Analysis of Natural and Artificial Phenomena Using Signal Processing and Fractional Calculus

In this paper we study several natural and man-made complex phenomena in the perspective of dynamical systems. For each class of phenomena, the system outputs are time-series records obtained in identical conditions. The time-series are viewed as manifestations of the system behavior and are processed for analyzing the system dynamics. First, we use the Fourier transform to process the data and we approximate the amplitude spectra by means of power law functions. We interpret the power law parameters as a phenomenological signature of the system dynamics. Second, we adopt the techniques of non-hierarchical clustering and multidimensional scaling to visualize hidden relationships between the complex phenomena. Third, we propose a vector field based analogy to interpret the patterns unveiled by the PL parameters.

Fractional State Space Analysis of Temperature Time Series

Atmospheric temperatures characterize Earth as a slow dynamics spatiotemporal system, revealing long-memory and complex behavior. Temperature time series of 54 worldwide geographic locations are considered as representative of the Earth weather dynamics. These data are then interpreted as the time evolution of a set of state space variables describing a complex system. The data are analyzed by means of multidimensional scaling (MDS), and the fractional state space portrait (fSSP). A centennial perspective covering the period from 1910 to 2012 allows MDS to identify similarities among different Earth’s locations. The multivariate mutual information is proposed to determine the “optimal” order of the time derivative for the fSSP representation. The fSSP emerges as a valuable alternative for visualizing system dynamics.

Reflexões sobre o adágio erasmista. "Il' dvlce bellvm inexpertis"*

De todos os Adágios de Erasmo (e escreveu sobre mais de quatro milhares), o comentário ao provérbio Dulce bellum inexpertis - ou "Adágio 3001" - é, sem dúvida, um dos mais conhecidos e mais actuais. Aparece pela primeira vez, em estado embrionário, na edição de 1508 e surge depois, muito aumentado e refundido, nas edições impressas por Froben, em Basiléia, em 1515, 1523 e 1526. O tema, particularmente grato ao espírito irenista de Erasmo, seduzia-o desde que, ao aproximar-se dos 40 anos, empreendera a sonhada viagem a Itália. Aqui, entre 1506 e 1509, assistira à entrada triunfal das tropas do papa Júlio II em Bolonha, facto que o levaria a compor o Antipolemus (texto infelizmente perdido), bem como o lulius Exclusus, panfleto que alguns autores também lhe atribuem e no qual o papa guerreiro é excluído sumariamente da entrada na corte celestial. À mesma linha ideológica do Adágio 3001 pertence ainda a Querela ou Querimonia Pacis, editada em 1517, pranto em louvor do pacifismo pontifício e da evangelização dos povos paganizados

Urticária ao Frio: Uma Realidade em Caracterização

Introdução: A urticária ao frio (UF), habitualmente considerada como benigna e autolimitada, é muitas vezes não diagnosticada nem devidamente valorizada. No entanto, pode ser causa de reacção sistémica grave, potencialmente fatal. Objectivos e Métodos: De forma a aprofundar o conhecimento sobre esta patologia, avaliámos 16 doentes com UF, caracterizando a clínica, etiologia e duração da doença. Resultados: A média etária foi de 18,3 anos (7-54 anos), com predomínio de crianças com menos de 18 anos (63%) e do sexo masculino (62,5%). O início dos sintomas ocorreu entre os 3 e os 46 anos. Em 5 doentes foi adquirida tolerância, variando a duração da doença entre 2 e 7 anos (média de 3,8 anos). Nos 11 doentes que mantinham sintomas, o tempo médio da doença foi de 4,3 anos (1-9 anos). As queixas eram do tipo imediato em todos os doentes, ocorrendo sobretudo no decurso de actividades aquáticas, mas também com exposição a ar frio, chuva, neve, ingestão de alimentos frios e manipulação de objectos frios. O padrão clínico foi do tipo I (urticária/angioedema localizado) em 4 doentes, do tipo II (urticária/angioedema generalizado, sem hipotensão) em 6, e do tipo III (reacção sistémica grave) em 6 (dos quais 5 eram crianças). O teste do cubo de gelo foi positivo em todos os casos, à excepção de 2 casos de UF atípica. Na maioria dos doentes com padrão clínico tipo III, o teste foi positivo com ≤ 3 minutos de estimulação. A maioria dos casos(81%) correspondeu a UF adquirida idiopática, destacando-se 3 casos de UF adquirida secundária: 1 criança com crioglobulinémia primária e 2 com uma forma secundária a infecção por vírus Epstein-Barr. Nenhum doente tinha história familiar de UF. Em 3 doentes a UF associava-se a outra urticária física: urticária colinérgica (2) e urticária aquagénica (1). A melhoria sintomática foi obtida em todos os doentes com anti histamínicos (isoladamente ou em associação). Foi prescrito kit de adrenalina nos casos com padrão clínico tipo III. Conclusões: A UF adquirida idiopática foi o tipo mais frequente, destacando-se 3 casos raros de UF secundária, um a crioglobulinémia primária e dois a mononucleose infecciosa. A quantificação do resultado do teste do cubo de gelo revelou-se importante para a avaliação da gravidade da doença e para o seguimento do doente. A UF manifestou-se, num elevado número de doentes, por reacção sistémica grave, particularmente em crianças e durante actividades aquáticas, realçando a importância do reconhecimento desta entidade clínica.

Hydrops Fetalis - Revisão de 16 Casos

Os autores fizeram um estudo retrospectivo de 16 casos de hydrops fetalis observados durante um período de 4 anos na Maternidade Dr. Alfredo da Costa. Em 5 dos recém-nascidos (RN) a hydrops era devida a isoimunização Rh. Nos 11 casos de natureza não imune, uma causa ou a presença de anomalias associadas foram detectadas em 4 doentes: taquicardia supraventricular (2 casos), doença renal multiquística (1 caso) e mielomeningocelo (1 caso). Os restantes casos eram de origem idiopática. Dois doentes faleceram in útero e quatro no período neonatal – mortalidade perinatal de 37%. A mortalidade foi mais elevada nos RN com idade gestacional mais baixa, no grupo com hydrops não imune, e nos RN com complicações orgânicas ou metabólicas graves. São revistos os problemas clínicos mais frequentes nesta situação, em particular o diagnóstico e actuação pré-natal, a asfixia perinatal e as complicações no período neonatal.

"Gente da nossa": uma construção mediática da ideia de "comunidade portuguesa".

O texto tem por base a investigação realizada no quadro do projecto ““Feeling the Pulse of the community" - Identity politics and narratives of a portuguese migrant community in Canada”, financiado pela Fundação para a Ciência e Tecnologia. O projecto centrou-se no estudo do programa de televisão “Gente da Nossa”, que integra as características dos “Ethnic minority media”. Colocando-se no interior do campo da Antropologia dos Media, a estratégia metodológica integrou uma etnografia da produção e da recepção. O texto coloca o programa “Gente da Nossa” no interior da problemática mais geral das relações complexas que se estabelecem entre a produção e a difusão dos conteúdos dos “media étnicos” e os processos de etnicização de comunidades migrantes: o programa é conceptualizado enquanto veículo estrategicamente usado nos processos de construção, difusão, objectificação e mercadorização de imagens da “comunidade portuguesa do Canadá”. Quando tomado no seu conjunto, o processo de etnicização surge como algo complexo: uma etnografia do detalhe permite ler e discutir as diferentes dimensões desse complexo trabalho de construção da ideia de “comunidade”.

Historic and recent occurrences of pinnipeds in the Archipelago of the Azores

The Archipelago of the Azores (Portugal) is located between 378 and 418N and 258 and 318W and crosses the Mid-Atlantic Ridge. It is the most isolated archipelago in the Atlantic, situated 1600 km west of mainland Portugal and 3500 km from the eastern coast of the United States of America. At present, the only population of seals occurring in the Portuguese territory is found on Desertas Islands, Archipelago of Madeira, where a colony of 24 Mediterranean monk seals, Monachus monachus (Hermann, 1779), still persists (Pires and Neves 2001). Nonetheless, historical accounts reported by Frutuoso (1983) dating from the early to late 1500s mention sightings of ‘‘sea wolves’’ (the old Portuguese folk term for the Mediterranean monk seal) at several sites along the Azorean Island of Santa Maria. Little is known about the occurrence of monk seals in this area over the past five centuries, but the species certainly did not escape deliberate killing by the first settlers. While the early monk seal reports by Frutuoso (1983) are the only reports referring to the presence of colonies of seals in the Azores, more recently several sightings and strandings of vagrant seals of other species have been noted.

Fractional pennes' bioheat equation: theoretical and numerical studies

In this work we provide a new mathematical model for the Pennes’ bioheat equation, assuming a fractional time derivative of single order. Alternative versions of the bioheat equation are studied and discussed, to take into account the temperature-dependent variability in the tissue perfusion, and both finite and infinite speed of heat propagation. The proposed bioheat model is solved numerically using an implicit finite difference scheme that we prove to be convergent and stable. The numerical method proposed can be applied to general reaction diffusion equations, with a variable diffusion coefficient. The results obtained with the single order fractional model, are compared with the original models that use classical derivatives.

A sixth-order finite volume method for the 1D biharmonic operator: application to intramedullary nail simulation

A new very high-order finite volume method to solve problems with harmonic and biharmonic operators for one- dimensional geometries is proposed. The main ingredient is polynomial reconstruction based on local interpolations of mean values providing accurate approximations of the solution up to the sixth-order accuracy. First developed with the harmonic operator, an extension for the biharmonic operator is obtained, which allows designing a very high-order finite volume scheme where the solution is obtained by solving a matrix-free problem. An application in elasticity coupling the two operators is presented. We consider a beam subject to a combination of tensile and bending loads, where the main goal is the stress critical point determination for an intramedullary nail.

Análise da disponibilidade de investimento em projetos de reabilitação portugueses

The importance of implementing sustainable practices in buildings is duly proved and understood by the majority of the population. However, its implementation is not yet a reality. Some studies have been performed with the goal of understand this lack of use of sustainable solutions, among building sector stakeholders. The conclusion is that one of the main factors contributing to this is related with economic constraints. Several studies have proven that many sustainable practices correspond to minor costs than traditional practices in a life cycle perspective. However, the building sector stakeholders are not aware of this and do not implement sustainable practices commonly. In this paper a costâ benefit methodology willing to cross this barrier and promote the sustainable practices implementation is presented.

The group inverse of a product

In this paper, we characterize the existence and give an expression of the group inverse of a product of two regular elements by means of a ring unit.

Further results on the inverse along an element in semigroups and rings

In this paper, we introduce a new notion in a semigroup $S$ as an extension of Mary's inverse. Let $a,d\in S$. An element $a$ is called left (resp. right) invertible along $d$ if there exists $b\in S$ such that $bad=d$ (resp. $dab=b$) and $b\leq_\mathcal{L}d$ (resp. $b\leq_\mathcal{R}d$). An existence criterion of this type inverse is derived. Moreover, several characterizations of left (right) regularity, left (right) $\pi$-regularity and left (right) $*$-regularity are given in a semigroup. Further, another existence criterion of this type inverse is given by means of a left (right) invertibility of certain elements in a ring. Finally we study the (left, right) inverse along a product in a ring, and, as an application, Mary's inverse along a matrix is expressed.

The inverse along a product and its applications

In this paper, we study the recently defined notion of the inverse along an element. An existence criterion for the inverse along a product is given in a ring. As applications, we present the equivalent conditions for the existence and expressions of the inverse along a matrix.

Geoquímica de rios de água preta do sudeste do Amazonas: origem, fluxo dos elementos e consumo de CO2

Neste trabalho foi examinada a composição química das águas dos afluentes da margem direita do rio Madeira que drenam as rochas do Escudo Brasileiro. O estudo foi realizado no município de Apuí no sudeste do estado do Amazonas, Brasil. Foram analisados pH, condutividade, as concentrações de SiO2 e de íons dissolvidos (Na+, K+, Mg2+, Ca2+, HCO3-, Cl-, NO3- e SO4(2-)) em quatro épocas do ano segundo o índice pluviométrico: chuvosa, transição para a estiagem, estiagem e transição para a chuvosa. As águas são diluídas, mais concentradas em HCO3- e SiO2 e representam o típico ambiente de intensa lixiviação que afeta as rochas na Amazônia. Apesar da química das águas terem influência da sazonalidade, foram identificadas variações em função da litologia. As taxas de exportação de cátions e de erosão química das rochas são baixas e refletem a estabilidade tectônica da região e o manto intempérico que dificulta a interação da água com o substrato rochoso.

Modelling tyre-road noise with data mining techniques

The research aimed to establish tyre-road noise models by using a Data Mining approach that allowed to build a predictive model and assess the importance of the tested input variables. The data modelling took into account three learning algorithms and three metrics to define the best predictive model. The variables tested included basic properties of pavement surfaces, macrotexture, megatexture, and uneven- ness and, for the first time, damping. Also, the importance of those variables was measured by using a sensitivity analysis procedure. Two types of models were set: one with basic variables and another with complex variables, such as megatexture and damping, all as a function of vehicles speed. More detailed models were additionally set by the speed level. As a result, several models with very good tyre-road noise predictive capacity were achieved. The most relevant variables were Speed, Temperature, Aggregate size, Mean Profile Depth, and Damping, which had the highest importance, even though influenced by speed. Megatexture and IRI had the lowest importance. The applicability of the models developed in this work is relevant for trucks tyre-noise prediction, represented by the AVON V4 test tyre, at the early stage of road pavements use. Therefore, the obtained models are highly useful for the design of pavements and for noise prediction by road authorities and contractors.