| 1. |
|
|
| 2. |
|
|
| 3. |
|
|
| 4. |
- Cascone, C., et al.
(author)
-
AbspectroscoPY, a Python toolbox for absorbance-based sensor data in water quality monitoring
- 2022
-
In: Environmental Science. - : Royal Society of Chemistry (RSC). - 2053-1400 .- 2053-1419. ; 8:4, s. 836-848
-
Journal article (peer-reviewed)abstract
- The long-term trend of increasing natural organic matter (NOM) in boreal and north European surface waters represents an economic and environmental challenge for drinking water treatment plants (DWTPs). High-frequency measurements from absorbance-based online spectrophotometers are often used in modern DWTPs to measure the chromophoric fraction of dissolved organic matter (CDOM) over time. These data contain valuable information that can be used to optimise NOM removal at various stages of treatment and/or diagnose the causes of underperformance at the DWTP. However, automated monitoring systems generate large datasets that need careful preprocessing, followed by variable selection and signal processing before interpretation. In this work we introduce AbspectroscoPY (“Absorbance spectroscopic analysis in Python”), a Python toolbox for processing time-series datasets collected by in situ spectrophotometers. The toolbox addresses some of the main challenges in data preprocessing by handling duplicates, systematic time shifts, baseline corrections and outliers. It contains automated functions to compute a range of spectral metrics for the time-series data, including absorbance ratios, exponential fits, slope ratios and spectral slope curves. To demonstrate its utility, AbspectroscoPY was applied to 15-month datasets from three online spectrophotometers in a drinking water treatment plant. Despite only small variations in surface water quality over the time period, variability in the spectrophotometric profiles of treated water could be identified, quantified and related to lake turnover or operational changes in the DWTP. This toolbox represents a step toward automated early warning systems for detecting and responding to potential threats to treatment performance caused by rapid changes in incoming water quality.
|
|
| 5. |
- Collentine, Dennis, et al.
(author)
-
Designing cost efficient buffer zone programs: An application of the FyrisSKZ tool in a Swedish catchment
- 2015
-
In: AMBIO: A Journal of the Human Environment. - : Springer Science and Business Media LLC. - 0044-7447 .- 1654-7209. ; 44, s. S311-S318
-
Journal article (peer-reviewed)abstract
- Riparian buffer zones are the only measure which has been used extensively in Sweden to reduce phosphorus losses from agricultural land. This paper describes how the FyrisSKZ web tool can be used to evaluate allocation scenarios using data from the Svarta River, an agricultural catchment located in central Sweden. Three scenarios are evaluated: a baseline, a uniform 6-m-wide buffer zone in each sub-catchment, and an allocation of areas of buffer zones to sub-catchments based on the average cost of reduction. The total P reduction increases by 30 % in the second scenario compared to the baseline scenario, and the average reduction per hectare increases by 90 % while total costs of the program fall by 32 %. In the third scenario, the average cost per unit of reduction ((sic)163 kg P-1) is the lowest of the three scenarios (58 % lower than the baseline) and has the lowest total program costs.
|
|
| 6. |
|
|
| 7. |
|
|
| 8. |
|
|
| 9. |
|
|
| 10. |
- Djodjic, Faruk, et al.
(author)
-
Cost effectiveness of nutrient retention in constructed wetlands at a landscape level
- 2022
-
In: Journal of Environmental Management. - : Elsevier BV. - 0301-4797 .- 1095-8630. ; 324
-
Journal article (peer-reviewed)abstract
- Since 1990, over 13 000 ha of constructed wetlands (CWs) have been implemented to increase biodiversity and reduce nitrogen (N) and phosphorus (P) loads to Swedish waters. Despite the considerable number of CWs and ambitious investments planned for the coming three years, there is limited follow up of cost-efficiency of catchment- and landscape-scale nutrient retention by existing CWs. Such follow up evaluation could provide clear guidance regarding optimal size and location of future CWs. We present a three-step modelling approach to assess cost-efficiency of 233 CWs in two Swedish regions (East, 4321 km2, and West, 916 km2). Modelled nutrient retention in CWs was predominantly low, especially in the East, due to their suboptimal location in catchments, e.g., with inadequate upstream areas (low hydraulic loads) and/or low share of arable land (low nutrient loads). Suboptimal location of CWs generates both higher than necessary costs and low area-specific nutrient retention, leading to low cost-efficiency. Some high cost-efficiency CWs were identified, especially for N retention in the West. To increase their cost-efficiency, continued investments in CWs require clear guidance and instructions. To achieve optimal placement, both CW site and size in relation to incoming hydraulic and nutrient loads must be considered.
|
|
| 11. |
- Djodjic, Faruk, et al.
(author)
-
From single fields to river basins: Identification of critical source areas for erosion and phosphorus losses at high resolution
- 2019
-
In: AMBIO: A Journal of the Human Environment. - : Springer Science and Business Media LLC. - 0044-7447 .- 1654-7209. ; 48, s. 1129-1142
-
Journal article (peer-reviewed)abstract
- Concentrations of phosphorus (P), the main limiting nutrient in freshwater ecosystems, need to be reduced, but this is difficult due to high spatial and temporal variations and limited resources. Reliable targeting of critical source areas, such as erosion-prone fields and parts of fields, is necessary to improve the cost efficiency of mitigation measures. We used high-resolution (2 m x 2 m) distributed modelling to calculate erosion risk for a large area (202 279 km(2)) covering > 90% of Swedish arable land. Comparison of model results with independent farmers' observations in a pilot catchment showed high spatial agreement. The modelled worst case scenario produced reasonable quantitative results comparable to measured 90th percentile values of suspended sediment (SS) loads at both field and small catchment scale (R-2 = 0.81, p < 0.001). Overall, loads of SS, especially during extreme episodes, strongly governed losses of unreactive P and total P at both field and catchment scale.
|
|
| 12. |
- Djodjic, Faruk, et al.
(author)
-
Optimizing placement of constructed wetlands at landscape scale in order to reduce phosphorus losses
- 2020
-
In: AMBIO: A Journal of the Human Environment. - : Springer Science and Business Media LLC. - 0044-7447 .- 1654-7209. ; 49, s. 1797-1807
-
Journal article (peer-reviewed)abstract
- Constructed wetlands (CWs) are one of the main countermeasures to reduce diffuse phosphorus (P) losses, but there is still a lack of systematic guidance accounting for spatially variable effects of hydraulic and P load on P retention. We present a three-step modelling approach for determining suitable placement of CWs in four different size groups (0.1-1.0 ha), based on incoming hydraulic and P load. The modelled hypothetical CW area was only 17% of that previously estimated and area of efficient CWs is even lower. The mean area-specific P retention increased with CW size. However, the spatial variation in retention was large for all size groups and largest (6-155 kg ha(-1) year(-1)) for the smallest CWs due to highly variable incoming P loads, showing the possible benefits of targeted placement of CWs. The presented modelling approach has also flexibility to include and account for possible future changes in land cover and management.
|
|
| 13. |
- Fölster, Jens, et al.
(author)
-
Förslag till bedömningsgrunder för näringsämnen i sjöar och vattendrag
- 2021
-
Reports (other academic/artistic)abstract
- Bedömningsgrunder för klassning av ekologisk status har en central betydelse för vattenförvaltningen. Målet är att alla vatten ska uppnå minst god status som definieras som en maximal tillåten avvikelse från ett referensvärde. Klassningen ska i första hand göras med de biologiska kvalitetsfaktorerna, medan de fysikalisk/kemiska ska ha en stödjande funktion till de biologiska. I praktiken har dock de fysikalisk/kemiska större betydelse än så. Dels för att det för många vattenförekomster bara finns vattenkemiska data och dels för att de fysikalisk kemiska kvalitetsfaktorerna är mer direkt kopplade till påverkan för flera påverkanstyper och därför lättare kan ge underlag för åtgärdsbehov.Tillämpningen av den nuvarande klassningen av ekologisk status för näringsämnen har påvisat brister i hur de är konstruerade. I de nuvarande bedömningsgrunderna för sjöar användes skogssjöar (< 10 % jordbruk i avrinningsområdet) för att definiera referenstillståndet för näringsämnen vilket troligen ger för lågt referensvärde och därmed för stor påverkan eftersom skogsmark generellt är naturligt näringsfattigare än jordbruksmark. För jordbrukslandskapets vattendrag (> 10% jordbruksmark i avrinningsområdet) används det halva modellerade rotzonsläckaget från obrukad jord (ogödslad och oskördad vall) som referenstillstånd. Halveringsfaktorn är godtyckligt vald för att ta hänsyn till retentionen mellan rotzonen och vattendraget. Det har heller inte gjorts någon harmonisering mellan bedömningen av näringspåverkan från biologiska respektive kemiska kvalitetsfaktorer.Syftet med detta projekt har varit att förbättra beräkningen av referensvärden för totalfosfor så att de särskilda förhållandena i jordbrukslandskapets sjöar och vattendrag bättre beaktas, samt att harmonisera klassgränserna för ekologisk status med de biologiska kvalitetsfaktorerna. Förutom att utveckla bedömningsgrunderna för TotP, kommer även motsvarande bedömningsgrunder för totalkväve (TotN) tas fram som stöd för vattenförvaltningen och för att kunna jämföra med motsvarande klassning i andra EU-länder. Förslag på nya klassgränser för ekologisk status gjordes med utgångspunkt från de biologiska kvalitetsfaktorerna med stöd av koncept som tagits fram inom ECOSTAT.Dataunderlaget för studien utgjordes av provplatser i 210 vattendrag och 146 sjöar. Provplatserna valdes ut för att de hade tillräckligt med data och att de låg i utloppet av vattenförekomstområden för att möjliggöra en jämförelse med PLC-beräkningar. För utvärdering av modellerna för sjöar användes även data från 5080 sjöar i Omdrevsprogrammet.Det förslag vi tagit fram bygger på regressionsmodeller baserad på vattenkemi och landskapsparametrar. I regressionsmodellen för totalfosfor i vattendrag ingick följande förklarande variabler: Färg (absorbans), sulfat, summan av kalcium och magnesium, genomsnittlig lerhalt i avrinningsområdet, altitud, andel sankmark i avrinningsområdet och andel vatten i avrinningsområdet, i ordning efter hur mycket de bidrar till modellen. Eftersom kartunderlag för lerhalten bara finns för södra och mellersta Sverige, är underlaget till modellen begränsad till den delen av landet. För att kunna tillämpa modellen i norra Sverige behöver man uppskatta lerhalten. För sjöar togs en motsvarande regressionsmodell fram med följande variabler: Medeldjup, färg (absorbans), sulfat, magnesium och andel sankmark i avrinningsområdet ordning efter hur mycket de bidrar till modellen. Eftersom lerhalten inte blev signifikant för sjöar kunde data från hela landet användas. Alternativa modeller togs fram för de fall då en del av de ingående mätvariablerna saknas. Dessa har dock större fel en de föreslagna.Motsvarande modeller togs fram för referensvärden för totalkväve. För vattendrag omfattade modellen följande variabler: Färg (absorbans), kalcium, nordsydkoordinat, andel vatten samt andel skog i avrinningsområdet, altitud, östvästkoordinat och avrinningsområdets area i ordning efter hur mycket de bidrar till modellen. Motsvarande modell för sjöar innehöll följande variabler: Färg (absorbans) kalcium, medeldjup, altitud och östvästkoordinat i ordning efter hur mycket de bidrar till modellen.Eftersom färgen (absorbans) ingår i modellerna för både fosfor och kväve och det påvisats långsiktiga trender i både färg och näringsämnen i vatten opåverkade av övergödning, behöver modellerna löpande uppdateras med senaste mätdata. Detta gör det samtidigt möjligt att basera underlaget på den senaste versionen av PLCberäkningarna inför varje vattencykel.Klassgränser för totalfosfor togs fram med det loglinjära sambandet mellan totalfosfor och klorofyll. I bedömningsgrunder för växtplankton är det olika klassgränser för olika typer av sjöar. Skillnaden mellan typerna kan delvis bero på slumpvisa skillnader i dataunderlaget eller för södra Sverige att andelen jordbruksmark i referensdataunderlaget är större än övriga regioner. Eftersom klassningen för totalfosfor är objektsspecifik valde vi därför att använda samma klassgränser för alla vattentyper. Medelvärdet för gränsen mellan god och måttlig status låg nära den nuvarande gränsen, 0,5. Vi valde därför att behålla de nuvarande klassgränserna för påverkansklassning för totalfosfor.Ett försök att tillämpa motsvarande metodik på vattendrag genom att relatera TotP till diatoméindexet IPS visade på svaga samband och gav inget underlag för att sätta klassgränser. Det beror troligen på att IPS inte är ett rent näringsindex utan ett bredare renvattensindex. Vi föreslår därför samma klassgränser för påverkan av TotP i vattendrag som för sjöar och på sikt utveckla ett rent näringsindex för diatoméer.För totalkväve föreslås samma klassgränser som för totalfosfor efter som det saknas underlag för samband mellan totalkväve och biologiska kvalitetsfaktorer i de fosforbegränsade sjöarna och vattendragen i Sverige.För vattendragen ger det nya förslaget något striktare bedömning jämfört med nuvarande föreskrift med större andel med måttlig status eller sämre. För sjöar däremot fick en mindre andel av sjöarna måttlig status eller sämre när andelen jordbruksmark var större än 10 %. För sjöar med mindre jordbrukspåverkan var det ingen skillnad mellan förslagen. För vattendragen gav en klassning med totalkväve en mindre andel med måttlig status eller sämre jämfört med TotP, medan för sjöarna var skillnaden liten.I det presenterade förslaget till bedömningsgrunder för näringsämnen görs beräkningarna helt med uppmätt vattenkemi och geografiska data och är därmed inte direkt beroende av modelldata för en statusklassning. Detta är bättre i enlighet med vattendirektivets krav på hur en statusklassning ska göras jämfört med det nuvarande, där det modellerade läckaget från ogödslad vall ingår i bedömningen av jordbruksdominerade vattendrag. Samtidigt är regressionsmodellerna kalibrerade mot den processbaserade modelleringen av bakgrundshalter som görs inom PLC. Detta gör att klassningen av ekologisk status för näringsämnen harmoniserar med Sveriges rapportering till HELCOM och OSPAR. För sjöar är det framför allt de med stor jordbrukspåverkan som får en mer relevant bedömning jämfört med tidigare. För vattendragen är hela dataunderlaget förbättrat. Det nya förslaget tar bättre hänsyn till att den mark man bedriver jordbruk på är naturligt mer näringsrik och erosionsbenägen jämfört med annan mark. Samtidigt efterfrågar vi en bredare diskussion om det är rimligt att låta en helt obrukad jord utgöra referenstillståndet för näringsläckage när marken har brukats århundraden och ibland längre.
|
|
| 14. |
|
|
| 15. |
- Golub, Malgorzata, et al.
(author)
-
A framework for ensemble modelling of climate change impacts on lakes worldwide : the ISIMIP Lake Sector
- 2022
-
In: Geoscientific Model Development. - : Copernicus Publications. - 1991-959X .- 1991-9603. ; 15:11, s. 4597-4623
-
Journal article (peer-reviewed)abstract
- Empirical evidence demonstrates that lakes and reservoirs are warming across the globe. Consequently, there is an increased need to project future changes in lake thermal structure and resulting changes in lake biogeochemistry in order to plan for the likely impacts. Previous studies of the impacts of climate change on lakes have often relied on a single model forced with limited scenario-driven projections of future climate for a relatively small number of lakes. As a result, our understanding of the effects of climate change on lakes is fragmentary, based on scattered studies using different data sources and modelling protocols, and mainly focused on individual lakes or lake regions. This has precluded identification of the main impacts of climate change on lakes at global and regional scales and has likely contributed to the lack of lake water quality considerations in policy-relevant documents, such as the Assessment Reports of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Here, we describe a simulation protocol developed by the Lake Sector of the Inter-Sectoral Impact Model Intercomparison Project (ISIMIP) for simulating climate change impacts on lakes using an ensemble of lake models and climate change scenarios for ISIMIP phases 2 and 3. The protocol prescribes lake simulations driven by climate forcing from gridded observations and different Earth system models under various representative greenhouse gas concentration pathways (RCPs), all consistently bias-corrected on a 0.5 degrees x 0.5 degrees global grid. In ISIMIP phase 2, 11 lake models were forced with these data to project the thermal structure of 62 well-studied lakes where data were available for calibration under historical conditions, and using uncalibrated models for 17 500 lakes defined for all global grid cells containing lakes. In ISIMIP phase 3, this approach was expanded to consider more lakes, more models, and more processes. The ISIMIP Lake Sector is the largest international effort to project future water temperature, thermal structure, and ice phenology of lakes at local and global scales and paves the way for future simulations of the impacts of climate change on water quality and biogeochemistry in lakes.
|
|
| 16. |
- Huser, Brian, et al.
(author)
-
Internbelastning av fosfor i svenska sjöar och kustområden - en kunskapsöversikt och förslag till åtgärder för vattenförvaltningen
- 2016
-
Reports (other academic/artistic)abstract
- Kunskapen om internbelastning av näringsämnen i svenska sjöar och kustområden är begränsad. Internbelastning innebär att fosfor (P) som finns upplagrad i bottensediment frigörs till vattnet och bidrar till att övergödningsproblemen förstärks och kvarstår trots åtgärder som minskar den externa belastningen. Vattenmyndigheterna och Havs- och vattenmyndigheten (HaV) har gemensamt lagt ett första uppdrag till Sveriges lantbruksuniversitet (SLU) att sammanställa nuvarande kunskap och data från sjöar och kustområden där internbelastning har konstaterats. Uppdraget omfattade även att uppdatera åtgärdsbiblioteket i VISS med schabloner på effekter och kostnader för åtgärder (exempelvis kemisk fällning, muddring och riktat fiske). I den här studien har vi sammanställt data från 220 vattenförekomster (sjöar och kustområden). De flesta har bedömts att ha (eller har haft) problem med övergödning och som man misstänker har en förhöjd internbelastning av fosfor. Några datakällor, inklusive enstaka studier och modeller, har använts för att bedöma internbelastning av fosfor i svenska sjöar. Definitionen av internbelastning är avgörande för att ge en korrekt beskrivning av problematiken. Så gott som alla sjöar har en naturlig bruttointernbelastning, d.v.s. att det sker ett visst utflöde av fosfor från sedimentet. I normalfallet överskrids bruttointernbelastningen mångfalt av sedimentationen så att det inte sker någon nettointernbelastning utan i stället en nettoretention. I samband med långsiktigt hög extern fosforbelastning, ökar bruttointernbelastningen, och den kan ibland överskrida sedimentationen så att det sker en nettointernbelastning. En ökad bruttointernbelastning kan ha följande konsekvenser: 1) retentionen av fosfor minskar, fosforhalten ökar under en del av året, och därmed ökar risken för algblomning (bruttointernbelastning) 2) retention är obefintlig och uttransporten av fosfor via utloppet blir större än intransporten (nettointernbelastning). 3) Åtgärdsbetinget för påverkanskällor uppströms och nedströms påverkas om åtgärder mot internbelastning inkluderas Nationellt är andelen av sjöar som har en nettointernbelastning troligtvis liten, men lokalt och regionalt kan det vara ett betydande problem. Framför allt i anslutning till tätorter och jordbruksmark. Nettointernbelastning är ovanligt och den har sannolikt minskat över tid på grund av kraftiga minskningar av utsläppen från andra fosforkällor, främst avloppsreningsverk. Ökad bruttointernbelastning är troligtvis ett större problem i vissa delar av landet, men vi saknar för närvarande data för att beskriva effekten kvantitativt på en större skala. Vi rekommenderar därför att man samlar in och bearbetar befintliga data för att öka antalet sjöar och kustområden som kan bedömas, och att det skapas en databas över ’eutrofa sjöar och kustområden’ som man sedan kan arbeta vidare med. Vi rekommenderar också att vattenmyndigheterna initierar en studie i ett urval av sjöar och kustområden med dokumenterat historiskt hög intern fosforbelastning (1970 - 1980-talen) och med omfattande pågående mätningar. Studien bör omfatta vattenkemi, sedimentkemi, och hydrologi för så långa tidsserier som möjligt, samt en dokumentation över de åtgärder som gjorts i sjöarna och deras tillrinningsområden. Syftet ska vara att kvantifiera de långsiktiga trenderna med avseende på intern fosforbelastning, fosforretention och därmed den interna fosforbelastningens kvantitativa betydelse för recipienten och nedströms liggande vattensystem. Även effekter och kostnader av olika åtgärder (muddring, kemisk behandling, reduktionsfiske etc.) ska kvantitativt belysas. En annan möjlighet för att får bättre information och att skapa ett verktyg för att bedöma internbelastning i sjöar är att något modifiera pågående mätprogram. Som en del i det stora nationella övervakningsprogrammet trendsjöar, finns10 stycken sjöar som provtas 8 gånger per år (övriga provtas 4 ggr) där man kan beräkna internbelastningshastighet. Men eftersom de flesta är opåverkade skogssjöar, bör antalet utökas för att inkludera mer näringsrika sjöar, samt näringsfattiga och näringsrika kustområden. En sådan gradient av näringspåverkan skulle möjliggöra att internbelastningen kan kvantifieras för många fler viktiga sjö- och kusttyper. Sedimentanalyser bör också göras för att identifiera fosforformer i sedimenten som kan bidra till internbelastning. Baserat på vattenkemi och sedimentdata, kan man utveckla empiriska modeller (relaterade till internbelastning och trofisk status/totalfosfor i ytvatten) som kan ge underlag för att, med ett minimum av insatser, bedöma om en sjö ligger i riskzonen för internbelastning av fosfor. Vi rekommenderar också att ett övervakningsprotokoll utvecklas för att vägleda kommuner och andra myndigheter som är ansvariga för förvaltning av vattenförekomster. Övervakning av båda vatten och sediment måste göras noggrant för att bedöma internbelastningens betydelse för vattenkvaliteten. Det är också viktigt med sådan information för att kunna bedöma effekter och kostnadseffektivitet för olika åtgärder som minskar interna och externa källor av fosfor. Denna information saknar vi i stora delar i dagsläget. Protokollet skulle inkludera när, hur ofta, och var man ska provta vatten och sediment, både före och efter att åtgärder har genomförts.
|
|
| 17. |
- Johnsson, Holger, et al.
(author)
-
Model applications
- 2012
-
In: Productive agriculture adapted to reduced nutrient losses in future climate : model and stakeholder based scenarios of Baltic Sea catchments. ; , s. 57-149
-
Book chapter (other academic/artistic)
|
|
| 18. |
- Köhler, Stephan, et al.
(author)
-
Utveckling av nya digitala verktyg inom dricksvattensektorn: Optimerad rening, förbättrad fällning av NOM och trendanalys av cykliska processer
- 2021
-
Reports (other academic/artistic)abstract
- Dricksvattensektorn i Sverige står för inför ett antal stora framtida utmaningar. Klimatförändringar som försämrar råvattenkvaliteten och städernas tillväxt hotar dricksvattenförsörjningen. Hoten kombinerat med nya mer krävande beredningsprocesser ställer krav på systematiskt arbete med att minska sårbarhet och risker i dricksvattensystemet vårt mest kritiska försörjningssystem. Snabbare förändringar i råvattenkvalitet över tid, större variationer i vattenförbrukningen samt en över lag högre vattenproduktion kan göra dricksvattenförsörjningen sårbart. Ovanstående utmaningar kräver snabbare ändringar i processen än tidigare samt en anpassning av hela produktionen. Vissa vattenverk ställer om sin produktion till nya processlösningar såsom membranteknik. Andra har börjat använder sig av sensorer för detektion av avvikelse i rå- eller processvatten. I båda fallen produceras mycket information och en snabb signalutvärdering är av ökad betydelse för beredningen. I detta projekt ägnade vi oss att driva på digitaliseringen av vattenproduktionen genom att förbättra utbudet av digitala kommersiella produkter och tjänster med hög IT-säkerhet både för den svenska och både den internationella marknaden. Under projektets gång bidrog vi att stödja ett antal VA-organisationer som nu använder nya innovativa system och metoder systematiskt för deras arbete med att analysera historiska data i kombination med realtidsdata. Systemen och metoderna säkerställer en säker leverans av dricksvatten.
|
|
| 19. |
- Lindahl, Anna, et al.
(author)
-
A web-based pesticide risk assessment tool for drinking water protection zones in Sweden
- 2024
-
In: Journal of Environmental Management. - 0301-4797 .- 1095-8630. ; 357
-
Journal article (peer-reviewed)abstract
- To protect human health, wildlife and the aquatic environment, " safe uses " of pesticides are determined at the EU level while product authorization and terms of use are established at the national level. In Sweden, extra precaution is taken to protect drinking water, and permits are therefore required for pesticide use within abstraction zones. This paper presents MACRO-DB, a tool for assessing pesticide contamination risks of groundwater and surface water, used by authorities to support their decision-making for issuing such permits. MACRO-DB is a meta-model based on 583,200 simulations of the physically-based MACRO model used for assessing pesticide leaching risks at EU and national level. MACRO-DB is simple to use and runs on widely available input data. In a qualitative comparative assessment for two counties in Sweden, MACRO-DB outputs were in general agreement with groundwater monitoring data and matched or were more protective than the national risk assessment procedure for groundwater.
|
|
| 20. |
|
|
| 21. |
|
|
| 22. |
- Markensten, Hampus, et al.
(author)
-
A dynamic model for flow and wind driven sediment resuspension in a shallow basin
- 2003
-
In: Hydrobiologia. ; 494, s. 1-3
-
Journal article (peer-reviewed)abstract
- A model is presented, which describes the daily variations in suspended particulate inorganic matter (SPIM) in a large (61 km2), shallow (mean depth 3.4 m) wind-exposed lake basin at the western end of Lake Mälaren, Sweden. Field studies have shown that wind speed and river inflow are the two major factors leading to changes in SPIM. Wind speed and beam attenuation were measured at high (10 min) frequency, while river inflow were monitored at daily frequency to develop the model. From these field measurements, model-coefficients were determined for the SPIM transport, settling and resuspension. Large-scale variations in SPIM lasting many weeks could be explained by events of high river inflow with a correspondingly high particle load. The threshold for river transported SPIM to have effect on lake concentration was 150 m3 s-1, while wind induced resuspended SPIM was related to the square root of wind speed.
|
|
| 23. |
- Markensten, Hampus
(author)
-
Climate effects on early phytoplankton biomass over three decades modified by the morphometry in connected lake basins
- 2006
-
In: Hydrobiologia. - : Springer Science and Business Media LLC. - 0018-8158 .- 1573-5117. ; 559:1, s. 319-329
-
Journal article (peer-reviewed)abstract
- A 30-year continuous record of chlorophyll a samples in May from six locations in the Swedish Lake Mälaren was tested for the correlation to air temperature, water temperature, precipitation, discharge, nutrients, yellow substance, dissolved phosphorous load, ice cover and NAO (North Atlantic Oscillation) index. In the deep basins subjected to stratification chlorophyll a concentration correlated with air temperature with equal or shorter delay than it did in the shallow basins. Both precipitation and discharge were significant negatively correlated with chlorophyll a concentration in many of the basins with varying retention times. However, discharge into flushed basins had a more immediate influence on chlorophyll a concentration, and precipitation was earlier correlated with chlorophyll a concentration in basins fed from the smaller and closer situated catchment.
|
|
| 24. |
- Markensten, Hampus, 1967-
(author)
-
Climate Effects on Phytoplankton Biomass and Functional Groups
- 2005
-
Doctoral thesis (other academic/artistic)abstract
- Future climate in temperate regions is projected to get warmer and in many cases wetter. This poses questions about how phytoplankton in our lakes will respond. A dynamic modeling approach based on an allometric description of phytoplankton characteristics was used to investigate how the biomass of different functional groups of phytoplankton will respond to a changed future climate. Simulations based on a warmer future climate scenario suggest that we will experience an increase in phytoplankton biomass in northern temperate lakes. Moreover, phytoplankton groups are projected to shift towards a dominance of cyanobacteria at the expense of diatoms. Climate may affect phytoplankton, either via in-lake changes in temperature and stratification, or due to altered processes at the watershed level, which influence rates of nutrient export and water discharge. This study found that changes in lake temperature and stratification are the major causes of the projected increase in phytoplankton biomass, but that changes in the timing of nutrient export did influence the succession of diatoms. Variation in SPIM (suspended particulate inorganic matter) can have an important role in influencing the depth of the euphotic zone in a turbid lake, and hence the light climate experienced by phytoplankton. Wind and river discharge were found to regulate SPIM in this study, not only wind as in many other studies. Variations in SPIM could be adequately described by a few governing equations. This thesis suggests that, as a result of climate change, lakes close to the limit of becoming eutrophied may be pushed past a threshold beyond which water quality problems will become more prevalent. Finally it is important to bear in mind that all models are simplifications of the reality as we understand it. Still, the use of models can often give a good indication as to what might be expected in the future.
|
|
| 25. |
|
|
| 26. |
|
|
| 27. |
- Markensten, Hampus, et al.
(author)
-
Simulated lake phytoplankton composition shifts toward cyanobacteria dominance in a future warmer climate
- 2010
-
In: Ecological Applications. - : Wiley. - 1051-0761 .- 1939-5582. ; 20:3, s. 752-767
-
Journal article (peer-reviewed)abstract
- The climate is expected to become warmer and wetter in many temperate regions and is expected to affect the water quality in lakes and reservoirs. In this paper, we investigate the impacts of a regional climate scenario on lake productivity using three models in sequence and quantify the response in biomass of three phytoplankton groups. We used a watershed model (GWLE), a physical lake model (PROBE), and a phytoplankton model (PROTBAS) for simulations of a large (61 km(2)), shallow (mean depth 3.4 m), wind-exposed lake basin with a short water retention time (1 month) at the western end of Lake Malaren, Sweden. The results suggest that a future scenario with increased warming leads to a longer growing season for phytoplankton, slightly increased levels of total biomass, and a distinct shift in phytoplankton groups to favor nitrogen-fixing cyanobacteria at the expense of diatoms in this lake basin. The changes in the timing of nutrient export from the catchment are the primary cause of cyanobacteria dominance over diatoms, and elevated lake temperatures are responsible for the increase in total phytoplankton biomass.
|
|
| 28. |
- Markensten, Hampus, et al.
(author)
-
Weather driven influences on phytoplankton succession in a shallow lake during contrasting years : Application of PROTBAS
- 2007
-
In: Ecological Modelling. - : Elsevier BV. - 0304-3800 .- 1872-7026. ; 207:2-4, s. 128-136
-
Journal article (peer-reviewed)abstract
- A dynamic model which simulates variations in the biomass of several phytoplankton functional groups (PROTECH) has been reconstructed into the PROTBAS (PROTech Based Algal Simulations) model, and was tested in a large (61 km(2)), shallow (mean depth 3.4 m) windexposed lake basin at the western end of Lake Malaren, Sweden. A subroutine was added to the model to estimate the variation in light extinction resulting from wind action and river discharge. Also the rate of regeneration of nitrogen and silica was modified. The model captured the overall magnitude and succession of phytoplankton during two contrasting years: a warm and calm calibration year, and a cold windy validation year. The model shows good behavior in the northern temperate climate, which includes ice cover during winter. However, there were discrepancies between measured and modeled spring growth and autumn decline of the phytoplankton.
|
|
| 29. |
- Mesman, Jorrit P., 1993-, et al.
(author)
-
Drivers of phytoplankton responses to summer wind events in a stratified lake : a modelling study
- 2022
-
In: Limnology and Oceanography. - : John Wiley & Sons. - 0024-3590 .- 1939-5590. ; 67:4, s. 856-873
-
Journal article (peer-reviewed)abstract
- Extreme wind events affect lake phytoplankton amongst others by deepening the mixed layer and increasing internal nutrient loading. Both increases and decreases of phytoplankton biomass after storms have been observed, but the precise mechanisms driving these responses remain poorly understood or quantified. In this study, we coupled a one-dimensional physical model to a biogeochemical model to investigate the factors regulating short-term phytoplankton responses to summer storms, now and under expected warmer future conditions. We simulated physical, chemical and biological dynamics in Lake Erken, Sweden, and found that wind storms could increase or decrease the phytoplankton concentration one week after the storm, depending on antecedent lake physical and chemical conditions. Storms had little effect on phytoplankton biomass if the mixed layer was deep prior to storm exposure. Higher incoming shortwave radiation and hypolimnetic nutrient concentration boosted growth, whereas higher surface water temperatures decreased phytoplankton concentration after storms. Medium-intensity wind speeds resulted in more phytoplankton biomass after storms than high-intensity wind. Simulations under a future climate scenario did not show marked differences in the way wind affects phytoplankton growth following storms. Our study shows that storm impacts on lake phytoplankton are complex and likely to vary as a function of local environmental conditions.
|
|
| 30. |
- Pierson, D. C., et al.
(author)
-
An automated method to monitor lake ice phenology
- 2011
-
In: Limnology and Oceanography. - : Wiley. - 1541-5856. ; 9, s. 74-83
-
Journal article (peer-reviewed)abstract
- A simple method to automatically measure the date of ice-on, the date of ice-off, and the duration of lake ice cover is described. The presence of ice cover is detected by recording water temperature just below the ice/water interface and just above the lake bottom using moored temperature sensors. The occurrence of ice-on rapidly leads to detectible levels of inverse stratification, defined as existing when the upper sensor records a temperature at least 0.1 degrees C below that of the bottom sensor, whereas the occurrence of ice-off leads to the return of isothermal mixing. Based on data from 10 lakes over a total of 43 winter seasons, we found that the timing and duration of inverse stratification monitored by recording temperature sensors compares well with ice cover statistics based on human observation. The root mean square difference between the observer-based and temperature-based estimates was 7.1 d for ice-on, 6.4 d for ice-off, and 10.0 d for the duration of ice cover. The coefficient of determination between the two types of estimates was 0.93, 0.86, and 0.91, respectively. The availability of inexpensive self-contained temperature loggers should allow expanded monitoring of ice cover in a large and diverse array of lakes. Such monitoring is needed to improve our ability to monitor the progression of global climate change, and to improve our understanding of the relationship between climate and ice cover over a wide range of temporal and spatial scales.
|
|
| 31. |
|
|
| 32. |
- Sandström, Sara, et al.
(author)
-
Distributed dynamic modelling of suspended sediment mobilization and transport from small agricultural catchments
- 2023
-
In: Frontiers in Environmental Science. - 2296-665X. ; 11
-
Journal article (peer-reviewed)abstract
- Erosion, soil loss and consequent nutrient fluxes impair water quality and can degrade arable soils. Erosion rates in Sweden are generally low but episodic losses of suspended solids (SS) can affect water quality. Identifying critical source areas (CSAs) and "hot moments" is essential to reduce erosive losses from arable land. Here we use a distributed, dynamic high-resolution erosion model that simulates the sum of all transported material, i.e., erosion within the soil profile, on the soil surface and transport through drainage systems. We simulate monthly SS transport in six small agricultural catchments with varying soil texture over 8 years. Kling-Gupta Efficiency (KGE) was used as model performance statistics, and calibration (KGE = 0.45-0.78) and validation (KGE = 0.64-0.83) showed acceptable model performance for all catchments, with mean annual SS losses between 2.1 and 31.5 t km-2yr-1. Equifinality could be minimised by using more precise initial parameter values. We suggest that the model can be applied to comparable unmonitored catchments to identify erosion-sensitive periods and CSAs.
|
|
| 33. |
- Vrede, Tobias, et al.
(author)
-
Modeling the effects of locally sourced fish feed ingredients on net phosphorus loading to the Baltic Sea
- 2014
-
Reports (other academic/artistic)abstract
- Phosphorus and nitrogen release from open cage fish farms is an environmental problem that may result in eutrophication. This concern needs to be addressed if aquaculture is to expand in the Baltic Sea area. All of the nutrients released from the fish farm come from the feed used in fish production. Currently, the vast majority of the nutrients are imported to the Baltic Sea in the form of raw ingredients used in feeds. In order to achieve a more sustainable industry, from the eutrophication point of view, it is thus important to develop more environmentally sound feeds. In order to reduce the import of nutrients, and to close nutrient cycles within the sea, the inclusion of Baltic Sea sourced ingredients in fish feeds could be a solution. Here we present a simple steady state model of phosphorus (P) fluxes in aquaculture in the Baltic Sea. By replacing half of the fishmeal used in the feed with Baltic Sea sourced fishmeal the net P loading can be reduced by 65% if the fish production remains constant, or alternatively, the fish production could be more than doubled while still meeting a target of a 20% P loading reduction. A zero net P load to the Baltic Sea can be achieved if a wider variety of raw ingredients sourced from the Baltic Sea are included. We also present other scenarios to illustrate the gains of using an increased amount of Baltic Sea sourced nutrients in fish feeds. Due to the probable increase in price for fish feeds if more local ingredients are used, incentives that favor an increased utiliza-tion of Baltic Sea sourced nutrients need to be put in place. Increased nutrient recirculation, potentially even a closed nutrient loop within the industry, would improve many aspects of the sustainability of fish farming, as well as show the dedication of Baltic Sea aquaculture to act in an environmentally responsible manner while developing to fulfil the increased demand for local high quality fish. In conclusion, the model presented here gives results that are relevant and of great value for strategic management purposes, and form a basis for discussions and decision making. The model output is qualitatively sound and gives a good understanding of potential net P loading in different scenarios, although the exact numbers should be interpreted with great care.
|
|
| 34. |
|
|
