On Hamiltonian balanced dynamics and the slowest invariant manifold

The concept of a slowest invariant manifold is investigated for the five-component model of Lorenz under conservative dynamics. It is shown that Lorenz's model is a two-degree-of-freedom canonical Hamiltonian system, consisting of a nonlinear vorticity-triad oscillator coupled to a linear gravity wave oscillator, whose solutions consist of regular and chaotic orbits. When either the Rossby number or the rotational Froude number is small, there is a formal separation of timescales, and one can speak of fast and slow motion. In the same regime, the coupling is weak, and the Kolmogorov–Arnold-Moser theorem is shown to apply. The chaotic orbits are inherently unbalanced and are confined to regions sandwiched between invariant tori consisting of quasi-periodic regular orbits. The regular orbits generally contain free fast motion, but a slowest invariant manifold may be geometrically defined as the set of all slow cores of invariant tori (defined by zero fast action) that are smoothly related to such cores in the uncoupled system. This slowest invariant manifold is not global; in fact, its structure is fractal; but it is of nearly full measure in the limit of weak coupling. It is also nonlinearly stable. As the coupling increases, the slowest invariant manifold shrinks until it disappears altogether. The results clarify previous definitions of a slowest invariant manifold and highlight the ambiguity in the definition of “slowness.” An asymptotic procedure, analogous to standard initialization techniques, is found to yield nonzero free fast motion even when the core solutions contain none. A hierarchy of Hamiltonian balanced models preserving the symmetries in the original low-order model is formulated; these models are compared with classic balanced models, asymptotically initialized solutions of the full system and the slowest invariant manifold defined by the core solutions. The analysis suggests that for sufficiently small Rossby or rotational Froude numbers, a stable slowest invariant manifold can be defined for this system, which has zero free gravity wave activity, but it cannot be defined everywhere. The implications of the results for more complex systems are discussed.

Building climate resilience: lessons of early warning in Africa

Given the high levels of uncertainty and substantial variability in local weather and climate, what constitutes successful adaptation for the 800 million food-insecure people in Africa? In this context there is a need for building climate resilience through effective early warning systems, bringing real-time monitoring and decision-making together with stakeholders. The chapter presents two effective operational early warning systems in Africa: The Radio and Internet (RANET) network and the Rainwatch project. These examples were developed in partnership with local climate scientists and tailored to local development needs, enabled and encouraged with only modest international support. They deliver important lessons about how to prepare for crises using simple real-time monitoring. They also help us identify characteristics of managing for resilience in practice. The chapter concludes that successful adaptation requires adaptive, flexible, linked institutions, together with ground-based collaboration and practical tools. In the context of early warning three features stand out that make these systems successful: effective communication of current weather and climate information, a key individual within a bridging organization with the ability to navigate the governance systems, and sufficient time for innovation development.

The COnvective Precipitation Experiment (COPE): investigating the origins of heavy precipitation in the southwestern UK

A recent field campaign in southwest England used numerical modeling integrated with aircraft and radar observations to investigate the dynamic and microphysical interactions that can result in heavy convective precipitation. The COnvective Precipitation Experiment (COPE) was a joint UK-US field campaign held during the summer of 2013 in the southwest peninsula of England, designed to study convective clouds that produce heavy rain leading to flash floods. The clouds form along convergence lines that develop regularly due to the topography. Major flash floods have occurred in the past, most famously at Boscastle in 2004. It has been suggested that much of the rain was produced by warm rain processes, similar to some flash floods that have occurred in the US. The overarching goal of COPE is to improve quantitative convective precipitation forecasting by understanding the interactions of the cloud microphysics and dynamics and thereby to improve NWP model skill for forecasts of flash floods. Two research aircraft, the University of Wyoming King Air and the UK BAe 146, obtained detailed in situ and remote sensing measurements in, around, and below storms on several days. A new fast-scanning X-band dual-polarization Doppler radar made 360-deg volume scans over 10 elevation angles approximately every 5 minutes, and was augmented by two UK Met Office C-band radars and the Chilbolton S-band radar. Detailed aerosol measurements were made on the aircraft and on the ground. This paper: (i) provides an overview of the COPE field campaign and the resulting dataset; (ii) presents examples of heavy convective rainfall in clouds containing ice and also in relatively shallow clouds through the warm rain process alone; and (iii) explains how COPE data will be used to improve high-resolution NWP models for operational use.

Local and remote tissue injury upon intestinal ischemia and reperfusion depends on the TLR/MyD88 signaling pathway

Innate immune responses against microorganisms may be mediated by Toll-like receptors (TLRs). Intestinal ischemia-reperfusion (i-I/R) leads to the translocation of bacteria and/or bacterial products such as endotoxin, which activate TLRs leading to acute intestinal and lung injury and inflammation observed upon gut trauma. Here, we investigated the role of TLR activation by using mice deficient for the common TLR adaptor protein myeloid differentiation factor 88 (MyD88) on local and remote inflammation following intestinal ischemia. Balb/c and MyD88(-/-) mice were subjected to occlusion of the superior mesenteric artery (45 min) followed by intestinal reperfusion (4 h). Acute neutrophil recruitment into the intestinal wall and the lung was significantly diminished in MyD88(-/-) after i-I/R, which was confirmed microscopically. Diminished neutrophil recruitment was accompanied with reduced concentration of TNF-alpha and IL-1 beta level. Furthermore, diminished microvascular leak and bacteremia were associated with enhanced survival of MyD88(-/-) mice. However, neither TNF-alpha nor IL-1 beta neutralization prevented neutrophil recruitment into the lung but attenuated intestinal inflammation upon i-I/R. In conclusion, our data demonstrate that disruption of the TLR/MyD88 pathway in mice attenuates acute intestinal and lung injury, inflammation, and endothelial damage allowing enhanced survival.

Self-adjoint extensions and spectral analysis in the generalized Kratzer problem

We present a mathematically rigorous quantum-mechanical treatment of a one-dimensional non-relativistic motion of a particle in the potential field V(x) = g(1)x(-1) + g(2)x(-2), x is an element of R(+) = [0, infinity). For g(2) > 0 and g(1) < 0, the potential is known as the Kratzer potential V(K)(x) and is usually used to describe molecular energy and structure, interactions between different molecules and interactions between non-bonded atoms. We construct all self-adjoint Schrodinger operators with the potential V(x) and represent rigorous solutions of the corresponding spectral problems. Solving the first part of the problem, we use a method of specifying self-adjoint extensions by (asymptotic) self-adjoint boundary conditions. Solving spectral problems, we follow Krein`s method of guiding functionals. This work is a continuation of our previous works devoted to the Coulomb, Calogero and Aharonov-Bohm potentials.

Using Normative Markov Decision Processes for Evaluating Electronic Contracts: A Case Study in a Simulated Aerospace Aftermarket

Before signing electronic contracts, a rational agent should estimate the expected utilities of these contracts and calculate the violation risks related to them. In order to perform such pre-signing procedures, this agent has to be capable of computing a policy taking into account the norms and sanctions in the contracts. In relation to this, the contribution of this work is threefold. First, we present the Normative Markov Decision Process, an extension of the Markov Decision Process for explicitly representing norms. In order to illustrate the usage of our framework, we model an example in a simulated aerospace aftermarket. Second, we specify an algorithm for identifying the states of the process which characterize the violation of norms. Finally, we show how to compute policies with our framework and how to calculate the risk of violating the norms in the contracts by adopting a particular policy.

Simulação numérica de esteiras em transição utilizando o método dos contornos virtuais

Simulações Numéricas são executadas em um código numérico de alta precisão resolvendo as equações de Navier-Stokes e da continuidade para regimes de escoamento incompressíveis num contexto da turbulência bidimensional. Este código utiliza um esquema compacto de diferenças finitas de sexta ordem na aproximação das derivadas espaciais. As derivadas temporais são calculadas usando o esquema de Runge-Kuta de terceeira ordem com baixo armazenamento. Tal código numérico fornece uma representação melhorada para uma grande faixa de escalas de comprimento e de tempo. As técnicas dos contornos imersos acopladas ao método dos contornos virtuais permitem modelar escoamentos não-estacionários sobre geometrrias complexas, usando simplesmente uma malha Cartesiana uniforme. Por meio de procedimentos de aproximação/interpolação, as técnicas dos contornos imersos (aproximação Gaussiana, interpolação bilinear e redistribuição Gaussiana), permitem a representação do corpo sólido no interior do campo de escoamento, com a superfície não coincidindo com a malha computacional. O método dos contornos virtuais, proposto originalmente por Peskin, consiste, basicamente, na imposição na superfície e/ou no interior do corpo, de um termo de força temporal acrescentando às equações do momento. A aplicação deste campo de força local leva o fluido ao repouso na superfície do corpo, permitindo obter as condições de contorno de não-deslizamento e de não penetração de fluido na parede. A análise das oscilações induzidas no escoamento-contorno pelo processo de desprendimento de vórtices na esteira do cilindro circular e de geometria retangulares na incidência, para números de Reybolds variando de 40 a 400, confirma a eficiência computacional e a aplicabilidade das técncias implementadas.

Políticas públicas e gênero: a questão das necessidades práticas e estratégicas

A incorporação de gênero nas políticas públicas é entendida como o reconhecimento de que a população não é homogênea, mas recortada por diferenças que precisam ser entendidas para que as políticas públicas atendam às diferentes necessidades da população, e não discriminem nenhum grupo. Contudo, essa incorporação, dependendo de como as necessidades de gênero são definidas, pode acabar reduzindo-as a uma série preestabelecida de itens que precisam ser satisfeitos. Assim, esta pesquisa tem a intenção de fazer uma discussão teórica da definição de necessidades de gênero, necessidades estratégicas de gênero e necessidades práticas de gênero, que uma das principais proponentes do Planejamento com perspectiva de Gênero, Moser (1986), propõe.

Modelo de um neurônio diferenciador-integrador para representação temporal em arquiteturas conexionistas

O presente trabalho analisa diferentes modelos de representação temporal usados em arquiteturas conexionistas e propõe o uso de um novo modelo neural, chamado Neurônio Diferenciador-Integrador (NDI) para aplicação com processamento de sinais temporais. O NDI pode ser interpretado como filtro digital. Seu funcionamento exige poucos recursos computacionais e pode ser de grande valia em problemas onde a solução ideal depende de uma representação temporal instantânea, facilidade de implementação, modularidade e eliminação de ruído. Após a definição do modelo, o mesmo é sujeito a alguns experimentos teóricos utilizado em conjunto com arquiteturas conexionistas clássicas para resolver problemas que envolvem o tempo, como previsão de séries temporais, controle dinâmico e segmentação de seqüências espaço-temporais. Como conclusão, o modelo neural apresenta grande potencialidade principalmente na robótica, onde é necessário tratar os sinais sensoriais ruidosos do robô de forma rápida e econômica.

História do turismo em Petrópolis entre 1900 e 1930

O presente trabalho pretendeu analisar de que forma se originou a construção da chamada “natureza turística” da cidade de Petrópolis, através de uma perspectiva histórica. Como objetivo específico, pretendi descrever como se deu a organização da atividade turística no município, destacando as suas origens, buscando compreender e identificar as principais narrativas e imagens que sustentam essa construção cultural, destacando as suas origens entre os anos de 1900 e 1930. Com este fim, o trabalho apresenta as origens e evolução da cidade de Petrópolis desde os antecedentes de sua fundação no século XIX. Em seguida, trabalhei no sentido de desvendar as transformações sociais no ato de viajar, na perspectiva de compreender as origens e consolidação da atividade turística organizada no município. Finalmente, analisei algumas narrativas e imagens que representam a construção cultural da “natureza turística” de Petrópolis, tendo como referência as primeiras décadas do Século XX. O estudo foi realizado através de recurso a literatura técnico-científica existente e também de pesquisa documental e iconográfica que retratasse narrativas e imagens do turismo em Petrópolis no início de sua organização. Para isso, foram selecionados guias e revistas publicados entre os anos de 1900 e 1930.

Desilgualdaddes de Harnack

Neste trabalho provamos a Desigualdade de Harnack para solu»c~oes posi- tivas de equa»c~oes diferenciais parciais el¶³pticas de segunda ordem usando as itera»c~oes de JÄurgen Moser. A partir disso, mostramos que estas solu»c~oes s~ao fun»c~oes de HÄolder e estudamos o seu comportamento no in¯nito. Aplicamos este resultado para provar que uma superf¶³cie m¶³nima, gr¶a¯co de uma fun»c~ao de¯nida fora de um cubo em Rn e com derivadas limitadas, aproxima-se de um plano em Rn+1.

Contribuição ao estudo de simulação de um banco comercial

O objetivo deste trabalho é estudar estes fatores isolada e interdependente de modo a procurar compor um mecanismo de simulação que permita obter elementos para quantificar as repercussões de medidas isoladas, no restante da estrutura do banco. Uma parcela considerável das informações utilizadas foi obtida a partir de levantamentos contábeis e entrevistas efetuadas em um grande banco comercial. É nossa intenção demonstrar a viabilidade da utilização prática deste modelo na previsão e acompanhamento de resultados, mantendo, a possibilidade de atualizar e testar novas hipóteses.