization” is a demographic megatrend affecting regional societies and the economy which can exert profound social consequences in this most desolate and least populated region in the world. Although there are a few studies investigating aging in the Arctic countries, none have extended their research to the sub-national level. This thesis consists of an analysis of aging and possible rejuvenation trends in 23 Arctic sub-regions, and compares these trends to the national average of their eight respective countries. Two groups of indicators have been used to measure aging; these are based on “chronological” and “prospective” ages, the latter considers changes in life expectancy and improvements in population health. The study generated a large set of aging data for the period 1980/1990 to 2010 as well as the present day, utilizing the available baseline data. The discussion examined major trends in aging elucidating the interactions of conventional and prospective indicators, revealed the oldest and youngest territories, linkages between the Arctic and nationwide rates, the fastest and slowest regions that are aging (or in contrast, rejuvenating), sex and ethnic differences, and whether Northern Canada and Alaska, North Atlantic, Arctic Russia and Northern Fennoscandia are converging or diverging in terms of aging development. In addition, the interplay of causes of aging and other demographic conditions of Arctic territories was examined as well as the gaps in knowledge and prospects for future research. The international comparative evidence of the thesis can help the northern communities’ policy makers in planning changes that have to be made in order to adjust to an aging transition. It is clear that sustainable population development is the key to a viable Arctic region. / Tiivistelmä Arktisella alueella tapahtuvaa väestörakenteen muutosta ja sen syitä on tutkittu vähän, vaikka alueen merkitys ja aktiviteetit ovat korostuneet valtioiden strategioissa. Erityisesti väestön ikääntyminen tai ”harmaantuminen” on yleinen demografinen suuntaus, joka vaikuttaa pohjoisten alueiden väestöön ja talouteen ja voi johtaa syvällisiin yhteiskunnallisiin seurauksiin tällä maailman harvaan asutuimmalla alueella. Ikääntymistä on tutkittu jonkin verran yksittäisissä maissa, mutta ei näiden maiden pohjoisissa osissa. Tässä väitöskirjatyössä analysoidaan ikääntymistä ja mahdollista nuorentumista kahdeksan arktisen maan 23 pohjoisella alueella ja näitä verrataan saman maan kansalliseen keskiarvoon. Ikääntymisen mittareina on käytetty kahta mittaustapaa perustuen joko ”kronologiseen” tai ”prospektiiviseen” ikään, joista jälkimmäinen huomioi muutokset odotettavissa olevassa eliniässä sekä väestön terveydentilan kohentumissa. Tutkimuksen tuloksena syntyi laaja ikääntymistä käsittelevä tietoaineisto vuosilta 1980/1990 vuoteen 2010/nykypäivään perustuen käytettävissä oleviin lähtöaineistoihin. Tässä työssä yksilöitiin ikääntymisen pääsuuntaukset ja vertailtiin perinteisten ja uusien indikaattoreiden tuottamia tuloksia. Lisäksi selvitettiin ikääntymisen kannalta väestöltään vanhimmat ja nuorimmat alueet, verraltiin arktisen alueen ja kansallisten lukujen välisiä yhteyksiä sekä esiteltiin nopeimmin ja hitaimmin ikääntyvät (tai nuorentuvat) alueet sekä sukupuoleen ja etnisyyteen liittyviä eroja. Tutkimus luo uutta tietoa Pohjois-Kanadan ja Alaskan, Pohjois-Atlantin alueen, Venäjän arktisen alueen sekä pohjoisen Fennoskandian väestöjen ikääntymiskehityksestä. Lisäksi väitöskirjatyö analysoi ikääntymiskehityksen ja muiden väestökehitykseen liittyvien olosuhteiden syitä arktisella alueella sekä tulevaisuuden tutkimustarpeita. Kansainvälinen vertailu voi auttaa valtioiden ja alueiden päättäjiä tekemään suunnitelmat, joilla pohjoiset yhteisöt voivat sopeutua ikääntymisen tuomiin haasteisiin. Kestävä väestökehitys on avain elinvoimaiseen arktiseen alueeseen.

Abstract The uniformity of conductive materials is an important property in thin film electronic applications such as solar cells and light emitting diodes (LED). Such uniformity variations are often very small, invisible or below the surface of the film and thus are difficult to detect even when using high-resolution characterization devices. Thus, surface measurement instruments such as profilometer, atomic force microscope, or scanning electron microscope can all encounter remarkable challenges. The uniformity of films can also be analyzed by conductivity measurements. However, they do not provide the precise spatial uniformity information of a large area sample. To be able to investigate systematically the defects of conductive thin films an appropriate sample preparation method was constructed. In addition, a synchronized heating and IR-imaging based system (called synchronized thermography = ST) was developed to overcome the limitations of existing characterization methods. ST performance was tested and analyzed by measuring the single and multi-layer structures. In this work, Indium Tin Oxide (ITO) and poly(3,4-ethylenedioxy-thiopene):poly(styrene-sulfonate) (PEDOT: PSS) were used as examples of conductive thin films. Obtained results show that ST is capable of localizing even small defects from thin film structures based on a single IR-image. In order to make automatic identification of the defect locations and the sizes of the defects, a data processing algorithm was implemented. The performed experiments have proven ST capable of determining the conductivity of the films and the critical bending curvature of ITO. Based on thin film multi-layer PEDOT:PSS measurements, the results suggest use of the ST-method is also suitable for thickness measurements. ST with automatic data processing is a simple method to localize small defects in large-area thin film structures. This approach opens up new possibilities in measuring industrial scale manufacturing processes. / Tiivistelmä Johtavien materiaalien tasalaatuisuus on tärkeä ominaisuus ohutkalvoelektroniikan sovelluksissa kuten aurinkokennoissa ja valoa emittoivissa diodeissa (LED). Tasalaatuisuuserot ovat usein erittäin pieniä, näkymättömiä tai ne sijaitsevat pinnan alla, joten niiden havaitseminen on vaikeaa jopa korkean resoluution karakterisointivälineillä. Niinpä pintaa mittaavat laitteet kuten profilometri, atomivoimamikroskooppi ja skannaava elektronimikroskooppi kohtaavat merkittäviä haasteita. Pinnan tasalaatuisuutta voidaan analysoida myös johtavuusmittauksilla. Ne eivät kuitenkaan anna täsmällistä spatiaalista informaatiota suurista näytteistä. Johtavien ohutkalvojen rikkoutumien systemaattista tutkimista varten kehitettiin oma näytteiden käsittelymenetelmä. Lisäksi kehitettiin synkronoituun lämmitykseen ja infrapunakuvantamiseen perustuva mittaussysteemi (menetelmän nimi: synkronoitu termografia = ST), jolla pyritään ratkaisemaan nykyisten menetelmien rajoitukset. ST-menetelmää testattiin ja analysoitiin mittaamalla yksi- ja monikerroksisten kalvojen rakenteita. Indiumtinaoksidia (ITO) ja poly(3,4-etyleenidioksi-tiofeeni):poly(styreeni-sulfonaatti):a (PEDOT: PSS) käytettiin esimerkkeinä johtavista kalvoista. Tulokset osoittavat, että ST kykenee paikallistamaan pienetkin virheet ohutkalvorakenteista jopa yhden infrapunakuvan perusteella. Automaattisen tiedonkäsittelyn algoritmi implementoitiin identifioimaan virheiden paikkariippuvuuksia ja kokoja. Tehdyt kokeet osoittavat, että ST-menetelmä soveltuu kalvojen johtavuuden ja ITO:n kriittisen taivutussäteen määrittämiseen. Monikerroksisiin PEDOT:PSS rakennemittauksiin perustuen ST-menetelmä näyttäisi soveltuvan myös ohutkalvojen paksuuksien määrittämiseen. ST-menetelmä yhdistettynä automaattiseen mittaustiedon prosessointiin on yksinkertainen menetelmä paikallistamaan pieniä virheitä suuripinta-alaisilla näytteillä. Tämä lähestymistapa avaa uusia mittausmahdollisuuksia teollisuuden tuotantoprosesseihin.

Abstract Hematopoietic cells, i.e., erythrocytes, platelets and white blood cells, differentiate from hematopoietic stem cells in a process that is similar in vertebrates. Hematopoiesis is regulated by molecules expressed by both the hematopoietic stem and progenitor cells and the surrounding microenvironments. Knowledge of these molecules is important since many of the genes involved in normal hematopoiesis are mutated in leukemia. Furthermore, this information can be utilized in more efficient isolation and expansion of hematopoietic cells in vitro. However, these molecules are not yet sufficiently characterized. Transmembrane immunoglobulin and mucin domain (TIM) genes form a known family of immunoregulators. In mammals, TIM-4 is expressed by antigen presenting cells, while TIM-1, TIM-2 and TIM-3 are expressed by T cells, in which they regulate differentiation of TH cells. The role of TIM molecules in hematopoiesis has not yet been investigated. The aim of this thesis work was to identify and analyze novel molecules involved in embryonic hematopoiesis using chicken and mouse as model organisms. This was carried out by generating a cDNA library of hematopoietic stem and progenitor cells from embryonic chicken para-aortic region. Both previously known and novel candidate genes were identified from the library. Among them, we found homologs to tim genes. Their expression and role in hematopoiesis was studied further. TIM-2 expression was shown to be tightly governed during B cell development. It is expressed by common lymphoid progenitors and highly proliferative large-pro and large pre-B cells during both fetal liver and adult bone marrow hematopoiesis. In mouse, tim-4 expression was restricted to fetal liver CD45+F4/80+ cells. Furthermore, two distinct populations were identified: F4/80hiTIM-4hi and F4/80loTIM-4lo. The results suggest that the F4/80hiTIM-4hi cells are yolk sac-derived macrophages and the F4/80loTIM-4lo cells myeloid progenitors. This work shows for the first time that TIM family molecules are expressed during hematopoiesis. TIM-2- and TIM-4 are expressed by specific cell types during hematopoietic cell development, and in the future they may be utilized as markers in isolation of hematopoietic progenitor cells. / Tiivistelmä Verisolut eli punasolut, verihiutaleet ja immuunipuolustuksessa tärkeät valkosolut kehittyvät alkion veren kantasoluista prosessissa, joka on kaikissa selkärankaisissa samankaltainen. Veren kanta- ja esisolujen sekä ympäröivän mikroympäristön tuottamat molekyylit säätelevät hematopoieesia eli verisolujen kehitystä. Näiden molekyylien tunteminen on tärkeää, sillä useat normaalia verisolujen kehitystä säätelevät geenit ovat osallisena myös verisyöpien synnyssä. Lisäksi tätä tietoa on mahdollista hyödyntää verisolujen tehokkaammassa eristämisessä ja kasvattamisessa hoitoja varten. Immuunipuolustuksen solut, kuten syöjäsolut eli makrofagit ja T-solut, ilmentävät TIM-molekyylejä (Transmembrane Immunoglobulin and Mucin). Ne toimivat immunologisen vasteen säätelyssä sekä solusyönnissä, mutta niiden roolia verisolujen kehittymisessä ei ole selvitetty aikaisemmin. Tässä väitöstutkimuksessa etsittiin uusia hematopoieesiin vaikuttavia geenejä käyttäen mallieläiminä sekä kanaa että hiirtä. Tutkimuksessa luotiin geenikirjasto kanan alkion para-aortaalisen alueen veren kanta- ja esisoluista. Kirjastosta tunnistettiin useita ennalta tiedettyjä sekä uusia verisolujen kehitykseen vaikuttavia geenejä. Tutkimuksessa analysoitiin tarkemmin kirjastosta löytyneiden TIM-geeniperheen jäsenten ilmentymistä ja roolia verisolujen kehityksessä. Tutkimuksessa osoitettiin, että TIM-2 proteiinin ilmentymistä säädellään tarkasti B-solujen kehityksen aikana. Lymfosyyttien yhteiset esisolut sekä suuret pro-B- ja pre-B-solut ilmentävät TIM-2 proteiinia B-solukehityksen aikana sekä alkion maksassa että aikuisen luuytimessä. Hiiren alkiossa tim-4 geenin ilmentyminen oli rajoittunut maksaan, jossa erottui kaksi erillistä solupopulaatiota: F4/80hiTIM-4hi ja F4/80loTIM-4lo. Tutkimuksen tulokset viittaavat siihen, että maksan F4/80hiTIM-4hi solut ovat ruskuaispussista lähtöisin olevia syöjäsoluja ja F4/80loTIM-4lo solut myeloidisen linjan esisoluja. Tämä tutkimus on ensimmäinen osoitus TIM-molekyylien ilmentymisestä kehittyvissä verisoluissa. Havaitsimme, että TIM-2 ja TIM-4-molekyylejä ekspressoidaan tietyissä soluissa verisolujen erilaistumisen aikana, joten tulevaisuudessa niitä on mahdollista käyttää merkkiproteiineina hematopoieettisten solujen esiasteita eristettäessä.

Abstract The aims of the present study were to clarify the antenna function and radio frequency radiation (RFR) sensitivity of human subjects using theoretical calculations and field tests. The weak very high frequency (VHF) electromagnetic fields and spontaneous hand movements were recorded. Groups of university students, other volunteers and as a very interesting group, experienced well finders, were used as test subjects. The VHF field was studied using a spectrum analyser and tuneable narrow-band or broad-band meter with a dipole antenna. The hand movements were registered by potentiometric systems and electromyography (EMG). The test subjects (altogether n = 140) in different tests were walking, sitting in a cart being pulled slowly forward, or sitting in a moving car. The responses were observed and hand movements were recorded and analysed by personal computers. By visual inspection and using the Pearson's correlation, the results of different individuals have been compared with the measured intensity of far fields of a radio mast. Reaction spots and graphs defined by different individuals in the same experiment areas have been compared to each other. Hand movement correlated with the reactions of the forearm and shoulder muscles, e.g., pronator teres and trapezius, by EMG measurements. The reactions of some persons correlated with each other. Experiments in a slow moving wagon and in a moving car showed a correlation between the test subjects’ hand movements and the intensity of below 1 mV/m radio and TV signals measured in the vicinity of the test subject. In open field tests different persons usually reacted in widely different ways. The most evident results were recorded near the buildings, where the radio waves reflected from the wall and patterns of standing waves were clear. Many VHF frequency modulated (FM) broadcasting signals were summed at these places at the same time. It is concluded that the spontaneous hand movement reactions occurred as a response of the human body to the gradients of the VHF field intensity. The reaction generally occurred in interference patterns of multipath propagation or standing waves originating from the radiation of FM radio and TV broadcasting transmitters and radiation reflected from the walls of buildings or from other objects. This non-thermal reaction was clearly observable as spontaneous arm movements by 39 percent of the 85 tested students. / Tiivistelmä Tässä tutkimuksessa selvitettiin ihmisen herkkyyttä radiotaajuiselle säteilylle. Ihmisen toimimista radioaaltojen antennina tarkasteltiin teoreettisesti ja kenttäkokein. Heikkojen VHF-alueen radioaaltojen voimakkuutta ja tahattomia käsien liikkeitä rekisteröitiin valituilla koepoluilla. Koehenkilöinä on ollut yliopiston opiskelijoita ja muita vapaaehtoisten ryhmiä. Kiinnostavin ryhmä oli kokeneet kaivonkatsojat, joiden käsienliikereaktioihin radioaaltojen vaikutuksista löytyy viitteitä kirjallisuudesta. Radioaaltojen voimakkuuden vaihteluja mitattiin spektrianalysaattorilla ja laajakaistaisella VHF-alueen integroivalla mittarilla. Käsien liikkeitä rekisteröitiin potentiometriin perustuvilla liikeantureilla. Lihasten sähköimpulsseja rekisteröitiin elektromyografia- eli EMG-laitteella. Eri koesarjoissa koehenkilöt (yhteensä 140) kävelivät, istuivat hitaasti vedettävässä vaunussa tai istuivat liikkuvassa autossa. Reaktioita tarkkailtiin ja käsien liikkeet ja mitatut kentänvoimakkuudet rekisteröitiin ja analysoitiin tietokoneella. Eri koehenkilöiden tuloksia, reagointipaikkoja ja rekisteröityjä käyriä 5–35 km:n etäisyydellä mastoista tarkasteltiin silmämääräisesti. Pearsonin korrelaatiolaskentaa apuna käyttäen tuloksia verrattiin radiomastojen säteilyn voimakkuuteen. Eri ihmisten reagointikohtia ja käyriä samoilta koealueilta vertailtiin keskenään. Koeasetelmassa käsienliikkeiden todettiin korreloivan joidenkin kyynärvarren ja hartialihasten (mm. pronator teres ja trapezius) EMG-signaaleihin. Joidenkin koehenkilöiden tulokset korreloivat keskenään. Hitaasti vedettävässä vaunussa ja liikkuvassa autossa tehdyissä kokeissa tuli esille korrelaatio vartalon edessä olevien käsien loittonemis-lähestymis-liikkeiden ja koehenkilön välittömässä läheisyydessä mitattujen 1 mV/m -tasoisten radio- ja TV-signaalien voimakkuusvaihtelujen välillä. Avoimella kentällä henkilöt reagoivat hyvin eri tavoin. Parhaiten yhteys tuli esille rakennusten lähellä sijaitsevilla koealueilla, joissa radioaallot heijastuivat rakennuksen seinästä muodostaen selkeitä seisovan aallon kuvioita. Useat taajuusmoduloidut VHF-alueen radiosignaalit summautuivat näissä paikoissa samanaikaisesti. Johtopäätöksenä on, että tahattomat käsienliikkeet tapahtuvat kehon vasteena VHF-kentän voimakkuuden muutoksille. Reaktio tapahtui yleensä interferenssi-kuvioissa tai seisovissa aalloissa, jotka muodostuvat FM-radio- ja TV-lähetysten monitie-etenemisestä radioaaltojen heijastuessa rakennusten seinistä tai muista kohteista. Tämä ei-lämpövaikutustason reaktio oli selvästi havaittavissa olkapään tasalle koukistetun käden tahattomana ojennus-koukistus-liikkeenä 39 prosentilla testatuista 85 opiskelijasta.

Abstract The worldwide success of wireless communications was originally fueled by the possibility to replace existing cables with wireless solutions. This phenomenon imposed the development of security engineering as a multidisciplinary field. Although wireless solutions can reduce installation costs and allow introducing new services, the end–users expect it to have the same level of security as they would normally have with wired solutions. Secure communications is an important part of the overall security of industrial wireless communications systems (IWCS). The aim of this thesis is to develop new security engineering methodologies for IWCS. The author develops countermeasures against confidentiality and integrity attacks and carries out a security analysis covering the protocol, electromagnetic and physical layer. In the first part of the thesis, Host Identity Protocol (HIP) is utilized to secure communication in an intra–vehicular network. Simulations and measurement campaigns are also conducted to evaluate the impact of the overhead on security in a tunnel, considering line–of–sight (LOS) and non–LOS (NLOS) scenarios. Electromagnetic analysis (EMA) is an important step in the development of safety–related systems. Today, the increasing usage of smaller integrated circuit also increases the susceptibility to electromagnetic (EM) interference. From near–field (NF) to far–field (FF) transformation, a method for the evaluation of the emissions leakage is investigated. The virtual EM (VEM) interface of the device–under–test (DUT) is studied, and it is described how an adversary can exploit it for denial of service (DoS) attacks. An effective jamming attack model is studied, and the theoretical calculations are validated with experiment–based results. Finally, focusing attention on physical layer security, two algorithms are developed. Active radio frequency fingerprinting (RFF) implements the exchange of a public key during the setup of secure communication. Afterwards, utilizing a jamming receiver in conjunction with the spread spectrum (SS) watermarking technique, the watermark–based blind physical layer security (WBPLSec) protocol is presented. The analysis and results indicate how the WBPLSec seems to be a valuable technique for deploying physical layer security by creating a secure region around the receiver. / Tiivistelmä Langattoman tietoliikenteen maailmanlaajuista suosiota kiihdytti alun perin mahdollisuus korvata tietoliikennejärjestelmissä käytetyt kaapelit langattomilla ratkaisuilla. Ilmiö lisäsi myös tarvetta kehittää alan turvatekniikkaa monialaisen tutkimuksen pohjalta. Vaikka langattomat ratkaisut merkitsevät pienempiä asennuskustannuksia ja tarjoavat mahdollisuuksia luoda uudenlaisia palveluja, järjestelmien loppukäyttäjät edellyttävät kuitenkin niiden turvallisuuden olevan vastaavalla tasolla kuin langallisissa verkoissa. Myös teollisuuden langattomien tietoliikennejärjestelmen turvallisuus riippuu pitkälti viestintäkanavien turvallisuudesta. Väitöksen tavoitteena on kehittää uusia menetelmiä, joilla teollisuuden langattomat tietoliikennejärjestelmät voitaisiin turvata. Väitöksessä kehitetään toimenpiteitä tietoliikennejärjestelmien luottamuksellisuuteen ja koskemattomuuteen kohdistuvia hyökkäyksiä vastaan ja toteutetaan turvallisuusarviointi, joka kattaa järjestelmän protokollakerroksen sekä sähkömagneettisen ja fyysisen kerroksen. Väitöksen ensimmäisessä osassa hyödynnetään HIP–protokollaa (Host Identity Protocol) liikennevälineen sisäisen tietoliikennejärjestelmän turvallisuuden varmistamisessa. Lisäksi siinä kuvataan simulaatiot ja mittaushankkeet, joiden tavoitteena on arvioida käytetyn protokollan turvallisuusvaikutuksia esteettömän (line–of–sight, LOS) ja esteellisen (non–line–of–sight, NLOS) näköyhteyden tapauksissa. Sähkömagneettinen analyysi on tärkeä vaihe turvajärjestelmien kehitysprosessissa. Järjestelmissä käytetään yhä enemmän pieniä integroituja piirejä, mikä voi myös altistaa ne sähkömagneettisille (electromagnetic, EM) häiriöille. Väitöksessä tutkitaan lähikenttä–kaukokenttä -muunnokseen perustuvan arviointimenetelmän avulla sähkömagneettisen vuotosäteilyn tasoa. Lisäksi perehdytään testattavan laitteen (device under test, DUT) virtuaaliseen EM–liitäntään ja kuvataan, miten vastaavaa liitäntää voidaan hyödyntää palvelunestohyökkäyksissä. Väitöksessä tutkitaan myös tehokasta häirintämallia ja validoidaan teoreettisten laskelmien tulokset kokeellisesti. Lopuksi väitöksessä keskitytään tietoliikennejärjestelmän fyysisen kerroksen turvallisuuteen ja kehitetään kaksi algoritmia. Aktiivisen radiotaajuisen tunnistusmenetelmän avulla voidaan vaihtaa julkisia avaimia turvallista tietoliikenneyhteyttä muodostettaessa. Lisäksi esitellään vesileimausmenetelmään perustuva fyysisen kerroksen salausmenetelmä, WBPLSec. WBPLSec luo vastaanottimen ympärille suoja–alueen, minkä ansiosta se vaikuttaa analyysin ja tutkimustulosten perusteella olevan tehokas menetelmä toteuttaa fyysisen kerroksen suojaus.

Abstract Eutrophication and global warming are increasingly causing deterioration of aquatic ecosystems, and boreal freshwaters are especially vulnerable to these changes. Anthropogenic pressures and landscape characteristics influencing the functioning and structure of ecosystems vary with spatial scale (grain size i.e. study unit and extent i.e. study area). This emphasises that the understanding of spatial scale is a vital element when studying species distribution patterns. Moreover, spatial scale is often neglected in ecological assessments, in which the degree of ecological integrity of an ecosystem is assessed using selected biological groups. One of these groups is aquatic macrophytes. The aims of this thesis were (i) to study the distribution and richness of aquatic macrophytes in the boreal region in Finland at multiple scales and (ii) to evaluate the performance of ecological assessment metrics selected for Finnish lake macrophytes. The spatial extent at which aquatic macrophytes were studied had an important influence on the patterns found. Climatic factors associated with latitudinal and altitudinal gradient determined macrophytes at broad extent, although the patterns changed at finer regional extent. Moreover, this strong effect of climate could lead to the widening of distribution ranges of helophytes in boreal catchments during the 21st century due to the climate change. Many of these species have already widened their range limits during the previous century and increasing temperatures may create new niches for vegetation to colonize. Lake macrophyte richness, turnover and quality metrics showed a clear relationship with nutrient concentration in waters at landscape and regional extent. Helophytes and metrics were positively or inversely negatively related to nutrients, whereas species turnover and other life-form groups had a unimodal or non-significant response to nutrient availability. In addition, land use (agricultural and urban areas and forestry ditch drainage) influenced macrophytes directly through shore morphology changes and indirectly through water quality. Macrophytes were also explained at various scales by area and depth, which were related to habitat heterogeneity, and aquatic plants responded to water ionic and electrical characteristics (pH, alkalinity and conductivity). Ecological quality metrics of macrophytes appeared to be scale dependent, since land use adjacent to the lake shoreline had a higher influence on the metrics compared to land use of the whole catchment. However, the scale-related pattern in the effect of land use was not congruent between metrics, as the Trophic Index showed poorer performance compared to the proportion of type-specific species and Percent Model Affinity. This was presumably due to lack of helophytes in the species pool used and to reference values which were defined across lake types in the Trophic Index. Uneven performance of the metrics derived from different biological groups suggests that an approach integrating multiple lines of evidence on ecological status appears most feasible for assessment of the overall lake status. / Tiivistelmä Vesistöjen rehevöityminen ja ilmastonmuutos heikentävät vesiekosysteemien laatua, ja boreaaliset sisävedet ovat erityisen alttiita näiden uhkatekijöiden aiheuttamille muutoksille. Ihmistoiminnan aiheuttamien muutoksien ja luontaisten maisematekijöiden merkitys vesiekosysteemien toimintaan ja rakenteeseen vaihtelee mittakaavan (tutkimusyksikön ja -alueen) mukaan. Kuitenkin spatiaalisen mittakaavan merkitys on usein unohdettu ekologisissa arvioinneissa, joissa selvitetään ekosysteemin luonnontilaisuutta eri biologisilla lajiryhmillä. Vesikasvit ovat yksi usein käytetty biologinen ryhmä järvien ekologissa arvioinneissa. Tämän tutkimuksen tarkoitus on (i) tutkia vesikasvien levinneisyyttä ja runsautta Suomessa useissa mittakaavoissa, ja (ii) arvioida ekologisten luokittelumuuttujien toimivuutta järvien vesikasveilla eri mittakaavoissa. Mittakaava, jossa vesikasveja tutkittiin, vaikutti merkittävästi saatuihin tuloksiin. Leveysasteeseen ja korkeuteen liittyvä gradientti määritti vesikasvien levinneisyyttä alueellisessa mittakaavassa. Lisäksi ilmaston voimakas vaikutus vesikasveihin voi johtaa niiden levinneisyysrajojen laajenemiseen, koska ilmastonmuutos saattaa luoda edullisemmat kasvuolosuhteet kasvillisuudelle tällä vuosisadalla. Monet vesikasvilajit ovat jo levinneet pohjoisemmaksi 1900-luvulla, ja lämpötilojen nousu voi lisätä ekolokeroita vesikasvien levittäytymiselle. Vesikasvien runsaus, lajimäärä ja luokittelumuuttujat olivat selkeästi yhteydessä vesien ravinteisuuteen maisemallisessa ja alueellisessa mittakaavassa. Ilmaversoisilla vesikasveilla ja luokittelumuuttujilla oli positiivinen tai käänteisesti negatiivinen suhde ravinteisiin, kun taas lajimäärä ja muut vesikasvien kasvumuodot olivat unimodaalisessa tai merkityksettömässä yhteydessä ravinteisuuteen. Lisäksi maankäyttö, erityisesti maatalous, kaupunkiasutus ja metsäojitus, vaikutti vesikasveihin suoraan rantavyöhykkeen morfologisin muutoksin tai epäsuorasti ravinteisuuden kautta. Vesikasvien levinneisyyttä ja runsautta selitti myös pinta-ala ja syvyys, jotka liittyivät elinympäristön heterogeenisyyteen, sekä veden fysikaalis-kemialliset ominaisuudet, kuten pH, alkaliniteetti ja sähkönjohtokyky. Ekologiset luokittelumuuttujat olivat riippuvaisia mittakaavasta, koska rantavyöhykkeen läheisellä maankäytöllä oli suurempi merkitys muuttujille kuin koko valuma-alueen maankäytöllä. Kuitenkin mittakaavan merkitys vaihteli eri muuttujien välillä, kun referenssi-indeksi osoitti heikompaa vastetta maankäyttöön eri mittakaavoissa kuin tyyppilajien suhteellinen osuus ja prosenttinen mallin samankaltaisuus. Tämä luultavasti johtui siitä, että referenssi-indeksissä ilmaversoiset vesikasvit puuttuivat tutkittavista lajeista ja referenssiarvot olivat yhteiset riippumatta järvityypistä. Eri biologisiin ryhmiin perustuva luokittelujärjestelmä ilmensi hyvin vaihtelevasti ekologista laatua, minkä vuoksi eri muuttujia yhdistävä menetelmä, joka arvioi vesimuodostuman kokonaistilaa, on toteuttamiskelpoisin lähestymistapa boreaalisissa järvissä.