De la désorganisation à l’organisation apprenante en milieu rural

ZUSAMMENFASSUNG Von der „Chaosgruppe“ zur lernenden Organisation. Fallstudien zur Induzierung und Verbreitung von Innovation in ländlichen Kleinorganisationen im Buruli (Zentral-Uganda). Die oft fehlende Nachhaltigkeit landwirtschaftlicher Projekte in Afrika allgemein und in Buruli (Zentral-Uganda) insbesondere gab den Anstoß zu der Forschung, die der vorliegenden Dissertation zugrunde liegt. Ein häufiger Grund für das Scheitern von Projekten ist, dass die lokale Bevölkerung die landwirtschaftliche Innovation als Risiko für die Ernährungssicherheit der Familie betrachtet. Die vorliegende Arbeit ist daher ein Beitrag zur Suche nach einem Weg zur Nachhaltigkeit, der dieser Tatsache Rechnung trägt. Als Forschungsmethode wurden die Gruppendiskussion und die Beobachtung mit den beiden Varianten „teilnehmender Beobachter“ und „beobachtender Teilnehmer“ gemäß Lamnek(1995b) angewendet. Es stellte sich heraus, dass die ablehnende Haltung der Zielbevölkerung landwirtschaftlicher Innovation gegenüber durch finanzielle Anreize, Seminare oder die Überzeugungskunst von Mitarbeitern der Entwicklungsorganisationen kaum behoben werden kann, sondern nur durch den Einbezug der Menschen in einen von ihnen selbst gesteuerten Risikomanagementprozess. Die Prozessberatung von Schein (2000) und die nichtdirektive Beratung von Rogers (2010) haben sich im Rahmen unserer Untersuchung für die Motivierung der Bevölkerung für eine risikobewusste Entwicklungsinitiative von großem Nutzen erwiesen ebenso wie für die Beschreibung dieses Prozesses in der vorliegenden Studie. Die untersuchten Gruppen wurden durch diesen innovativen Ansatz der Entwicklungsberatung in die Lage versetzt, das Risiko von Innovation zu analysieren, zu bewerten und zu minimieren, ihre Zukunft selbst in die Hand zu nehmen und in einem sozialen, ökonomischen und physischen Umfeld zu gestalten sowie auf Veränderungen im Laufe der Umsetzung angemessen zu reagieren. Der Erwerb dieser Fähigkeit setzte eine Umwandlung einfacher Bauerngruppen ohne erkennbare Strukturen in strukturierte und organisierte Gruppen voraus, die einer lernenden Organisation im ländlichen Raum entsprechen. Diese Transformation bedarf als erstes eines Zugangs zur Information und einer zielorientierten Kommunikation. Die Umwandlung der Arbeitsgruppe zu einer lernenden Bauernorganisation förderte die Nachhaltigkeit des Gemüseanbauprojekts und das Risikomanagement und wurde so zu einem konkreten, von der Umwelt wahrgenommenen Beispiel für die Zweckmäßigkeit des oben beschriebenen Forschungsansatzes. Die Herausbildung einer lernenden Organisation ist dabei nicht Mittel zum Zweck, sondern ist selbst das zu erreichende Ziel. Die Beobachtung, Begleitung und Analyse dieses Umwandlungsprozesses erfordert einen multidisziplinären Ansatz. In diesem Fall flossen agrarwissenschaftliche, soziologische, linguistische und anthropologische Perspektiven in die partnerschaftlich ausgerichtete Forschung ein. Von der Entwicklungspolitik erfordert dieser Ansatz einen neuen Weg, der auf der Partnerschaft mit den Betroffenen und auf einer Entemotionalisierung des Entwicklungsvorhabens basiert und eine gegenseitige Wertschätzung zwischen den Akteuren voraussetzt. In diesem Prozess entwickelt sich im Laufe der Zeit die „lernende“ Bauernorganisation auch zu einer „lehrenden“ Organisation und wird dadurch eine Quelle der Inspiration für die Gesamtgesellschaft. Die Nachhaltigkeit von ländlichen Entwicklungsprojekten wird damit maßgeblich verbessert.

Interferometrische Sensoren mit Modulation der optischen Weglänge für die Fertigungsmesstechnik

Ziel dieser Dissertation ist es, eine Klasse interferometrischer Messgeräte zu charakterisieren und weiter zu entwickeln. Die Modulation der optischen Weglänge (OPLM) im Referenzarm eines interferometrischen Messsystems ist ein anpassungsfähiger Ansatz. Sie ist zur Messung von Oberflächenprofilen mit einer Auflösung bis in den sub-nm-Bereich bei einem Messbereich von bis zu 100 Mikrometer geeignet. Wird ein statisches Messobjekt gemessen, tritt durch die Modulation im Referenzarm am Detektor ein periodisches Interferenzmuster auf. Dies ist in der unten stehenden Abbildung schematisch dargestellt. Bei einer Veränderung des Abstandes zwischen Objekt und Messgerät kann aus der Phasen- und/oder Hüllkurvenverschiebung im Interferenzmuster die Abstandsänderung abgeleitet werden.Im Rahmen der Arbeit sind zwei funktionsfähige OPLM-Messsysteme entwickelt, aufgebaut und getestet worden. Diese demonstrieren, dass der OPLM-Ansatz ein breites Spektrum an Anwendungen durch eine optische Messung abdecken kann. Allerdings zeigen sich an den Messsystemen auch die Limitierungen des OPLM-Ansatzes. Die Systeme basieren auf einer Punktmessung mittels einer fasergekoppelten Sonde sowie auf einer linienförmigen Messung durch eine Zeilenkamera. Um eine hohe laterale Auflösung zu erzielen, wird die Zeilenkamera mit einem Mikroskop kombiniert. Damit flächenhaft gemessen werden kann, ist es notwendig, Messobjekt und Sensor zueinander zu verschieben. Daher wird eine Theorie entwickelt, unter welchen Randbedingungen bewegte Objekte von einem OPLM-Messsystem aufgelöst werden können. Die Theorie wird anschließend experimentell überprüft und bestätigt. Für die Auswertung der bei der Modulation der optischen Weglänge entstehenden Interferenzen existieren bereits einige erprobte Algorithmen, welche auf ihre Eignung hin untersucht und mit selbst entwickelten Algorithmen verglichen werden. Auch wird darauf eingegangen, welches die zentralen Herausforderungen bei der Planung von OPLM-Interferometern sind und wie sich insbesondere die Wahl des Aktors für die OPLM auf das gesamte Messsystem auswirkt. Bei den beiden Messsystemen werden jeweils wichtige Komponenten wie analoge Elektronik und Aktorik sowie ihre Funktionsweise erläutert. Es wird detailliert beschrieben, wie ein OPLM-Messsystem charakterisiert und kalibriert werden muss, um möglichst zuverlässige Messwerte zu liefern. Abschließend werden die Möglichkeiten der beiden entwickelten Systeme durch Beispielmessungen demonstriert, sowie ihre Messgenauigkeit charakterisiert.

Transport magnetischer Partikel durch maßgeschneiderte magnetische Feldlandschaften zur Anwendung in mikrofluidischen Mischprozessen

Die Miniaturisierung von konventioneller Labor- und Analysetechnik nimmt eine zentrale Rolle im Bereich der allgemeinen Lebenswissenschaften und medizinischen Diagnostik ein. Neuartige und preiswerte Technologieplattformen wie Lab-on-a-Chip (LOC) oder Mikrototalanalysesysteme (µTAS) versprechen insbesondere im Bereich der Individualmedizin einen hohen gesellschaftlichen Nutzen zur frühzeitigen und nichtinvasiven Diagnose krankheitsspezifischer Indikatoren. Durch den patientennahen Einsatz preiswerter und verlässlicher Mikrochips auf Basis hoher Qualitätsstandards entfallen kostspielige und zeitintensive Zentrallaboranalysen, was gleichzeitig Chancen für den globalen Einsatz - speziell in Schwellen- und Entwicklungsländern - bietet. Die technischen Herausforderungen bei der Realisierung moderner LOC-Systeme sind in der kontrollierten und verlässlichen Handhabung kleinster Flüssigkeitsmengen sowie deren diagnostischem Nachweis begründet. In diesem Kontext wird der erfolgreichen Integration eines fernsteuerbaren Transports von biokompatiblen, magnetischen Mikro- und Nanopartikeln eine Schlüsselrolle zugesprochen. Die Ursache hierfür liegt in der vielfältigen Einsetzbarkeit, die durch die einzigartigen Materialeigenschaften begründet sind. Diese reichen von der beschleunigten, aktiven Durchmischung mikrofluidischer Substanzvolumina über die Steigerung der molekularen Interaktionsrate in Biosensoren bis hin zur Isolation und Aufreinigung von krankheitsspezifischen Indikatoren. In der Literatur beschriebene Ansätze basieren auf der dynamischen Transformation eines makroskopischen, zeitabhängigen externen Magnetfelds in eine mikroskopisch veränderliche potentielle Energielandschaft oberhalb magnetisch strukturierter Substrate, woraus eine gerichtete und fernsteuerbare Partikelbewegung resultiert. Zentrale Kriterien, wie die theoretische Modellierung und experimentelle Charakterisierung der magnetischen Feldlandschaft in räumlicher Nähe zur Oberfläche der strukturierten Substrate sowie die theoretische Beschreibung der Durchmischungseffekte, wurden jedoch bislang nicht näher beleuchtet, obwohl diese essentiell für ein detailliertes Verständnis der zu Grunde liegenden Mechanismen und folglich für einen Markteintritt zukünftiger Geräte sind. Im Rahmen der vorgestellten Arbeit wurde daher ein neuartiger Ansatz zur erfolgreichen Integration eines Konzepts zum fernsteuerbaren Transport magnetischer Partikel zur Anwendung in modernen LOC-Systemen unter Verwendung von magnetisch strukturierten Exchange-Bias (EB) Dünnschichtsystemen verfolgt. Die Ergebnisse zeigen, dass sich das Verfahren der ionenbe-schussinduzierten magnetischen Strukturierung (IBMP) von EB-Systemen zur Herstellung von maßgeschneiderten magnetischen Feldlandschaften (MFL) oberhalb der Substratoberfläche, deren Stärke und räumlicher Verlauf auf Nano- und Mikrometerlängenskalen gezielt über die Veränderung der Materialparameter des EB-Systems via IBMP eingestellt werden kann, eignet. Im Zuge dessen wurden erstmals moderne, experimentelle Verfahrenstechniken (Raster-Hall-Sonden-Mikroskopie und rastermagnetoresistive Mikroskopie) in Kombination mit einem eigens entwickelten theoretischen Modell eingesetzt, um eine Abbildung der MFL in unterschiedlichen Abstandsbereichen zur Substratoberfläche zu realisieren. Basierend auf der quantitativen Kenntnis der MFL wurde ein neuartiges Konzept zum fernsteuerbaren Transport magnetischer Partikel entwickelt, bei dem Partikelgeschwindigkeiten im Bereich von 100 µm/s unter Verwendung von externen Magnetfeldstärken im Bereich weniger Millitesla erzielt werden können, ohne den magnetischen Zustand des Substrats zu modifizieren. Wie aus den Untersuchungen hervorgeht, können zudem die Stärke des externen Magnetfelds, die Stärke und der Gradient der MFL, das magnetfeldinduzierte magnetische Moment der Partikel sowie die Größe und der künstlich veränderliche Abstand der Partikel zur Substratoberfläche als zentrale Einflussgrößen zur quantitativen Modifikation der Partikelgeschwindigkeit genutzt werden. Abschließend wurde erfolgreich ein numerisches Simulationsmodell entwickelt, das die quantitative Studie der aktiven Durchmischung auf Basis des vorgestellten Partikeltransportkonzepts von theoretischer Seite ermöglicht, um so gezielt die geometrischen Gegebenheiten der mikrofluidischen Kanalstrukturen auf einem LOC-System für spezifische Anwendungen anzupassen.

Modification and Analysis of Group-13-Nitride Semiconductor Surfaces: Influence of Adsorbates on Device Characteristics and Processing

Im Rahmen dieser interdisziplinären Doktorarbeit wird eine (Al)GaN Halbleiteroberflächenmodifikation untersucht, mit dem Ziel eine verbesserte Grenzfläche zwischen dem Material und dem Dielektrikum zu erzeugen. Aufgrund von Oberflächenzuständen zeigen GaN basierte HEMT Strukturen üblicherweise große Einsatzspannungsverschiebungen. Bisher wurden zur Grenzflächenmodifikation besonders die Entfernung von Verunreinigungen wie Sauerstoff oder Kohlenstoff analysiert. Die nasschemischen Oberflächenbehandlungen werden vor der Abscheidung des Dielektrikums durchgeführt, wobei die Kontaminationen jedoch nicht vollständig entfernt werden können. In dieser Arbeit werden Modifikationen der Oberfläche in wässrigen Lösungen, in Gasen sowie in Plasma analysiert. Detaillierte Untersuchungen zeigen, dass die inerte (0001) c-Ebene der Oberfläche kaum reagiert, sondern hauptsächlich die weniger polaren r- und m- Ebenen. Dies kann deutlich beim Defektätzen sowie bei der thermischen Oxidation beobachtet werden. Einen weiteren Ansatz zur Oberflächenmodifikation stellen Plasmabehandlungen dar. Hierbei wird die Oberflächenterminierung durch eine nukleophile Substitution mit Lewis Basen, wie Fluorid, Chlorid oder Oxid verändert, wodurch sich die Elektronegativitätsdifferenz zwischen dem Metall und dem Anion im Vergleich zur Metall-Stickstoff Bindung erhöht. Dies führt gleichzeitig zu einer Erhöhung der Potentialdifferenz des Schottky Kontakts. Sauerstoff oder Fluor besitzen die nötige thermische Stabilität um während einer Silicium-nitridabscheidung an der (Al)GaN Oberfläche zu bleiben. Sauerstoffvariationen an der Oberfläche werden in NH3 bei 700°C, welches die nötigen Bedingungen für die Abscheidung darstellen, immer zu etwa 6-8% reduziert – solche Grenzflächen zeigen deswegen auch keine veränderten Ergebnisse in Einsatzspannungsuntersuchungen. Im Gegensatz dazu zeigt die fluorierte Oberfläche ein völlig neues elektrisches Verhalten: ein neuer dominanter Oberflächendonator mit einem schnellen Trapping und Detrapping Verhalten wird gefunden. Das Energieniveau dieses neuen, stabilen Donators liegt um ca. 0,5 eV tiefer in der Bandlücke als die ursprünglichen Energieniveaus der Oberflächenzustände. Physikalisch-chemische Oberflächen- und Grenzflächenuntersuchung mit XPS, AES oder SIMS erlauben keine eindeutige Schlussfolgerung, ob das Fluor nach der Si3N4 Abscheidung tatsächlich noch an der Grenzfläche vorhanden ist, oder einfach eine stabilere Oberflächenrekonstruktion induziert wurde, bei welcher es selbst nicht beteiligt ist. In beiden Fällen ist der neue Donator in einer Konzentration von 4x1013 at/cm-2 vorhanden. Diese Dichte entspricht einer Oberflächenkonzentration von etwa 1%, was genau an der Nachweisgrenze der spektroskopischen Methoden liegt. Jedoch werden die elektrischen Oberflächeneigenschaften durch die Oberflächenmodifikation deutlich verändert und ermöglichen eine potentiell weiter optimierbare Grenzfläche.

Kräfte und Kinematik an landtechnischen Pflügen

Durch steigende Scharzahlen und Arbeitsbreiten bei Anbaupflügen tritt eine Asymmetrie der Krafteinleitung in den Schlepper auf. Zusammen mit der hohen Zugkraft, die benötigt wird, ist diese Art der Krafteinleitung einmalig in der Landtechnik. Durch die eingeleiteten Kräfte entstehen Seitenkräfte, welche auf die Achsen des Schleppers und auf die Anlagen der Schare wirken. Ziel der Arbeit ist es, einen mechanischen Ansatz zu erstellen, der es ermöglicht auf Basis von Unterlenkerstellung und gemessenen Unterlenkerkräften die Kräfteverhältnisse an der Zugmaschine zu berechnen. Außerdem werden die Einflüsse auf die Kräfte durch Variation von Frontballastierung, Unterlenkerstellung und Arbeitsbreite ermittelt. Bisherige Literaturangaben geben unterschiedliche Empfehlungen zur korrekten Einstellung der Unterlenkerstellung an. In dieser Arbeit wird der Einfluss der Unterlenkerverstellung ermittelt, um die grundsätzlichen Einflüsse der Veränderung der Unterlenkerstellung verfügbar zu machen. Es können durch die Unterlenkerverstellung die auftretenden Kräfte umverteilt werden. Ein starker Einfluss der Unterlenkerstellung auf die benötigte Zugkraft des Pfluges kann bei den Versuchen nicht gemessen werden. Es wird ermittelt, welchen Einfluss eine Arbeitsbreitenverstellung auf die Unterlenkerkräfte hat. Bei Vergrößerung der Arbeitsbreite steigen die Zugkräfte des landseitigen Unterlenkers an. Gleichzeitig sinkt die Zugkraft des furchenseitigen Unterlenkers, jedoch in geringerem Maße als der Anstieg des landseitigen Unterlenkers. Die ermittelten Einflüsse auf die Unterlenkerkräfte werden in die Einflüsse auf die Querkräfte der Schlepperachsen umgerechnet. Mit diesen Werten wird es ermöglicht, Änderungen der Querkräfte und des Querkraftverhältnisses zu ermitteln. Die vorliegenden Ergebnisse erlauben es, für neue Pflugentwicklungen optimierte Kinematiken abzuleiten.

A review of the theoretical basis for bulk mass flux convective parameterization

Most parameterizations for precipitating convection in use today are bulk schemes, in which an ensemble of cumulus elements with different properties is modelled as a single, representative entraining-detraining plume. We review the underpinning mathematical model for such parameterizations, in particular by comparing it with spectral models in which elements are not combined into the representative plume. The chief merit of a bulk model is that the representative plume can be described by an equation set with the same structure as that which describes each element in a spectral model. The equivalence relies on an ansatz for detrained condensate introduced by Yanai et al. (1973) and on a simplified microphysics. There are also conceptual differences in the closure of bulk and spectral parameterizations. In particular, we show that the convective quasi-equilibrium closure of Arakawa and Schubert (1974) for spectral parameterizations cannot be carried over to a bulk parameterization in a straightforward way. Quasi-equilibrium of the cloud work function assumes a timescale separation between a slow forcing process and a rapid convective response. But, for the natural bulk analogue to the cloud-work function (the dilute CAPE), the relevant forcing is characterised by a different timescale, and so its quasi-equilibrium entails a different physical constraint. Closures of bulk parameterization that use the non-entraining parcel value of CAPE do not suffer from this timescale issue. However, the Yanai et al. (1973) ansatz must be invoked as a necessary ingredient of those closures.

A well-posed integral equation formulation for three-dimensional rough surface scattering

We consider the problem of scattering of time-harmonic acoustic waves by an unbounded sound-soft rough surface. Recently, a Brakhage Werner type integral equation formulation of this problem has been proposed, based on an ansatz as a combined single- and double-layer potential, but replacing the usual fundamental solution of the Helmholtz equation with an appropriate half-space Green's function. Moreover, it has been shown in the three-dimensional case that this integral equation is uniquely solvable in the space L-2 (Gamma) when the scattering surface G does not differ too much from a plane. In this paper, we show that this integral equation is uniquely solvable with no restriction on the surface elevation or slope. Moreover, we construct explicit bounds on the inverse of the associated boundary integral operator, as a function of the wave number, the parameter coupling the single- and double-layer potentials, and the maximum surface slope. These bounds show that the norm of the inverse operator is bounded uniformly in the wave number, kappa, for kappa > 0, if the coupling parameter h is chosen proportional to the wave number. In the case when G is a plane, we show that the choice eta = kappa/2 is nearly optimal in terms of minimizing the condition number.

Acoustic scattering by mildly rough unbounded surfaces in three dimensions

For a nonlocally perturbed half- space we consider the scattering of time-harmonic acoustic waves. A second kind boundary integral equation formulation is proposed for the sound-soft case, based on a standard ansatz as a combined single-and double-layer potential but replacing the usual fundamental solution of the Helmholtz equation with an appropriate half- space Green's function. Due to the unboundedness of the surface, the integral operators are noncompact. In contrast to the two-dimensional case, the integral operators are also strongly singular, due to the slow decay at infinity of the fundamental solution of the three-dimensional Helmholtz equation. In the case when the surface is sufficiently smooth ( Lyapunov) we show that the integral operators are nevertheless bounded as operators on L-2(Gamma) and on L-2(Gamma G) boolean AND BC(Gamma) and that the operators depend continuously in norm on the wave number and on G. We further show that for mild roughness, i.e., a surface G which does not differ too much from a plane, the boundary integral equation is uniquely solvable in the space L-2(Gamma) boolean AND BC(Gamma) and the scattering problem has a unique solution which satisfies a limiting absorption principle in the case of real wave number.

Spectral functions of half-filled one-dimensional Hubbard rings with varying boundary conditions

We study the effect of varying the boundary condition on: the spectral function of a finite one-dimensional Hubbard chain, which we compute using direct (Lanczos) diagonalization of the Hamiltonian. By direct comparison with the two-body response functions and with the exact solution of the Bethe ansatz equations, we can identify both spinon and holon features in the spectra. At half-filling the spectra have the well-known structure of a low-energy holon band and its shadow-which spans the whole Brillouin zone-and a spinon band present for momenta less than the Fermi momentum. Features related to the twisted boundary condition are cusps in the spinon band. We show that the spectral building principle, adapted to account for both the finite system size and the twisted boundary condition, describes the spectra well in terms of single spinon and holon excitations. We argue that these finite-size effects are a signature of spin-charge separation and that their study should help establish the existence and nature of spin-charge separation in finite-size systems.

Acoustic trapped modes in a three-dimensional waveguide of slowly varying cross section

In this paper we develop an asymptotic scheme to approximate the trapped mode solutions to the time harmonic wave equation in a three-dimensional waveguide with a smooth but otherwise arbitrarily shaped cross section and a single, slowly varying `bulge', symmetric in the longitudinal direction. Extending the work in Biggs (2012), we first employ a WKBJ-type ansatz to identify the possible quasi-mode solutions which propagate only in the thicker region, and hence find a finite cut-on region of oscillatory behaviour and asymptotic decay elsewhere. The WKBJ expansions are used to identify a turning point between the cut-on and cut-on regions. We note that the expansions are nonuniform in an interior layer centred on this point, and we use the method of matched asymptotic expansions to connect the cut-on and cut-on regions within this layer. The behaviour of the expansions within the interior layer then motivates the construction of a uniformly valid asymptotic expansion. Finally, we use this expansion and the symmetry of the waveguide around the longitudinal centre, x = 0, to extract trapped mode wavenumbers, which are compared with those found using a numerical scheme and seen to be extremely accurate, even to relatively large values of the small parameter.

Stochastic perturbations to dynamical systems: a response theory approach

Using the formalism of the Ruelle response theory, we study how the invariant measure of an Axiom A dynamical system changes as a result of adding noise, and describe how the stochastic perturbation can be used to explore the properties of the underlying deterministic dynamics. We first find the expression for the change in the expectation value of a general observable when a white noise forcing is introduced in the system, both in the additive and in the multiplicative case. We also show that the difference between the expectation value of the power spectrum of an observable in the stochastically perturbed case and of the same observable in the unperturbed case is equal to the variance of the noise times the square of the modulus of the linear susceptibility describing the frequency-dependent response of the system to perturbations with the same spatial patterns as the considered stochastic forcing. This provides a conceptual bridge between the change in the fluctuation properties of the system due to the presence of noise and the response of the unperturbed system to deterministic forcings. Using Kramers-Kronig theory, it is then possible to derive the real and imaginary part of the susceptibility and thus deduce the Green function of the system for any desired observable. We then extend our results to rather general patterns of random forcing, from the case of several white noise forcings, to noise terms with memory, up to the case of a space-time random field. Explicit formulas are provided for each relevant case analysed. As a general result, we find, using an argument of positive-definiteness, that the power spectrum of the stochastically perturbed system is larger at all frequencies than the power spectrum of the unperturbed system. We provide an example of application of our results by considering the spatially extended chaotic Lorenz 96 model. These results clarify the property of stochastic stability of SRB measures in Axiom A flows, provide tools for analysing stochastic parameterisations and related closure ansatz to be implemented in modelling studies, and introduce new ways to study the response of a system to external perturbations. Taking into account the chaotic hypothesis, we expect that our results have practical relevance for a more general class of system than those belonging to Axiom A.

A nonparametric ensemble transform method for Bayesian inference

Many applications, such as intermittent data assimilation, lead to a recursive application of Bayesian inference within a Monte Carlo context. Popular data assimilation algorithms include sequential Monte Carlo methods and ensemble Kalman filters (EnKFs). These methods differ in the way Bayesian inference is implemented. Sequential Monte Carlo methods rely on importance sampling combined with a resampling step, while EnKFs utilize a linear transformation of Monte Carlo samples based on the classic Kalman filter. While EnKFs have proven to be quite robust even for small ensemble sizes, they are not consistent since their derivation relies on a linear regression ansatz. In this paper, we propose another transform method, which does not rely on any a priori assumptions on the underlying prior and posterior distributions. The new method is based on solving an optimal transportation problem for discrete random variables. © 2013, Society for Industrial and Applied Mathematics

Basic theory behind parameterizing atmospheric convection

Last fall, a network of the European Cooperation in Science and Technology (COST), called “Basic Concepts for Convection Parameterization in Weather Forecast and Climate Models” (COST Action ES0905; see http://w3.cost.esf.org/index.php?id=205&action_number=ES0905), organized a 10-day training course on atmospheric convection and its parameterization. The aim of the workshop, held on the island of Brac, Croatia, was to help young scientists develop an in-depth understanding of the core theory underpinning convection parameterizations. The speakers also sought to impart an appreciation of the various approximations, compromises, and ansatz necessary to translate theory into operational practice for numerical models.

EXACT AND QUASI-EXACT MODELS OF STRANGE STARS

We construct and compare in this work a variety of simple models for strange stars, namely, hypothetical self-bound objects made of a cold stable version of the quark-gluon plasma. Exact, quasi-exact and numerical models are examined to find the most economical description for these objects. A simple and successful parametrization of them is given in terms of the central density, and the differences among the models are explicitly shown and discussed. In particular, we present a model starting with a Gaussian ansatz for the density profile that provides a very accurate and almost complete analytical integration of the problem, modulo a small difference for one of the metric potentials.

A Hopping Mechanism for Cargo Transport by Molecular Motors on Crowded Microtubules

Most models designed to study the bidirectional movement of cargos as they are driven by molecular motors rely on the idea that motors of different polarities can be coordinated by external agents if arranged into a motor-cargo complex to perform the necessary work Gross, Hither and yon: a review of bidirectional microtubule-based transport (Gross in Phys. Biol. 1:R1-R11, 2004). Although these models have provided us with important insights into these phenomena, there are still many unanswered questions regarding the mechanisms through which the movement of the complex takes place on crowded microtubules. For example (i) how does cargo-binding affect motor motility? and in connection with that-(ii) how does the presence of other motors (and also other cargos) on the microtubule affect the motility of the motor-cargo complex? We discuss these questions from a different perspective. The movement of a cargo is conceived here as a hopping process resulting from the transference of cargo between neighboring motors. In the light of this, we examine the conditions under which cargo might display bidirectional movement even if directed by motors of a single polarity. The global properties of the model in the long-time regime are obtained by mapping the dynamics of the collection of interacting motors and cargos into an asymmetric simple exclusion process (ASEP) which can be resolved using the matrix ansatz introduced by Derrida (Derrida and Evans in Nonequilibrium Statistical Mechanics in One Dimension, pp. 277-304, 1997; Derrida et al. in J. Phys. A 26: 1493-1517, 1993).