Characterizations of Lojasiewicz inequalities and applications

The classical Lojasiewicz inequality and its extensions for partial differential equation problems (Simon) and to o-minimal structures (Kurdyka) have a considerable impact on the analysis of gradient-like methods and related problems: minimization methods, complexity theory, asymptotic analysis of dissipative partial differential equations, tame geometry. This paper provides alternative characterizations of this type of inequalities for nonsmooth lower semicontinuous functions defined on a metric or a real Hilbert space. In a metric context, we show that a generalized form of the Lojasiewicz inequality (hereby called the Kurdyka- Lojasiewicz inequality) relates to metric regularity and to the Lipschitz continuity of the sublevel mapping, yielding applications to discrete methods (strong convergence of the proximal algorithm). In a Hilbert setting we further establish that asymptotic properties of the semiflow generated by -∂f are strongly linked to this inequality. This is done by introducing the notion of a piecewise subgradient curve: such curves have uniformly bounded lengths if and only if the Kurdyka- Lojasiewicz inequality is satisfied. Further characterizations in terms of talweg lines -a concept linked to the location of the less steepest points at the level sets of f- and integrability conditions are given. In the convex case these results are significantly reinforced, allowing in particular to establish the asymptotic equivalence of discrete gradient methods and continuous gradient curves. On the other hand, a counterexample of a convex C2 function in R2 is constructed to illustrate the fact that, contrary to our intuition, and unless a specific growth condition is satisfied, convex functions may fail to fulfill the Kurdyka- Lojasiewicz inequality.

Experimental investigation of transient natural convection cooling of high prandtl number fluid with variable viscosity

Report for the scientific sojourn at the James Cook University, Australia, between June to December 2007. Free convection in enclosed spaces is found widely in natural and industrial systems. It is a topic of primary interest because in many systems it provides the largest resistance to the heat transfer in comparison with other heat transfer modes. In such systems the convection is driven by a density gradient within the fluid, which, usually, is produced by a temperature difference between the fluid and surrounding walls. In the oil industry, the oil, which has High Prandtl, usually is stored and transported in large tanks at temperatures high enough to keep its viscosity and, thus the pumping requirements, to a reasonable level. A temperature difference between the fluid and the walls of the container may give rise to the unsteady buoyancy force and hence the unsteady natural convection. In the initial period of cooling the natural convection regime dominates over the conduction contribution. As the oil cools down it typically becomes more viscous and this increase of viscosity inhibits the convection. At this point the oil viscosity becomes very large and unloading of the tank becomes very difficult. For this reason it is of primary interest to be able to predict the cooling rate of the oil. The general objective of this work is to develop and validate a simulation tool able to predict the cooling rates of high Prandtl fluid considering the variable viscosity effects.

Climate change in the Atlantic Ocean since the 1940's and the effects on the global climate

En aquest projecte s’ha estudiat la relació entre els canvis en les temperatures superficials de l’Oceà Atlàntic i els canvis en la circulació atmosfèrica en el segle XX. Concretament s’han analitzat dos períodes de estudi: el primer des del 1940 al 1960 i el segon des del 1980 fins al 2000. S’ha posat especial interès en les anomalies en les temperatures superficials del mar en la regió tropical de l’Oceà Atlàntic i la possible interconnexió amb els canvis climàtics observats i predits. Per a la realització de l’estudi s’han dut a terme una sèrie d’experiments utilitzant el model climàtic elaborat a la universitat d’UCLA (UCLA‐AGCM model). Els resultats obtinguts han estat analitzats en forma de mapes i figures per a cada variable d’estudi. També s’ha fet una comparació entre els resultats obtinguts i altres trobats en altres treballs publicats sobre el mateix tema de recerca. Els resultats obtinguts són molt amplis i poden tenir diverses interpretacions. Tot i així algunes de les conclusions a les quals s’ha arribat són: les diferències més significatives per a les variables estudiades i trobades a partir dels resultats obtinguts del model per als dos períodes d’estudi són en els mesos d’hivern i a la zona dels tròpics; concretament a parts del nord de sud Amèrica i a parts del nord d’Àfrica. S’han trobat també canvis significatius en els patrons de precipitació sobre aquestes mateixes zones. També s’ha observant un moviment cap al nord de la zona d’interconvergència tropical i pot ser degut a l’anòmal gradient trobat a la zona equatorial en les temperatures superficial de l’Oceà. Tot i així per a una definitiva discussió i conclusions sobre els resultats dels experiments, seria necessari un estudi més ampli i profund.

Estimating patterns of leaf herbivory along an altitudinal transect in NE Queensland rainforests: might global warming increase leaf herbivory in tropical rainforests?

Climate change has been taking place at unprecedented rates over the past decades. These fast alterations caused by human activities are leading to a global warming of the planet. Warmer temperatures are going to have important effects on vegetation and especially on tropical forests. Insects as well will be affected by climate change. This study tested the hypothesis that higher temperatures lead to a higher insect pressure on vegetation. Visual estimations of leaf damage were recorded and used to assess the extent of herbivory in nine 0.1ha plots along an altitudinal gradient, and therefore a temperature gradient. These estimations were made at both a community level and a species level, on 2 target species. Leaf toughness tests were performed on samples from the target species from each plot. Results showed a strong evidence of increasing insect damage along increasing temperature, with no significant effect from the leaf toughness.

A mixed finite element method for nonlinear diffusion equations

We propose a mixed finite element method for a class of nonlinear diffusion equations, which is based on their interpretation as gradient flows in optimal transportation metrics. We introduce an appropriate linearization of the optimal transport problem, which leads to a mixed symmetric formulation. This formulation preserves the maximum principle in case of the semi-discrete scheme as well as the fully discrete scheme for a certain class of problems. In addition solutions of the mixed formulation maintain exponential convergence in the relative entropy towards the steady state in case of a nonlinear Fokker-Planck equation with uniformly convex potential. We demonstrate the behavior of the proposed scheme with 2D simulations of the porous medium equations and blow-up questions in the Patlak-Keller-Segel model.

Estudi de la configuració magnètica de l'experiment LTP (LISA Technology Package)

La Teoria de la Relativitat General preveu que quan un objecte massiu és sotmès a una certa acceleració en certes condicions ha d’emetre ones gravitacionals. Es tracta d’un tipus d’on altament energètica però que interacciona amb la matèria de manera molt feble i el seu punt d’emissió és força llunyà. Per la qual cosa la seva detecció és una tasca extraordinàriament complicada. Conseqüentment, la detecció d’aquestes ones es creu molt més factible utilitzant instruments situats a l’espai. Amb aquest objectiu, neis la missió LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Es tracta aquesta d’una missió conjunta entre la NASA i l’ESA amb llançament previst per 2020-2025. Per reduir els riscs que comporta una primera utilització de tecnologia no testejada, unit a l’alt cost econòmic de la missió LISA. Aquesta missió contindrà instruments molt avançats: el LTP (LISA Technoplogy Package), desenvolupat per la Unió Europea, que provarà la tecnologia de LISA i el Drag Free flying system, que s’encarregarà de provar una sèrie de propulsors (thrusters) utilitzats per al control d’actitud i posició de satèl•lit amb precisió de nanòmetres. Particularment, el LTP, està composat per dues masses de prova separades per 35 centímetres, i d’un interferòmetre làser que mesura la variació de la distància relativa entre elles. D’aquesta manera, el LTP mesurarà les prestacions dels equips i les possibles interferències que afecten a la mesura. Entre les fonts de soroll es troben, entre d’altres, el vent i pressió de radiació solar, les càrregues electrostàtiques, el gradient tèrmic, les fluctuacions de voltatge o les forces internes. Una de les possibles causes de soroll és aquella que serà l’objecte d’estudi en aquest projecte de tesi doctoral: la presència dintre del LTP de camps magnètics, que exerceixen una força sobre les masses de prova, la seva estimació i el seu control, prenent en compte les caracterírstiques magnètiques de l’experiment i la dinàmica del satèl•lit.

Generic optimality conditions for semi-algebraic convex programs

We consider linear optimization over a nonempty convex semi-algebraic feasible region F. Semidefinite programming is an example. If F is compact, then for almost every linear objective there is a unique optimal solution, lying on a unique \active" manifold, around which F is \partly smooth", and the second-order sufficient conditions hold. Perturbing the objective results in smooth variation of the optimal solution. The active manifold consists, locally, of these perturbed optimal solutions; it is independent of the representation of F, and is eventually identified by a variety of iterative algorithms such as proximal and projected gradient schemes. These results extend to unbounded sets F.

Underwater Gigamosaicing

El procés de fusió de dues o més imatges de la mateixa escena en una d'única i més gran és conegut com a Image Mosaicing. Un cop finalitzat el procés de construcció d'un mosaic, els límits entre les imatges són habitualment visibles, degut a imprecisions en els registres fotomètric i geomètric. L'Image Blending és l'etapa del procediment de mosaicing a la que aquests artefactes són minimitzats o suprimits. Existeixen diverses metodologies a la literatura que tracten aquests problemes, però la majoria es troben orientades a la creació de panorames terrestres, imatges artístiques d'alta resolució o altres aplicacions a les quals el posicionament de la càmera o l'adquisició de les imatges no són etapes rellevants. El treball amb imatges subaquàtiques presenta desafiaments importants, degut a la presència d'scattering (reflexions de partícules en suspensió) i atenuació de la llum i a condicions físiques extremes a milers de metres de profunditat, amb control limitat dels sistemes d'adquisició i la utilització de tecnologia d'alt cost. Imatges amb il·luminació artificial similar, sense llum global com la oferta pel sol, han de ser unides sense mostrar una unió perceptible. Les imatges adquirides a gran profunditat presenten una qualitat altament depenent de la profunditat, i la seva degradació amb aquest factor és molt rellevant. El principal objectiu del treball és presentar dels principals problemes de la imatge subaquàtica, seleccionar les estratègies més adequades i tractar tota la seqüència adquisició-procesament-visualització del procés. Els resultats obtinguts demostren que la solució desenvolupada, basada en una Estratègia de Selecció de Límit Òptim, Fusió en el Domini del Gradient a les regions comunes i Emfatització Adaptativa d'Imatges amb baix nivell de detall permet obtenir uns resultats amb una alta qualitat. També s'ha proposat una estratègia, amb possibilitat d'implementació paral·lela, que permet processar mosaics de kilòmetres d'extensió amb resolució de centímetres per píxel.

Estudio de la estructura y composición de carbonales (Acacia pennatula) en dos estadios de desarrollo. Diseño de protocolo para el seguimiento de la dinámica de la vegetación en el CIEA "El Limón", Estelí (Nicaragua)

Los carbonales son un tipo de bosque secundario originados por el abandono de un sistema de producción silvopastoril. Estos parches de bosque ocupan una superficie importante de la zona de amortiguamiento de la Reserva Natural del Tisey-La Estanzuela, área del bioma más amenazado del mundo, el Bosque Seco Tropical. La principal especie que compone esta comunidad vegetal es la Acacia pennatula, conocida comúnmente como carbón. Actualmente no hay muchos estudios sobre los carbonales, por lo que el presente proyecto pretende caracterizar la estructura y composición de la comunidad y describir algunos índices ecológicos básicos, en dos estadios diferentes. El análisis de los datos proporciona información de las principales diferencias en cuanto a estructura y composición que tienen lugar en los carbonales. La disminución natural de la densidad de individuos de A. pennatula con los años, parece tener un efecto positivo sobre la diversidad, composición y estructura de la comunidad. En base a estos datos, se ha diseñado un protocolo para realizar un estudio experimental de estas comunidades en el CIEA “El Limón”. En el protocolo, mediante diferentes tratamientos de tala en estadios tempranos, se obtendrán áreas de estudio que presenten un gradiente en la variable densidad de individuos de A. pennatula. El objetivo principal es describir y comparar la estructura, composición y dinámica del carbonal a lo largo del tiempo, y determinar que efecto tiene sobre la comunidad modificar esta variable. Los resultados obtenidos en el protocolo pueden utilizarse como base para desarrollar un plan de manejo para los carbonales que facilite la restauración del Bosque Tropical Seco y el aprovechamiento forestal.

Test de sobrecarga acuosa y manometría de alta resolución para valoración de la resistencia al flujo esófago-gástrico en paciente s con acalasia

La manometría convencional es el “gold standard” para diagnosticar trastornos motores del esófago, pero la información que da sobre la repercusión funcional de estas alteraciones es escasa. La manometría de alta resolución permite estudiar con detalle la motilidad esofagogástrica mediante la generación de mapas topográficos de presiones desde la orofaringe hasta el estómago. Hipótesis: Si la generación de mapas topográficos de presiones en el esófago mediante manometría de alta resolución demuestra la resistencia al flujo esofagogástrico. Objetivo: Comprobar si un test con sobrecarga de agua puede mostrar la presencia de resistencia al flujo esofagogástrico en pacientes con acalasia. Método: Estudiamos 2 grupos de pacientes con alteración de la motilidad esofágica. Un grupo de 8 pacientes que cumplen criterios manométricos de acalasia y, como grupo control, 8 pacientes con disfunción del peristaltismo esofágico ( DPE). A cada paciente se le realizó un test de sobrecarga que consistía en la ingesta rápida de 200 ml de agua mientras se registraban las presiones esofágicas. Resultados: Los pacientes con acalasia ingirieron el agua más lentamente que los pacientes con DPE (82± 14 seg vs 34± 6 seg, p&0,05). Mientras la unión gastroesofágica (UGE) permaneció contraída en el grupo de pacientes con acalasia (46,6± 6 mm Hg; p&0,05), permaneció relajada durante el tiempo del ingesta en pacientes con DPE ( 16,6 ± 4,7 mm Hg). La unión esófago-gástrica (UGE) experimentó una migración proximal en pacientes con acalasia de 1,3 ± 0 cm mientras que en el grupo control no migró (0 cm; p&0,05). La ingesta de agua se asoció a un incremento de la presión del esófago distal (2 cm por encima de la UGE) significativamente mayor en los pacientes con acalasia que en los pacientes con DPE (42,2 ± 20 vs 9,5± 7,9 mm Hg respectivamente, p&0,05) lo que produjo un incremento del gradiente de presión esófago-gástrico en pacientes con acalasia (16± 0,9 mmHg) que no se observó en los pacientes con DPE (0,1 ± 0,4 mmHg ; p&0,05). Conclusión: Un test con sobrecarga de agua durante la medición de la topografía y de las presiones esofágicas demuestra obstrucción al flujo esofagogástrico en los pacientes con acalasia. Este test podría contribuir a valorar la repercusión funcional en pacientes con acalasia y podría servir para el seguimiento de pacientes con acalasia tratados.

Interaccions arbre-arbust al límit superior del bosc i efectes de gradients bioclimàtics en la vegetació

Durant el periode d’elaboració d’aquesta tesi hem aprofundit en el coneixement dels factors que controlen les dinàmiques espacio-temporals del límit superior del bosc. Aquest ecotò se situa entre el límit superior del bosc i els prats alpins i és susceptible a canvis ambientals, fet que provoca que fluctuï altitudinalment i latitudinalment en funció d’aquests canvis. Els motius d’aquesta dinàmica s’ha estudiat sovint des d’un punt de vista climàtic, però mai fins ara s’havia estudiat des d’un punt de vista de les interaccions entre organismes. Per aquest fet hem estat evaluant l’efecte de les interaccions planta-planta en la regulació de la dinàmica supraforestal. L’estudi l’hem emmarcat en un context alpí (als Pirineus Catalans) i en un context subàrtic (Lapònia, Suècia), fet que ens ha permès fer un estudi comparatiu en dos ecotons contrastats però homòlegs ecològicament. Hem desenvolupat una sèrie d’experiments considerant diversos factors (augment de temperatura, quantitat de nutrients, presència d’arbust, posició en l’ecotò); en les dues zones d’estudi hem fet una plantació de plançons dels arbres formadors del límit del bosc en les diverses situacions derivades de la combinació d’aquests factors, i hem fet el seguiment fenològic dels plançons durant tres periodes de creixement. Els resultats dels experiments ens han permès veure que les interaccions entre organismes tenen una gran importància en la regulació de la dinàmica supraforestal, tant als Pirineus com a Lapònia. Les interaccions planta-planta i planta-herbívors determinen el reclutament de plançons i per tant l’estructuració de les comunitats supraforestals. Per altra banda, la posició en l’ecotò evidencia la presència d’un gradient bioclimàtic; les manipulacions ambientals de temperatura i nutrients originen una resposta generalment positiva en el desenvolupament dels plançons, indicant que canvis en aquestes variables pot suposar alteracions notables de l’estructura forestal del límit del bosc. Per altra banda en aquest projecte també hem aprofundit en temes relacionats amb l'efecte dels gradients altitudinals en la distribució de plantes vasculars als Pirineus Catalans.

Interaccions arbre-arbust al límit superior del bosc i efectes de gradients bioclimàtics en la vegetació

Durant el periode d’elaboració d’aquesta tesi hem aprofundit en el coneixement dels factors que controlen les dinàmiques espacio-temporals del límit superior del bosc. Aquest ecotò se situa entre el límit superior del bosc i els prats alpins i és susceptible a canvis ambientals, fet que provoca que fluctuï altitudinalment i latitudinalment en funció d’aquests canvis. Els motius d’aquesta dinàmica s’ha estudiat sovint des d’un punt de vista climàtic, però mai fins ara s’havia estudiat des d’un punt de vista de les interaccions entre organismes. Per aquest fet hem estat evaluant l’efecte de les interaccions planta-planta en la regulació de la dinàmica supraforestal. L’estudi l’hem emmarcat en un context alpí (als Pirineus Catalans) i en un context subàrtic (Lapònia, Suècia), fet que ens ha permès fer un estudi comparatiu en dos ecotons contrastats però homòlegs ecològicament. Hem desenvolupat una sèrie d’experiments considerant diversos factors (augment de temperatura, quantitat de nutrients, presència d’arbust, posició en l’ecotò); en les dues zones d’estudi hem fet una plantació de plançons dels arbres formadors del límit del bosc en les diverses situacions derivades de la combinació d’aquests factors, i hem fet el seguiment fenològic dels plançons durant tres periodes de creixement. Els resultats dels experiments ens han permès veure que les interaccions entre organismes tenen una gran importància en la regulació de la dinàmica supraforestal, tant als Pirineus com a Lapònia. Les interaccions planta-planta i planta-herbívors determinen el reclutament de plançons i per tant l’estructuració de les comunitats supraforestals. Per altra banda, la posició en l’ecotò evidencia la presència d’un gradient bioclimàtic; les manipulacions ambientals de temperatura i nutrients originen una resposta generalment positiva en el desenvolupament dels plançons, indicant que canvis en aquestes variables pot suposar alteracions notables de l’estructura forestal del límit del bosc. Per altra banda en aquest projecte també hem aprofundit en temes relacionats amb l'efecte dels gradients altitudinals en la distribució de plantes vasculars als Pirineus Catalans.

Volatility smile extrapolation with an artificial neural network

I use a multi-layer feedforward perceptron, with backpropagation learning implemented via stochastic gradient descent, to extrapolate the volatility smile of Euribor derivatives over low-strikes by training the network on parametric prices.

Indicator taxa of benthic diatom communities: a case study in Mediterranean streams

A key issue in the implementation of the Water Framework Directive is the classification of streams and rivers using biological quality parameters and type-specific reference conditions. Four groups of stream types were defined in NE Spain on the basis of 152 diatom samples by means of detrended correspondence analysis and classification techniques. Diatom analysis was restricted to epilithic taxa, and the sites included gradients ranging from near-natural streams to sites with poor ecological quality. The main gradient shows a clear separation of sites in relation to the degree of human influence: polluted streams (mainly located in the lowlands) differ from streams in mountainous areas and in the Pyrenees. A second gradient is related to physiographical features. Headwater streams can be distinguished by their catchment geology. The type-specific diatom taxa for the stream types studied were determined by using indicator species analysis (IndVal). The type-specific taxa from near-natural streams are coincident with the indicator taxa for high ecological status. Human impact reduced the typological heterogeneity of the diatom community composition. Overall, the diatom communities in NE Spain exhibit a regional distribution pattern that closely corresponds with that observed in river systems elsewhere. Physiographical differences are only evident in undisturbed sites, while nutrient enrichment and other human disturbances may mask the regional differences in the distribution of diatom communities

The implementation of liquid chromatography tandem mass spectrometry for the official control of lipophilic toxins in seafood: Single-laboratory validation under four chromatographic conditions

We performed a comprehensive study to assess the fit for purpose of four chromatographic conditions for the determination of six groups of marine lipophilic toxins (okadaic acid and dinophysistoxins, pectenotoxins, azaspiracids, yessotoxins, gymnodimine and spirolides) by LC-MS/MS to select the most suitable conditions as stated by the European Union Reference Laboratory for Marine Biotoxins (EURLMB). For every case, the elution gradient has been optimized to achieve a total run-time cycle of 12 min. We performed a single-laboratory validation for the analysis of three relevant matrices for the seafood aquaculture industry (mussels, pacific oysters and clams), and for sea urchins for which no data about lipophilic toxins have been reported before. Moreover, we have compared the method performance under alkaline conditions using two quantification strategies: the external standard calibration (EXS) and the matrix-matched standard calibration (MMS). Alkaline conditions were the only scenario that allowed detection windows with polarity switching in a 3200 QTrap mass spectrometer, thus the analysis of all toxins can be accomplished in a single run, increasing sample throughput. The limits of quantification under alkaline conditions met the validation requirements established by the EURLMB for all toxins and matrices, while the remaining conditions failed in some cases. The accuracy of the method and the matrix effects where generally dependent on the mobile phases and the seafood species. The MMS had a moderate positive impact on method accuracy for crude extracts, but it showed poor trueness for seafood species other than mussels when analyzing hydrolyzed extracts. Alkaline conditions with EXS and recovery correction for OA were selected as the most proper conditions in the context of our laboratory. This comparative study can help other laboratories to choose the best conditions for the implementation of LC-MS/MS according to their own necessities.