Spatiotemporal Matérn field modelling of Baltic Sea turbidity

Abstract

The state of the Baltic Sea has been a huge topic in recent years, at least in Finland. Algal blooms, eutrophication and environmental hypoxia have been a cause for worry for scientists. This thesis focuses on the modelling of satellite data of Baltic Sea turbidity as Matérn fields and on the estimation of the Matérn covariance parameters from these fields of turbidity using MCMC methods. Since we are dealing with full covariance matrices, the MCMC sampling part is computationally rather demanding and therefore quite time consuming. Temporal evolution of the field's parameters is also studied. The method described above is demonstrated to be able to correctly characterise the turbidity fields.

Itämeren tila on ollut viime vuosina kuuma puheenaihe, ainakin Suomessa. Leväkukinnat, rehevöityminen ja happikato ovat huolestuttaneet tutkijoita. Tässä diplomityössä keskitytään mallintamaan Itämeren sameuden satelliittidataa Matérn kenttinä ja estimoimaan Matérn kovarianssin parametrejä näistä sameuskentistä käyttäen MCMC metodeja. Koska käsittelemme kokonaisia kovarianssimatriiseja, MCMC näytteistys on laskennallisesti jokseenkin raskasta ja täten melko aikaavievää. Myös kenttien parametrien temporaalista evoluutiota tutkitaan. Yllä kuvatun metodin osoitetaan kykenevän oikein luonnehtimaan sameuskenttiä.