Robust model-order reduction of complex biological processes

This paper addresses robust model-order reduction of a high dimensional nonlinear partial differential equation (PDE) model of a complex biological process. Based on a nonlinear, distributed parameter model of the same process which was validated against experimental data of an existing, pilot-scale BNR activated sludge plant, we developed a state-space model with 154 state variables in this work. A general algorithm for robustly reducing the nonlinear PDE model is presented and based on an investigation of five state-of-the-art model-order reduction techniques, we are able to reduce the original model to a model with only 30 states without incurring pronounced modelling errors. The Singular perturbation approximation balanced truncating technique is found to give the lowest modelling errors in low frequency ranges and hence is deemed most suitable for controller design and other real-time applications. (C) 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

A note on quasi-stationary distributions of birth-death processes and the SIS logistic epidemic

For Markov processes on the positive integers with the origin as an absorbing state, Ferrari, Kesten, Martinez and Picco studied the existence of quasi-stationary and limiting conditional distributions by characterizing quasi-stationary distributions as fixed points of a transformation Phi on the space of probability distributions on {1, 2,.. }. In the case of a birth-death process, the components of Phi(nu) can be written down explicitly for any given distribution nu. Using this explicit representation, we will show that Phi preserves likelihood ratio ordering between distributions. A conjecture of Kryscio and Lefevre concerning the quasi-stationary distribution of the SIS logistic epidemic follows as a corollary.

Allowance for thermodynamic non-ideality in the characterization of protein self-association by frontal exclusion chromatography: hemoglobin revisited

This investigation re-examines theoretical aspects of the allowance for effects of thermodynamic non-ideality on the characterization of protein self-association by frontal exclusion chromatography, and thereby provides methods of analysis with greater thermodynamic rigor than those used previously. Their application is illustrated by reappraisal of published exclusion chromatography data for hemoglobin on the controlled-pore-glass matrix CPG-120. The equilibrium constant of 100/M that is obtained for dimerization of the (02 species by this means is also deduced from re-examination of published studies of concentrated hemoglobin solutions by osmotic pressure and sedimentation equilibrium methods. (C) 2003 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Analytical exclusion chromatography

This review summarizes the development of exclusion chromatography, also termed gel filtration, molecular-sieve chromatography and gel permeation chromatography, for the quantitative characterization of solutes and solute interactions. As well as affording a means of determining molecular mass and molecular mass distribution, the technique offers a convenient way of characterizing solute selfassociation and solute-ligand interactions in terms of reaction stoichiometry and equilibrium constant. The availability of molecular-sieve media with different selective porosities ensures that very little restriction is imposed on the size of solute amenable to study. Furthermore, access to a diverse array of assay procedures for monitoring the column eluate endows analytical exclusion chromatography with far greater flexibility than other techniques from the viewpoint of solute concentration range that can be examined. In addition to its widely recognized prowess as a means of solute separation and purification, exclusion chromatography thus also possesses considerable potential for investigating the functional roles of the purified solutes. (C) 2003 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Using the flexibility index to compare batch and continuous activated sludge processes

This paper considers the question of which is better: the batch or the continuous activated sludge processes? It is an important question because dissension still exists in the wastewater industry as to the relative merits of each of the processes. A review of perceived differences in the processes from the point of view of two related disciplines, process engineering and biotechnology, is presented together with the results of previous comparative studies. These reviews highlight possible areas where more understanding is required. This is provided in the paper by application of the flexibility index to two case studies. The flexibility index is a useful process design tool that measures the ability of the process to cope with long term changes in operation.

The Lake Tekapo experiment (LTEX): An investigation of atmospheric boundary layer processes in complex terrain

A research program on atmospheric boundary layer processes and local wind regimes in complex terrain was conducted in the vicinity of Lake Tekapo in the southern Alps of New Zealand, during two 1-month field campaigns in 1997 and 1999. The effects of the interaction of thermal and dynamic forcing were of specific interest, with a particular focus on the interaction of thermal forcing of differing scales. The rationale and objectives of the field and modeling program are described, along with the methodology used to achieve them. Specific research aims include improved knowledge of the role of surface forcing associated with varying energy balances across heterogeneous terrain, thermal influences on boundary layer and local wind development, and dynamic influences of the terrain through channeling effects. Data were collected using a network of surface meteorological and energy balance stations, radiosonde and pilot balloon soundings, tethered balloon and kite-based systems, sodar, and an instrumented light aircraft. These data are being used to investigate the energetics of surface heat fluxes, the effects of localized heating/cooling and advective processes on atmospheric boundary layer development, and dynamic channeling. A complementary program of numerical modeling includes application of the Regional Atmospheric Modeling System (RAMS) to case studies characterizing typical boundary layer structures and airflow patterns observed around Lake Tekapo. Some initial results derived from the special observation periods are used to illustrate progress made to date. In spite of the difficulties involved in obtaining good data and undertaking modeling experiments in such complex terrain, initial results show that surface thermal heterogeneity has a significant influence on local atmospheric structure and wind fields in the vicinity of the lake. This influence occurs particularly in the morning. However, dynamic channeling effects and the larger-scale thermal effect of the mountain region frequently override these more local features later in the day.

Online titrimetric and off-gas analysis for examining nitrification processes in wastewater treatment

The two steps of nitrification, namely the oxidation of ammonia to nitrite and nitrite to nitrate, often need to be considered separately in process studies. For a detailed examination, it is desirable to monitor the two-step sequence using online measurements. In this paper, the use of online titrimetric and off-gas analysis (TOGA) methods for the examination of the process is presented. Using the known reaction stoichiometry, combination of the measured signals (rates of hydrogen ion production, oxygen uptake and carbon dioxide transfer) allows the determination of the three key process rates, namely the ammonia consumption rate, the nitrite accumulation rate and the nitrate production rate. Individual reaction rates determined with the TOGA sensor under a number of operation conditions are presented. The rates calculated directly from the measured signals are compared with those obtained from offline liquid sample analysis. Statistical analysis confirms that the results from the two approaches match well. This result could not have been guaranteed using alternative online methods. As a case study, the influences of pH and dissolved oxygen (DO) on nitrite accumulation are tested using the proposed method. It is shown that nitrite accumulation decreased with increasing DO and pH. Possible reasons for these observations are discussed. (C) 2003 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Mid- to Late-Holocene estuarine infilling processes studied by radiocarbon dates, high resolution seismic and biofacies at Vitoria Bay, Espirito Santo, Southeastern Brazil

A Baía de Vitória é um estuário com 20 km de comprimento, morfologicamente estreito, com um regime de micromaré e, como outros estuários modernos, formado durante a última transgressão pós-glacial. A morfologia de fundo do estrato estuarino é caracterizada por um canal natural principal limitado por planícies de maré com manguezais desenvolvidos. Datações de radiocarbono originais foram obtidas para a área. Cinco idades de radiocarbono estendendo-se de 1.010 a 7.240 anos AP foram obtidas através de dois testemunhos de sedimento, representando uma sequência estratigráfica de 5 m de espessura. Os resultados indicam que até aproximadamente 4.000 anos cal. AP, as condições ambientais da Baía de Vitória eram ainda de uma baía aberta, com uma conexão livre e aberta com águas marinhas. Durante os últimos 4.000 anos a baía experimentou uma fase de regressão importante, tornando-se mais restrita em termos de circulação da água do mar e provavelmente aumentando a energia de marés. Três superfícies estratigráficas principais foram reconhecidas, limitando fácies transgressiva, transgressiva/nível de mar alto e regressiva. A morfologia do canal atual representa um diastema de maré, mostrando fácies regressivas truncadas e erodidas. Biofácies de foraminíferos, passando de ambiente marinho para ambiente salobro e de manguezais em planície de maré confirmam a interpretação sismoestratigráfica. A ausência de biofácies de mangue em um dos dois testemunhos é tambémuma indicação de ravinamento de maré atual.

O mar não está para peixe : uma etnografia dos conflitos socioambientais em torno da Zona de Proteção Marinha e da comunidade pesqueira do Bugigão – RESEXMAR do Corumbau/Bahia.

A Reserva Extrativista Marinha (RESEXMAR) do Corumbau foi criada no ano de 2000, a partir de uma ação coletiva, iniciada em 1997 por meio das lideranças de pescadores locais, na busca de instrumento jurídico que garantisse o acesso exclusivo dos recursos pesqueiros contra a atividade da pesca comercial de camarão sete-barbas que se instalou na década de 1980. Durante o processo de criação da RESEXMAR do Corumbau, os pescadores obtiveram apoio de órgãos governamentais, como a Coordenação Nacional de Populações Tradicionais (CNPT) e de entidades ambientalistas do terceiro setor – Associação Pradense de Proteção Ambiental (APPA), e posteriormente a Conservation International do Brasil (CI-Brasil). Entretanto, após a criação da RESEXMAR do Corumbau – entre os anos 2000 e 2002 – foi elaborado o Plano de Manejo que orientaria a gestão da Unidade de Conservação (UC). O documento foi capitaneado pela equipe técnica e científica vinculada à CI-Brasil, tendo como ponto de destaque a criação de áreas de exclusão total da atividade da pesca, por meio da Zona de Proteção Marinha (ZPM). A ideia de uma ZPM, para a CI-Brasil, era que de forma indireta e em médio e longo prazo, os pescadores se beneficiariam com o possível aumento de produção de pescado, contanto que 30% de cobertura de recifes tivesse algum tipo de proteção dos processos ecológicos, tais como reprodução e crescimento de espécies. Durante as discussões do Plano de Manejo e atualmente uma parcela de pescadores locais contestaram os limites da ZPM, pois iria restringir o acesso aos recursos pesqueiros. No entanto, tal contestação foi suprimida pelas relações não formais que os membros da CI-Brasil possuíam com o núcleo familiar principal da Vila do Corumbau, forçando os demais em um acordo formal temporário. Tal questionamento evidenciou um conflito de conjunto de normas distintas entre pescadores artesanais em relação à CI-Brasil e IBAMA: a pesca artesanal ‒ um tipo de ação que segue normas específicas das quais elementos humanos e não humanos interagem conjuntamente, evidenciando um conhecimento prático e corporizado constituindo um modelo compreensivo de mundo e de natureza; conceitos modernos e globalizantes de uma natureza totalmente desvinculada das práticas locais artesanais, com forte articulação de uma entidade ambientalista de alcance internacional, guiada pela emergência das questões ambientais, imprimindo no local (o lugar da prática da pesca tradicional) a ideia de um espaço (Áreas Marinhas Protegidas), desencaixado de formas específicas de natureza/culturas.

Gira Mundos : a Educação Ambiental no mito e o mito na Educação Ambiental

A Educação Ambiental constitui-se na relação entre a natureza e a cultura de modo indissociável das relações de poder e de saber. A pesquisa enreda-se na tendência da Educação Ambiental complexa, analisa os modos de fabricação das subjetividades impostas pelo discurso neocapitalista, investiga a racionalidade herdada da sociedade moderna e explora a lógica dos referenciais afrodescendentes, em específico as lógicas presentes nos Terreiros da Umbanda. Problematiza o mito na Educação Ambiental e a Educação Ambiental no mito a partir das orixalidades umbandistas. Adota a pesquisa narrativa dialogando com Tristão (2012), problematiza os processos de subjetivação a partir de Foucault (1996) e busca capturar os saberes sustentáveis da noosfera umbandista (MORIN, 2005c) influenciada por Deleuze e Guattari (1996-1997). Através das Giras, seu principal ritual, evidencia como essas lógicas são acionadas para a fabricação de novos modos de percepção da relação entre a cultura e a natureza. Contribuem, no processo de investigação para a produção dos dados, a realização de entrevistas abertas e semiestruturadas, o registro em cadernos de bordo, gravações em áudio e vídeo, fotografias e rodas de conversas em encontros com professores e alunos de uma escola pública, próxima aos Terreiros, onde problematiza os processos e mecanismos de exclusão e violência materializados em posturas discriminatórias e de negação da cultura afro-brasileira e o modo como essas experiências são partilhadas pelos professores e alunos no contexto de suas práticas. A aposta metodológica consiste em criar estratégias de narrar experiências da Educação Ambiental em espaços não formais, como os espaços dos Terreiros da Umbanda, e em espaços formais, como a escola, através das orixalidades em narrativas, na busca de zonas de confiança e na invenção de encontros mais solidários, por escutas mais sutis e híbridas, e de novos sentidos de alianças que dissolvam pontos de vistas e desestabilizem discursos do eixo dominante, como forma de exercício do pensamento para abertura de lógicas silenciadas historicamente. Conclui que lógicas complexas incluem as existências infames e obscurecidas pela lógica oficial e que lógicas complexas buscam ver os efeitos dos modos como nós próprios fomos constituídos. A fé-eco-lógica presente nas orixalidades em narrativas potencializa a desconstrução dos regimes de verdade e subverte a monocultura de lógicas.

A creative solution for rapid and inexpensive model-making in product design processes

Innovative Developments in Virtual and Physical Prototyping

On the discovery of business processes orchestration patterns

COORDINSPECTOR is a Software Tool aiming at extracting the coordination layer of a software system. Such a reverse engineering process provides a clear view of the actually invoked services as well as the logic behind such invocations. The analysis process is based on program slicing techniques and the generation of, System Dependence Graphs and Coordination Dependence Graphs. The tool analyzes Common Intermediate Language (CIL), the native language of the Microsoft .Net Framework, thus making suitable for processing systems developed in any .Net Framework compilable language. COORDINSPECTOR generates graphical representations of the coordination layer together with business process orchestrations specified in WSBPEL 2.0