Numerical analysis of the time variable fractional order mobile-immobile advection-dispersion model

Many physical processes exhibit fractional order behavior that varies with time or space. The continuum of order in the fractional calculus allows the order of the fractional operator to be considered as a variable. In this paper, we consider the time variable fractional order mobile-immobile advection-dispersion model. Numerical methods and analyses of stability and convergence for the fractional partial differential equations are quite limited and difficult to derive. This motivates us to develop efficient numerical methods as well as stability and convergence of the implicit numerical methods for the fractional order mobile immobile advection-dispersion model. In the paper, we use the Coimbra variable time fractional derivative which is more efficient from the numerical standpoint and is preferable for modeling dynamical systems. An implicit Euler approximation for the equation is proposed and then the stability of the approximation are investigated. As for the convergence of the numerical scheme we only consider a special case, i.e. the time fractional derivative is independent of time variable t. The case where the time fractional derivative depends both the time variable t and the space variable x will be considered in the future work. Finally, numerical examples are provided to show that the implicit Euler approximation is computationally efficient.

Numerical analysis of a new space-time variable fractional order advection-dispersion equation

Many physical processes appear to exhibit fractional order behavior that may vary with time and/or space. The continuum of order in the fractional calculus allows the order of the fractional operator to be considered as a variable. In this paper, we consider a new space–time variable fractional order advection–dispersion equation on a finite domain. The equation is obtained from the standard advection–dispersion equation by replacing the first-order time derivative by Coimbra’s variable fractional derivative of order α(x)∈(0,1]α(x)∈(0,1], and the first-order and second-order space derivatives by the Riemann–Liouville derivatives of order γ(x,t)∈(0,1]γ(x,t)∈(0,1] and β(x,t)∈(1,2]β(x,t)∈(1,2], respectively. We propose an implicit Euler approximation for the equation and investigate the stability and convergence of the approximation. Finally, numerical examples are provided to show that the implicit Euler approximation is computationally efficient.

Analysis of temperature time-series: embedding dynamics into the MDS method

Global warming and the associated climate changes are being the subject of intensive research due to their major impact on social, economic and health aspects of the human life. Surface temperature time-series characterise Earth as a slow dynamics spatiotemporal system, evidencing long memory behaviour, typical of fractional order systems. Such phenomena are difficult to model and analyse, demanding for alternative approaches. This paper studies the complex correlations between global temperature time-series using the Multidimensional scaling (MDS) approach. MDS provides a graphical representation of the pattern of climatic similarities between regions around the globe. The similarities are quantified through two mathematical indices that correlate the monthly average temperatures observed in meteorological stations, over a given period of time. Furthermore, time dynamics is analysed by performing the MDS analysis over slices sampling the time series. MDS generates maps describing the stations’ locus in the perspective that, if they are perceived to be similar to each other, then they are placed on the map forming clusters. We show that MDS provides an intuitive and useful visual representation of the complex relationships that are present among temperature time-series, which are not perceived on traditional geographic maps. Moreover, MDS avoids sensitivity to the irregular distribution density of the meteorological stations.

Restoration of micro data of John Lossing Buck's survey and analysis of the inverse relationship between yield and farm size in rural China in the 1930's

A large scale Chinese agricultural survey was conducted at the direction of John Lossing Buck from 1929 through 1933. At the end of the 1990’s, some parts of the original micro data of Buck’s survey were discovered at Nanjing Agricultural University. An international joint study was begun to restore micro data of Buck’s survey and construct parts of the micro database on both the crop yield survey and special expenditure survey. This paper includes a summary of the characteristics of farmlands and cropping patterns in crop yield micro data that covered 2,102 farmers in 20 counties of 9 provinces. In order to test the classical hypothesis of whether or not an inverse relationship between land productivity and cultivated area may be observed in developing countries, a Box-Cox transformation test was conducted for functional forms on five main crops of Buck’s crop yield survey. The result of the test shows that the relationship between land productivity and cultivated areas of wheat and barley is linear and somewhat negative; those of rice, rapeseed, and seed cotton appear to be slightly positive. It can be tentatively concluded that the relationship between cultivated area and land productivity are not the same among crops, and the difference of labor intensity and the level of commercialization of each crop may be strongly related to the existence or non-existence of inverse relationships.

High-resolution melt-curve analysis of random amplified polymorphic DNA (RAPD-HRM) for the characterisation of pathogenic leptospires: intra-serovar divergence, interserovar convergence, and evidence of attenuation in Leptospira reference collections.

High-resolution melt-curve analysis of random amplified polymorphic DNA (RAPD-HRM) is a novel technology that has emerged as a possible method to characterise leptospires to serovar level. RAPD-HRM has recently been used to measure intra-serovar convergence between strains of the same serovar as well as inter-serovar divergence between strains of different serovars. The results indicate that intra-serovar heterogeneity and inter-serovar homogeneity may limit the application of RAPD-HRM in routine diagnostics. They also indicate that genetic attenuation of aged, high-passage-number isolates could undermine the use of RAPD-HRM or any other molecular technology. Such genetic attenuation may account for a general decrease seen in titres of rabbit hyperimmune antibodies over time. Before RAPD-HRM can be further advanced as a routine diagnostic tool, strains more representative of the wild-type serovars of a given region need to be identified. Further, RAPD-HRM analysis of reference strains indicates that the routine renewal of reference collections, with new isolates, may be needed to maintain the genetic integrity of the collections.

A Global Trend towards Democratic Convergence? A Lijphartian Analysis of Advanced Democracies.

The article offers a systematic analysis of the comparative trajectory of international democratic change. In particular, it focuses on the resulting convergence or divergence of political systems, borrowing from the literatures on institutional change and policy convergence. To this end, political-institutional data in line with Arend Lijphart’s (1999, 2012) empirical theory of democracy for 24 developed democracies between 1945 and 2010 are analyzed. Heteroscedastic multilevel models allow for directly modeling the development of the variance of types of democracy over time, revealing information about convergence, and adding substantial explanations. The findings indicate that there has been a trend away from extreme types of democracy in single cases, but no unconditional trend of convergence can be observed. However, there are conditional processes of convergence. In particular, economic globalization and the domestic veto structure interactively influence democratic convergence.

Convergence-divergence of HRM in the Asia-Pacific:context-specific analysis and future research agenda

In this article, we highlight the significance and need for conducting context-specific human resource management (HRM) research, by focusing on four critical themes. First, we discuss the need to analyze the convergence-divergence debate on HRM in Asia-Pacific. Next, we present an integrated framework, which would be very useful for conducting cross-national HRM research designed to focus on the key determinants of the dominant national HRM systems in the region. Following this, we discuss the critical challenges facing the HRM function in Asia-Pacific. Finally, we present an agenda for future research by presenting a series of research themes.

Stakeholder analysis of a retirement village development in Australia : Insights from an interdisciplinary workshop

In Australia, the retirement village is regarded as a viable accommodation option for the fast-growing population of older people. Given that diverse stakeholders are involved in the village development process, a comprehensive stakeholder analysis, especially understanding stakeholders' concerns and expectations, is of critical importance to project success. This paper describes a stakeholder analysis based on a typical retirement village. The main methods utilized in this research were case study and an interdisciplinary workshop comprising intensive work sessions and cross-functional review. The participants of this 2014 Brisbane workshop included four village managers from an Australian retirement village developer and eight academics from diverse disciplines from a large university. Through this workshop, 24 village stakeholders and their specific concerns and expectations were identified. Results suggest that both concerns and expectations of these stakeholders are multidimensional and vary considerably, and the concerns and expectations of different stakeholders have complex relationships. Implications for a retirement village development are also proposed. The findings of the study serve as a valuable reference for developers' understanding of stakeholder concerns and expectations, and for taking corresponding actions in the final stages of the retirement village development.

The Effect of Human RIghts on Criminal Evidentiary Processes: Convergence, Divergence or Realignment?

This article examines the contribution which the European Court of Human Rights has made to the development of common evidentiary processes across the common law and civil law systems of criminal procedure in Europe. It is argued that the continuing use of terms such as 'adversarial' and 'inquisitorial' to describe models of criminal proof and procedure has obscured the genuinely transformative nature of the Court's jurisprudence. It is shown that over a number of years the Court has been steadily developing a new model of proof that is better characterised as 'participatory' than as 'adversarial' or 'inquisitorial'. Instead of leading towards a convergence of existing 'adversarial' and 'inquisitorial' models of proof, this is more likely to lead towards a realignment of existing processes of proof which nonetheless allows plenty of scope for diverse application in different institutional and cultural settings.

Fractional State Space Analysis of Economy Systems

This paper examines modern economic growth according to the multidimensional scaling (MDS) method and state space portrait (SSP) analysis. Electing GDP per capita as the main indicator for economic growth and prosperity, the long-run perspective from 1870 to 2010 identifies the main similarities among 34 world partners’ modern economic growth and exemplifies the historical waving mechanics of the largest world economy, the USA. MDS reveals two main clusters among the European countries and their old offshore territories, and SSP identifies the Great Depression as a mild challenge to the American global performance, when compared to the Second World War and the 2008 crisis.

Continental shift? An analysis of convergence trends in European real estate equities

European economic and political integration have been recognised as having implications for patterns of performance in national real estate and capital markets and have generated a wide body of research and commentary. In 1999, progress towards monetary integration within the European Union culminated in the introduction of a common currency and monetary policy. This paper investigates the effects of this ‘event’ on the behaviour of stock returns in European real estate companies. A range of statistical tests is applied to the performance of European property companies to test for changes in segmentation, co-movement and causality. The results suggest that, relative to the wider equity markets, the dispersion of performance is higher, correlations are lower, a common contemporaneous factor has much lower explanatory power whilst lead-lag relationships are stronger. Consequently, the evidence of transmission of monetary integration to real estate securities is less noticeable than to general securities. Less and slower integration is attributed to the relatively small size of the real estate securities market and the local and national nature of the majority of the companies’ portfolios.

Structural analysis of the embryonic development in Brycon cephalus (Gunther, 1869)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Structural and ultrastructural analysis of embryonic development of Prochilodus lineatus (Valenciennes, 1836) (Characiforme ; Prochilodontidae)

This survey was performed to characterize the embryogenesis of Prochilodus lineatus. Seven stages of embryo development were identified - zygote, cleavage, blastula, gastrula, segmentation, larval and hatching - after a period of incubation of 22h (24 degrees C) or 14h (28 degrees C). The following cleavage pattern was identified: the first plane was vertical (2 blastomeres); the second was vertical and perpendicular to the first (4 blastorneres); the third was vertical and parallel to the first (4 x 2); the fourth cleavage was vertical and parallel to the second (4 x 4); the fifth was vertical and parallel to the first (4 x 8); and the sixth cleavage was horizontal (64 blastomeres). At the blastula stage (3.0-4.0 h (24 degrees C); 1.66-2.0h (28 degrees C) irregular spaces were detected and periblast structuring was initiated. At the gastrula stage (4.0-8.0 h (24 degrees C); 3.0-6.0 h (28 degrees C) the epiboly, convergence and cell movements, as well as the formation of embryonic layers, had begun. The segmentation stage (10.0-15.0h (24 degrees C); 7.0-10.0h (28 degrees C)) was characterized by a rudimentary formation of organs and systems (somites, optic vesicle and intestinal delimitation). The embryo at the larval stage (16.0-21.0 h (24 degrees C); 11.0-13.0 h (28 degrees C)) showed a free tail, more than 25 somites, an optic vesicle and a ready-to-hatch larval shape. The blastomeres at cleavage stage had disorganized nuclei indicating high mitotic activity. At gastrula, the blastomeres and the periblast had euchromatic nuclei and a large number of mitochondria and vesicles. The yolk was organized into globose sacs, which were dispersed into small pieces prior to absorption.

Development of Imaging Mass Spectrometry Analysis of Lipids in Biological and Clinically Relevant Applications

La spectrométrie de masse mesure la masse des ions selon leur rapport masse sur charge. Cette technique est employée dans plusieurs domaines et peut analyser des mélanges complexes. L’imagerie par spectrométrie de masse (Imaging Mass Spectrometry en anglais, IMS), une branche de la spectrométrie de masse, permet l’analyse des ions sur une surface, tout en conservant l’organisation spatiale des ions détectés. Jusqu’à présent, les échantillons les plus étudiés en IMS sont des sections tissulaires végétales ou animales. Parmi les molécules couramment analysées par l’IMS, les lipides ont suscité beaucoup d'intérêt. Les lipides sont impliqués dans les maladies et le fonctionnement normal des cellules; ils forment la membrane cellulaire et ont plusieurs rôles, comme celui de réguler des événements cellulaires. Considérant l’implication des lipides dans la biologie et la capacité du MALDI IMS à les analyser, nous avons développé des stratégies analytiques pour la manipulation des échantillons et l’analyse de larges ensembles de données lipidiques. La dégradation des lipides est très importante dans l’industrie alimentaire. De la même façon, les lipides des sections tissulaires risquent de se dégrader. Leurs produits de dégradation peuvent donc introduire des artefacts dans l’analyse IMS ainsi que la perte d’espèces lipidiques pouvant nuire à la précision des mesures d’abondance. Puisque les lipides oxydés sont aussi des médiateurs importants dans le développement de plusieurs maladies, leur réelle préservation devient donc critique. Dans les études multi-institutionnelles où les échantillons sont souvent transportés d’un emplacement à l’autre, des protocoles adaptés et validés, et des mesures de dégradation sont nécessaires. Nos principaux résultats sont les suivants : un accroissement en fonction du temps des phospholipides oxydés et des lysophospholipides dans des conditions ambiantes, une diminution de la présence des lipides ayant des acides gras insaturés et un effet inhibitoire sur ses phénomènes de la conservation des sections au froid sous N2. A température et atmosphère ambiantes, les phospholipides sont oxydés sur une échelle de temps typique d’une préparation IMS normale (~30 minutes). Les phospholipides sont aussi décomposés en lysophospholipides sur une échelle de temps de plusieurs jours. La validation d’une méthode de manipulation d’échantillon est d’autant plus importante lorsqu’il s’agit d’analyser un plus grand nombre d’échantillons. L’athérosclérose est une maladie cardiovasculaire induite par l’accumulation de matériel cellulaire sur la paroi artérielle. Puisque l’athérosclérose est un phénomène en trois dimension (3D), l'IMS 3D en série devient donc utile, d'une part, car elle a la capacité à localiser les molécules sur la longueur totale d’une plaque athéromateuse et, d'autre part, car elle peut identifier des mécanismes moléculaires du développement ou de la rupture des plaques. l'IMS 3D en série fait face à certains défis spécifiques, dont beaucoup se rapportent simplement à la reconstruction en 3D et à l’interprétation de la reconstruction moléculaire en temps réel. En tenant compte de ces objectifs et en utilisant l’IMS des lipides pour l’étude des plaques d’athérosclérose d’une carotide humaine et d’un modèle murin d’athérosclérose, nous avons élaboré des méthodes «open-source» pour la reconstruction des données de l’IMS en 3D. Notre méthodologie fournit un moyen d’obtenir des visualisations de haute qualité et démontre une stratégie pour l’interprétation rapide des données de l’IMS 3D par la segmentation multivariée. L’analyse d’aortes d’un modèle murin a été le point de départ pour le développement des méthodes car ce sont des échantillons mieux contrôlés. En corrélant les données acquises en mode d’ionisation positive et négative, l’IMS en 3D a permis de démontrer une accumulation des phospholipides dans les sinus aortiques. De plus, l’IMS par AgLDI a mis en évidence une localisation différentielle des acides gras libres, du cholestérol, des esters du cholestérol et des triglycérides. La segmentation multivariée des signaux lipidiques suite à l’analyse par IMS d’une carotide humaine démontre une histologie moléculaire corrélée avec le degré de sténose de l’artère. Ces recherches aident à mieux comprendre la complexité biologique de l’athérosclérose et peuvent possiblement prédire le développement de certains cas cliniques. La métastase au foie du cancer colorectal (Colorectal cancer liver metastasis en anglais, CRCLM) est la maladie métastatique du cancer colorectal primaire, un des cancers le plus fréquent au monde. L’évaluation et le pronostic des tumeurs CRCLM sont effectués avec l’histopathologie avec une marge d’erreur. Nous avons utilisé l’IMS des lipides pour identifier les compartiments histologiques du CRCLM et extraire leurs signatures lipidiques. En exploitant ces signatures moléculaires, nous avons pu déterminer un score histopathologique quantitatif et objectif et qui corrèle avec le pronostic. De plus, par la dissection des signatures lipidiques, nous avons identifié des espèces lipidiques individuelles qui sont discriminants des différentes histologies du CRCLM et qui peuvent potentiellement être utilisées comme des biomarqueurs pour la détermination de la réponse à la thérapie. Plus spécifiquement, nous avons trouvé une série de plasmalogènes et sphingolipides qui permettent de distinguer deux différents types de nécrose (infarct-like necrosis et usual necrosis en anglais, ILN et UN, respectivement). L’ILN est associé avec la réponse aux traitements chimiothérapiques, alors que l’UN est associé au fonctionnement normal de la tumeur.

Development of Imaging Mass Spectrometry Analysis of Lipids in Biological and Clinically Relevant Applications

La spectrométrie de masse mesure la masse des ions selon leur rapport masse sur charge. Cette technique est employée dans plusieurs domaines et peut analyser des mélanges complexes. L’imagerie par spectrométrie de masse (Imaging Mass Spectrometry en anglais, IMS), une branche de la spectrométrie de masse, permet l’analyse des ions sur une surface, tout en conservant l’organisation spatiale des ions détectés. Jusqu’à présent, les échantillons les plus étudiés en IMS sont des sections tissulaires végétales ou animales. Parmi les molécules couramment analysées par l’IMS, les lipides ont suscité beaucoup d'intérêt. Les lipides sont impliqués dans les maladies et le fonctionnement normal des cellules; ils forment la membrane cellulaire et ont plusieurs rôles, comme celui de réguler des événements cellulaires. Considérant l’implication des lipides dans la biologie et la capacité du MALDI IMS à les analyser, nous avons développé des stratégies analytiques pour la manipulation des échantillons et l’analyse de larges ensembles de données lipidiques. La dégradation des lipides est très importante dans l’industrie alimentaire. De la même façon, les lipides des sections tissulaires risquent de se dégrader. Leurs produits de dégradation peuvent donc introduire des artefacts dans l’analyse IMS ainsi que la perte d’espèces lipidiques pouvant nuire à la précision des mesures d’abondance. Puisque les lipides oxydés sont aussi des médiateurs importants dans le développement de plusieurs maladies, leur réelle préservation devient donc critique. Dans les études multi-institutionnelles où les échantillons sont souvent transportés d’un emplacement à l’autre, des protocoles adaptés et validés, et des mesures de dégradation sont nécessaires. Nos principaux résultats sont les suivants : un accroissement en fonction du temps des phospholipides oxydés et des lysophospholipides dans des conditions ambiantes, une diminution de la présence des lipides ayant des acides gras insaturés et un effet inhibitoire sur ses phénomènes de la conservation des sections au froid sous N2. A température et atmosphère ambiantes, les phospholipides sont oxydés sur une échelle de temps typique d’une préparation IMS normale (~30 minutes). Les phospholipides sont aussi décomposés en lysophospholipides sur une échelle de temps de plusieurs jours. La validation d’une méthode de manipulation d’échantillon est d’autant plus importante lorsqu’il s’agit d’analyser un plus grand nombre d’échantillons. L’athérosclérose est une maladie cardiovasculaire induite par l’accumulation de matériel cellulaire sur la paroi artérielle. Puisque l’athérosclérose est un phénomène en trois dimension (3D), l'IMS 3D en série devient donc utile, d'une part, car elle a la capacité à localiser les molécules sur la longueur totale d’une plaque athéromateuse et, d'autre part, car elle peut identifier des mécanismes moléculaires du développement ou de la rupture des plaques. l'IMS 3D en série fait face à certains défis spécifiques, dont beaucoup se rapportent simplement à la reconstruction en 3D et à l’interprétation de la reconstruction moléculaire en temps réel. En tenant compte de ces objectifs et en utilisant l’IMS des lipides pour l’étude des plaques d’athérosclérose d’une carotide humaine et d’un modèle murin d’athérosclérose, nous avons élaboré des méthodes «open-source» pour la reconstruction des données de l’IMS en 3D. Notre méthodologie fournit un moyen d’obtenir des visualisations de haute qualité et démontre une stratégie pour l’interprétation rapide des données de l’IMS 3D par la segmentation multivariée. L’analyse d’aortes d’un modèle murin a été le point de départ pour le développement des méthodes car ce sont des échantillons mieux contrôlés. En corrélant les données acquises en mode d’ionisation positive et négative, l’IMS en 3D a permis de démontrer une accumulation des phospholipides dans les sinus aortiques. De plus, l’IMS par AgLDI a mis en évidence une localisation différentielle des acides gras libres, du cholestérol, des esters du cholestérol et des triglycérides. La segmentation multivariée des signaux lipidiques suite à l’analyse par IMS d’une carotide humaine démontre une histologie moléculaire corrélée avec le degré de sténose de l’artère. Ces recherches aident à mieux comprendre la complexité biologique de l’athérosclérose et peuvent possiblement prédire le développement de certains cas cliniques. La métastase au foie du cancer colorectal (Colorectal cancer liver metastasis en anglais, CRCLM) est la maladie métastatique du cancer colorectal primaire, un des cancers le plus fréquent au monde. L’évaluation et le pronostic des tumeurs CRCLM sont effectués avec l’histopathologie avec une marge d’erreur. Nous avons utilisé l’IMS des lipides pour identifier les compartiments histologiques du CRCLM et extraire leurs signatures lipidiques. En exploitant ces signatures moléculaires, nous avons pu déterminer un score histopathologique quantitatif et objectif et qui corrèle avec le pronostic. De plus, par la dissection des signatures lipidiques, nous avons identifié des espèces lipidiques individuelles qui sont discriminants des différentes histologies du CRCLM et qui peuvent potentiellement être utilisées comme des biomarqueurs pour la détermination de la réponse à la thérapie. Plus spécifiquement, nous avons trouvé une série de plasmalogènes et sphingolipides qui permettent de distinguer deux différents types de nécrose (infarct-like necrosis et usual necrosis en anglais, ILN et UN, respectivement). L’ILN est associé avec la réponse aux traitements chimiothérapiques, alors que l’UN est associé au fonctionnement normal de la tumeur.