Characterizing Dynamic Optimization Benchmarks for the Comparison of Multi-Modal Tracking Algorithms

Population-based metaheuristics, such as particle swarm optimization (PSO), have been employed to solve many real-world optimization problems. Although it is of- ten sufficient to find a single solution to these problems, there does exist those cases where identifying multiple, diverse solutions can be beneficial or even required. Some of these problems are further complicated by a change in their objective function over time. This type of optimization is referred to as dynamic, multi-modal optimization. Algorithms which exploit multiple optima in a search space are identified as niching algorithms. Although numerous dynamic, niching algorithms have been developed, their performance is often measured solely on their ability to find a single, global optimum. Furthermore, the comparisons often use synthetic benchmarks whose landscape characteristics are generally limited and unknown. This thesis provides a landscape analysis of the dynamic benchmark functions commonly developed for multi-modal optimization. The benchmark analysis results reveal that the mechanisms responsible for dynamism in the current dynamic bench- marks do not significantly affect landscape features, thus suggesting a lack of representation for problems whose landscape features vary over time. This analysis is used in a comparison of current niching algorithms to identify the effects that specific landscape features have on niching performance. Two performance metrics are proposed to measure both the scalability and accuracy of the niching algorithms. The algorithm comparison results demonstrate the algorithms best suited for a variety of dynamic environments. This comparison also examines each of the algorithms in terms of their niching behaviours and analyzing the range and trade-off between scalability and accuracy when tuning the algorithms respective parameters. These results contribute to the understanding of current niching techniques as well as the problem features that ultimately dictate their success.

Structure et dynamique des communautés multi-espèces : le rôle de l’espace

Cette thèse porte sur le rôle de l’espace dans l’organisation et dans la dynamique des communautés écologiques multi-espèces. Deux carences peuvent être identifiées dans les études théoriques actuelles portant sur la dimension spatiale des communautés écologiques : l’insuffisance de modèles multi-espèces représentant la dimension spatiale explicitement, et le manque d’attention portée aux interactions positives, tel le mutualisme, en dépit de la reconnaissance de leur ubiquité dans les systèmes écologiques. Cette thèse explore cette problématique propre à l’écologie des communautés, en utilisant une approche théorique s’inspirant de la théorie des systèmes complexes et de la mécanique statistique. Selon cette approche, les communautés d’espèces sont considérées comme des systèmes complexes dont les propriétés globales émergent des interactions locales entre les organismes qui les composent, et des interactions locales entre ces organismes et leur environnement. Le premier objectif de cette thèse est de développer un modèle de métacommunauté multi-espèces, explicitement spatial, orienté à l’échelle des individus et basé sur un réseau d’interactions interspécifiques générales comprenant à la fois des interactions d’exploitation, de compétition et de mutualisme. Dans ce modèle, les communautés locales sont formées par un processus d’assemblage des espèces à partir d’un réservoir régional. La croissance des populations est restreinte par une capacité limite et leur dynamique évolue suivant des mécanismes simples de reproduction et de dispersion des individus. Ces mécanismes sont dépendants des conditions biotiques et abiotiques des communautés locales et leur effet varie en fonction des espèces, du temps et de l’espace. Dans un deuxième temps, cette thèse a pour objectif de déterminer l’impact d’une connectivité spatiale croissante sur la dynamique spatiotemporelle et sur les propriétés structurelles et fonctionnelles de cette métacommunauté. Plus précisément, nous évaluons différentes propriétés des communautés en fonction du niveau de dispersion des espèces : i) la similarité dans la composition des communautés locales et ses patrons de corrélations spatiales; ii) la biodiversité locale et régionale, et la distribution locale de l’abondance des espèces; iii) la biomasse, la productivité et la stabilité dynamique aux échelles locale et régionale; et iv) la structure locale des interactions entre les espèces. Ces propriétés sont examinées selon deux schémas spatiaux. D’abord nous employons un environnement homogène et ensuite nous employons un environnement hétérogène où la capacité limite des communautés locales évoluent suivant un gradient. De façon générale, nos résultats révèlent que les communautés écologiques spatialement distribuées sont extrêmement sensibles aux modes et aux niveaux de dispersion des organismes. Leur dynamique spatiotemporelle et leurs propriétés structurelles et fonctionnelles peuvent subir des changements profonds sous forme de transitions significatives suivant une faible variation du niveau de dispersion. Ces changements apparaissent aussi par l’émergence de patrons spatiotemporels dans la distribution spatiale des populations qui sont typiques des transitions de phases observées généralement dans les systèmes physiques. La dynamique de la métacommunauté présente deux régimes. Dans le premier régime, correspondant aux niveaux faibles de dispersion des espèces, la dynamique d’assemblage favorise l’émergence de communautés stables, peu diverses et formées d’espèces abondantes et fortement mutualistes. La métacommunauté possède une forte diversité régionale puisque les communautés locales sont faiblement connectées et que leur composition demeure ainsi distincte. Par ailleurs dans le second régime, correspondant aux niveaux élevés de dispersion, la diversité régionale diminue au profit d’une augmentation de la diversité locale. Les communautés locales sont plus productives mais leur stabilité dynamique est réduite suite à la migration importante d’individus. Ce régime est aussi caractérisé par des assemblages incluant une plus grande diversité d’interactions interspécifiques. Ces résultats suggèrent qu’une augmentation du niveau de dispersion des organismes permet de coupler les communautés locales entre elles ce qui accroît la coexistence locale et favorise la formation de communautés écologiques plus riches et plus complexes. Finalement, notre étude suggère que le mutualisme est fondamentale à l’organisation et au maintient des communautés écologiques. Les espèces mutualistes dominent dans les habitats caractérisés par une capacité limite restreinte et servent d’ingénieurs écologiques en facilitant l’établissement de compétiteurs, prédateurs et opportunistes qui bénéficient de leur présence.

Identification des bases génétiques des myopathies à multi-minicores avec ou sans cardiomyopathie

Thèse réalisée en cotutelle avec l'Université Pierre et Marie Curie, Paris 6(UPMC, Paris, France).

Les dérivées de l’hémoglobine dans la structure rétinienne par la technique de réflectométrie multi-spectrale

L’examen de la rétine par des moyens non invasifs et in vivo a été un objectif de recherche pendant plusieurs années. Pour l’œil comme pour tous les organes du corps humain, un apport soutenu en oxygène est nécessaire pour le maintien de l’homéostasie. La concentration en oxygène du sang des vaisseaux rétiniens peut être déterminée principalement à partir des mesures du spectre de réflexion du fond de l’œil. En envoyant une lumière, à différentes longueurs d’onde, sur la rétine et en analysant la nature de la lumière réfléchie par la rétine, il est possible d’obtenir des informations quantitatives sur le niveau d'oxygène dans les vaisseaux sanguins de la rétine ou sur le flux sanguin. Cependant, la modélisation est compliquée due aux différentes interactions et aux chemins que la lumière prend à travers les tissus oculaires avant de quitter l’œil. L’objectif de cette thèse a été de développer et de valider un modèle mathématique afin de calculer les dérivées d’hémoglobine à partir de mesures spectrales de réflectométrie sur les vaisseaux sanguins de la rétine. L’instrument utilisé pour mesurer la fonction spectrale de réflectométrie a été un spectroréflectomètre multi-canal, une technologie capable de mesurer in vivo et en continu 800 spectres simultanément. L'équation mathématique qui décrit la fonction spectrale de réflectométrie dans la zone spectrale de 480 nm à 650 nm a été exprimée comme la combinaison linéaire de plusieurs termes représentant les signatures spectrales de l'hémoglobine SHb, de l'oxyhémoglobine SOHB, l’absorption et la diffusion des milieux oculaires et une famille de fonctions multigaussiennes utilisées pour compenser l’incompatibilité du modèle et les données expérimentales dans la zone rouge du spectre. Les résultats du modèle révèlent que le signal spectral obtenu à partir de mesures de réflectométrie dans l’œil est complexe, contenant la lumière absorbée, réfléchie et diffusée, mais chacun avec une certaine prédominance spécifique en fonction de la zone spectrale. La fonction spectrale d’absorption du sang est dominante dans la zone spectrale 520 à 580 nm, tandis que dans la zone spectrale de longueurs d’ondes plus grandes que 590 nm, la diffusion sur les cellules rouges du sang est dominante. Le modèle a été utilisé afin de mesurer la concentration d’oxygène dans les capillaires de la tête du nerf optique suite à un effort physique dynamique. L’effort physique a entraîné une réduction de la concentration d’oxygène dans les capillaires, ainsi qu’une réduction de la pression intraoculaire, tandis que la saturation sanguine en oxygène, mesurée au niveau du doigt, restait constante. Le modèle mathématique développé dans ce projet a ainsi permis, avec la technique novatrice de spectroréflectométrie multicanal, de déterminer in vivo et d’une manière non invasive l’oxygénation sanguine des vaisseaux rétiniens.

Domain/Multi-Domain Protection and Provisioning in Optical Networks

L’évolution récente des commutateurs de sélection de longueurs d’onde (WSS -Wavelength Selective Switch) favorise le développement du multiplexeur optique d’insertionextraction reconfigurable (ROADM - Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexers) à plusieurs degrés sans orientation ni coloration, considéré comme un équipement fort prometteur pour les réseaux maillés du futur relativement au multiplexage en longueur d’onde (WDM -Wavelength Division Multiplexing ). Cependant, leur propriété de commutation asymétrique complique la question de l’acheminement et de l’attribution des longueur d’ondes (RWA - Routing andWavelength Assignment). Or la plupart des algorithmes de RWA existants ne tiennent pas compte de cette propriété d’asymétrie. L’interruption des services causée par des défauts d’équipements sur les chemins optiques (résultat provenant de la résolution du problème RWA) a pour conséquence la perte d’une grande quantité de données. Les recherches deviennent ainsi incontournables afin d’assurer la survie fonctionnelle des réseaux optiques, à savoir, le maintien des services, en particulier en cas de pannes d’équipement. La plupart des publications antérieures portaient particulièrement sur l’utilisation d’un système de protection permettant de garantir le reroutage du trafic en cas d’un défaut d’un lien. Cependant, la conception de la protection contre le défaut d’un lien ne s’avère pas toujours suffisante en termes de survie des réseaux WDM à partir de nombreux cas des autres types de pannes devenant courant de nos jours, tels que les bris d’équipements, les pannes de deux ou trois liens, etc. En outre, il y a des défis considérables pour protéger les grands réseaux optiques multidomaines composés de réseaux associés à un domaine simple, interconnectés par des liens interdomaines, où les détails topologiques internes d’un domaine ne sont généralement pas partagés à l’extérieur. La présente thèse a pour objectif de proposer des modèles d’optimisation de grande taille et des solutions aux problèmes mentionnés ci-dessus. Ces modèles-ci permettent de générer des solutions optimales ou quasi-optimales avec des écarts d’optimalité mathématiquement prouvée. Pour ce faire, nous avons recours à la technique de génération de colonnes afin de résoudre les problèmes inhérents à la programmation linéaire de grande envergure. Concernant la question de l’approvisionnement dans les réseaux optiques, nous proposons un nouveau modèle de programmation linéaire en nombres entiers (ILP - Integer Linear Programming) au problème RWA afin de maximiser le nombre de requêtes acceptées (GoS - Grade of Service). Le modèle résultant constitue celui de l’optimisation d’un ILP de grande taille, ce qui permet d’obtenir la solution exacte des instances RWA assez grandes, en supposant que tous les noeuds soient asymétriques et accompagnés d’une matrice de connectivité de commutation donnée. Ensuite, nous modifions le modèle et proposons une solution au problème RWA afin de trouver la meilleure matrice de commutation pour un nombre donné de ports et de connexions de commutation, tout en satisfaisant/maximisant la qualité d’écoulement du trafic GoS. Relativement à la protection des réseaux d’un domaine simple, nous proposons des solutions favorisant la protection contre les pannes multiples. En effet, nous développons la protection d’un réseau d’un domaine simple contre des pannes multiples, en utilisant les p-cycles de protection avec un chemin indépendant des pannes (FIPP - Failure Independent Path Protecting) et de la protection avec un chemin dépendant des pannes (FDPP - Failure Dependent Path-Protecting). Nous proposons ensuite une nouvelle formulation en termes de modèles de flots pour les p-cycles FDPP soumis à des pannes multiples. Le nouveau modèle soulève un problème de taille, qui a un nombre exponentiel de contraintes en raison de certaines contraintes d’élimination de sous-tour. Par conséquent, afin de résoudre efficacement ce problème, on examine : (i) une décomposition hiérarchique du problème auxiliaire dans le modèle de décomposition, (ii) des heuristiques pour gérer efficacement le grand nombre de contraintes. À propos de la protection dans les réseaux multidomaines, nous proposons des systèmes de protection contre les pannes d’un lien. Tout d’abord, un modèle d’optimisation est proposé pour un système de protection centralisée, en supposant que la gestion du réseau soit au courant de tous les détails des topologies physiques des domaines. Nous proposons ensuite un modèle distribué de l’optimisation de la protection dans les réseaux optiques multidomaines, une formulation beaucoup plus réaliste car elle est basée sur l’hypothèse d’une gestion de réseau distribué. Ensuite, nous ajoutons une bande pasiv sante partagée afin de réduire le coût de la protection. Plus précisément, la bande passante de chaque lien intra-domaine est partagée entre les p-cycles FIPP et les p-cycles dans une première étude, puis entre les chemins pour lien/chemin de protection dans une deuxième étude. Enfin, nous recommandons des stratégies parallèles aux solutions de grands réseaux optiques multidomaines. Les résultats de l’étude permettent d’élaborer une conception efficace d’un système de protection pour un très large réseau multidomaine (45 domaines), le plus large examiné dans la littérature, avec un système à la fois centralisé et distribué.

La diversité culturelle entre discours et pratique : une analyse multi-niveaux

Située dans le discours actuel à la mode sur la diversité culturelle, l’objet de cette thèse consiste à comprendre l’orientation pratique d’une organisation internationale en matière de gestion de sa diversité culturelle interne. Il propose que, face aux changements qui ont modifié la configuration sociodémographique de la sphère organisationnelle, il serait intéressant de partir d’une organisation pour laquelle la diversité est une tradition tributaire de son fonctionnement. L’organisation sujet d’étude est internationale, affiliée à l’Unesco. Cette dernière étant reconnue pour son mandat qui valorise et protège les cultures. L’ancrage épistémologique de la thèse est bi-disciplinaire. Il considère deux champs théoriques sur lesquels se construit la diversité culturelle. Le premier est forgé dans les théories de management dites « occidentales » sur la diversité. Le deuxième champ, s’établit sur une approche dynamique de la culture apportée par les « Cross-Cultural Studies ». La méthodologie que nous avons mobilisée pour cette recherche est principalement qualitative. Elle est également diverse puisqu’elle veut identifier trois niveaux d’analyses. D’abord, l’étude historique réalisée se fonde sur l’analyse d’articles choisis tirés des archives de l’« organisation mère » (Unesco). Elle se veut être une étude exhaustive qui révèle l’évolution du discours « global » de cette organisation sur la diversité culturelle depuis sa création. Ensuite, afin de mieux comprendre le discours interne de l’Organisation sur la diversité culturelle, une analyse du contenu d’un « halo » de ses politiques internes a lieu. Elle nous permet de comprendre la valeur que prend la diversité culturelle dans son discours « organisationnel » dans la période de temps que nous traitons. Enfin, les histoires « individuelles » des acteurs de la diversité culturelle, apportent une description riche et, complètent l’analyse avec leurs interprétions des pratiques de gestions mises en place à leur égard. Des éléments de recherche sous adjacentes sont aussi amenés dans la thèse et font également partie du processus de l’analyse de la pratique de la diversité culturelle dans l’Organisation. En effet, la thèse se penche sur le problème conceptuel sur la « diversité culturelle ». Elle apporte des éclaircissements à la terminologie à travers l’analyse de ses différents emplois dans la littérature organisationnelle. Par ailleurs, elle clarifie la notion d’organisation internationale et propose une description du contexte unesquien défini par sa diversité culturelle interne. L’ensemble des niveaux examinés a permis de mettre en évidence une double constatation. D’une part, le paradoxe entre les trois niveaux. D’autre part, la neutralité des pratiques de gestion de la diversité culturelle pour les employés et la demande implicite de reconnaissance de leurs identités culturelles. Des recommandations sont proposées et des suggestions pour de recherches ultérieures sont formulées à la conclusion de la thèse.

Évolution des pratiques alimentaires en cours de vie : une étude isotopique multi-matérielle de la population du cimetière Saint-Matthew (Québec, 1771-1860)

En tant que population majoritairement immigrante, les protestants inhumés au cimetière Saint-Matthew, ville de Québec (1771-1860) ont dû s'adapter à un nouvel environnement à leur arrivée au Québec, et donc à de nouvelles ressources. Parallèlement, les 18e et 19e siècles sont marqués par un contexte socio-économique en pleine mutation avec l'arrivée graduelle de la période industrielle, et la ville de Québec, avec son contexte portuaire, a ainsi été au coeur de ces changements. L'objectif de ce mémoire est d'évaluer si la géochimie des isotopes stables appliquée à plusieurs matériaux du squelette humain (collagène et apatite de l'os, collagène de la dentine, et carbonate de l'émail) permet de mieux comprendre comment les comportements alimentaires des individus analysés provenant de ce cimetière cosmopolite (n=40) ont évolué en cours de vie. L'alimentation étant influencée par des conditions socio-économiques, culturelles et environnementales, cela peut nous informer indirectement sur les processus d'adaptation et l'identité d'un individu. C'est dans cette perspective d'écologie culturelle que nous avons interprété les données recueillies lors de ce projet, en complément aux analyses effectuées précédemment par Morland (2009) et Caron (2013). Nos résultats corroborent les tendances déjà observées, soit des pratiques alimentaires semblables à celles que l'on retrouve en Europe, et des immigrants provenant majoritairement des Îles Britanniques. Ils démontrent également une légère augmentation de la consommation de ressources C4, comme le maïs et la canne à sucre, à l'âge adulte pour 90% des individus analysés, de même qu'une baisse du niveau de protéines. Par ailleurs, les individus étudiés ont généralement eu tendance à conserver le même niveau alimentaire les uns par rapport aux autres tout au cours de leur vie, même si les pratiques étaient moins diversifiés à l'âge adulte. Finalement, on constate des similarités de comportements avec les populations irlandaises et britanniques plus pauvres durant l'enfance, alors qu'ils ressemblent davantage à ceux visibles dans la vallée laurentienne en fin de vie, notamment en ce qui concerne l'apport en protéines. Nos résultats suggèrent donc des changements alimentaires significatifs, fort possiblement liés aux processus de migration et à une adaptation constante à un nouvel environnement de la part des individus étudiés.

Survival of multi-drug resistant enteropathogenic Escherichia coli and Salmonella paratyphi in Vembanadu lake as a function of saltwater barrier along southwest coast of India

The objective of the study was to evaluate the survival response of multi-drug resistant enteropathogenic Escherichia coli and Salmonella paratyphi to the salinity fluctuations induced by a saltwater barrier constructed in Vembanadu lake, which separates the lake into a freshwater dominated southern and brackish water dominated northern part. Therefore, microcosms containing freshwater, brackish water and microcosms with different saline concentrations (5, 10, 15, 20, 25 ppt) inoculated with E. coli/S. paratyphi were monitored up to 34 days at 20 and 30 WC. E. coli and S. paratyphi exhibited significantly higher (p <0.05) survival at 20 WC compared to 30 WC in all microcosms. Despite fresh/brackish water, E. coli and S. paratyphi showed prolonged survival up to 34 days at both temperatures. They also demonstrated better survival potential at all tested saline concentrations except 25 ppt where a significantly higher (p<0.0001) decay was observed. Therefore, enhanced survival exhibited by the multi-drug resistant enteropathogenic E. coli and S. paratyphi over a wide range of salinity levels suggest that they are able to remain viable for a very long time at higher densities in all seasons of the year in Vembanadu lake irrespective of saline concentrations, and may pose potential public health risks during recreational activities

Quality of medicines stored together in multi-compartment compliance aids

Background and Objective: Dispensing medicines into compliance aids is a common practice in pharmacy contrary to manufacturers’ advice and studies have shown the appearance of light-sensitive tablets is compromised by such storage; we previously found evidence of reduced bioavailability at elevated temperature and humidity. Our objective was to examine the physicochemical stability of two generic atenolol tablets in different compliance aids and with aspirin co-storage at room temperature and at 40 °C/75% relative humidity. Methods: The physicochemical stability of atenolol tablets was evaluated after 28 days of storage and compared with controls by examining visual appearance, weight, disintegration, dissolution, friability and hardness to accepted standards and using a previously validated HPLC method for chemical assay. Results and Discussion: The response to storage was brand-dependent and not straightforward. With one make of atenolol (Alpharma), storage in compliance aids even at room temperature impacted on physical stability, reducing tablet hardness, with storage in Dosett® exerting a greater impact than storage in Medidos® (t-test P < 0·001). Co-storage at elevated temperature and humidity also impacted on the appearance of non-coated aspirin tablets (Angette™). The chemical stability of atenolol was not affected and we did not find evidence of changes to bioavailability with either make. Certainly data for one atenolol make (CP Pharmaceuticals) co-stored with aspirin (Angette™ and Nu-Seals) in both compliance aids at room temperature provided evidence of short-term stability. But medicines are dispensed into compliance aids in multi-factorial ways so our study highlights not only the lack of evidence but also a realization that evidence to support real practice may not be accomplished through research. Conclusion: Reassuring practitioners of the continued stability of medicines in compliance aids under the countless condition in which they are dispensed in practice may requires a different approach involving medical device regulators and more definitive professional guidance.

Modeling small-scale dairy farms in central Mexico using multi-criteria programming

Milk supply from Mexican dairy farms does not meet demand and small-scale farms can contribute toward closing the gap. Two multi-criteria programming techniques, goal programming and compromise programming, were used in a study of small-scale dairy farms in central Mexico. To build the goal and compromise programming models, 4 ordinary linear programming models were also developed, which had objective functions to maximize metabolizable energy for milk production, to maximize margin of income over feed costs, to maximize metabolizable protein for milk production, and to minimize purchased feedstuffs. Neither multicriteria approach was significantly better than the other; however, by applying both models it was possible to perform a more comprehensive analysis of these small-scale dairy systems. The multi-criteria programming models affirm findings from previous work and suggest that a forage strategy based on alfalfa, rye-grass, and corn silage would meet nutrient requirements of the herd. Both models suggested that there is an economic advantage in rescheduling the calving season to the second and third calendar quarters to better synchronize higher demand for nutrients with the period of high forage availability.

Key performance indicators (KPIs) and priority setting in using the multi-attribute approach for assessing sustainable intelligent buildings

The main objectives of this paper are to: firstly, identify key issues related to sustainable intelligent buildings (environmental, social, economic and technological factors); develop a conceptual model for the selection of the appropriate KPIs; secondly, test critically stakeholder's perceptions and values of selected KPIs intelligent buildings; and thirdly develop a new model for measuring the level of sustainability for sustainable intelligent buildings. This paper uses a consensus-based model (Sustainable Built Environment Tool- SuBETool), which is analysed using the analytical hierarchical process (AHP) for multi-criteria decision-making. The use of the multi-attribute model for priority setting in the sustainability assessment of intelligent buildings is introduced. The paper commences by reviewing the literature on sustainable intelligent buildings research and presents a pilot-study investigating the problems of complexity and subjectivity. This study is based upon a survey perceptions held by selected stakeholders and the value they attribute to selected KPIs. It is argued that the benefit of the new proposed model (SuBETool) is a ‘tool’ for ‘comparative’ rather than an absolute measurement. It has the potential to provide useful lessons from current sustainability assessment methods for strategic future of sustainable intelligent buildings in order to improve a building's performance and to deliver objective outcomes. Findings of this survey enrich the field of intelligent buildings in two ways. Firstly, it gives a detailed insight into the selection of sustainable building indicators, as well as their degree of importance. Secondly, it tesst critically stakeholder's perceptions and values of selected KPIs intelligent buildings. It is concluded that the priority levels for selected criteria is largely dependent on the integrated design team, which includes the client, architects, engineers and facilities managers.

A hybridised evolutionary algorithm for multi-criterion minimum spanning tree problems

A hybridised and Knowledge-based Evolutionary Algorithm (KEA) is applied to the multi-criterion minimum spanning tree problems. Hybridisation is used across its three phases. In the first phase a deterministic single objective optimization algorithm finds the extreme points of the Pareto front. In the second phase a K-best approach finds the first neighbours of the extreme points, which serve as an elitist parent population to an evolutionary algorithm in the third phase. A knowledge-based mutation operator is applied in each generation to reproduce individuals that are at least as good as the unique parent. The advantages of KEA over previous algorithms include its speed (making it applicable to large real-world problems), its scalability to more than two criteria, and its ability to find both the supported and unsupported optimal solutions.

Multi-year droughts in Europe: analysis of development and causes

Whilst hydrological systems can show resilience to short-term streamflow deficiencies during within-year droughts, prolonged deficits during multi-year droughts are a significant threat to water resources security in Europe. This study uses a threshold-based objective classification of regional hydrological drought to qualitatively examine the characteristics, spatio-temporal evolution and synoptic climatic drivers of multi-year drought events in 1962–64, 1975–76 and 1995–97, on a European scale but with particular focus on the UK. Whilst all three events are multi-year, pan-European phenomena, their development and causes can be contrasted. The critical factor in explaining the unprecedented severity of the 1975–76 event is the consecutive occurrence of winter and summer drought. In contrast, 1962–64 was a succession of dry winters, mitigated by quiescent summers, whilst 1995–97 lacked spatial coherence and was interrupted by wet interludes. Synoptic climatic conditions vary within and between multi-year droughts, suggesting that regional factors modulate the climate signal in streamflow drought occurrence. Despite being underpinned by qualitatively similar climatic conditions and commonalities in evolution and characteristics, each of the three droughts has a unique spatio-temporal signature. An improved understanding of the spatio-temporal evolution and characteristics of multi-year droughts has much to contribute to monitoring and forecasting capability, and to improved mitigation strategies.

Analysis of frequency and intensity of European winter storm events from a multi-model perspective, at synoptic and regional scales

This study focuses on the analysis of winter (October-November-December-January-February-March; ONDJFM) storm events and their changes due to increased anthropogenic greenhouse gas concentrations over Europe. In order to assess uncertainties that are due to model formulation, 4 regional climate models (RCMs) with 5 high resolution experiments, and 4 global general circulation models (GCMs) are considered. Firstly, cyclone systems as synoptic scale processes in winter are investigated, as they are a principal cause of the occurrence of extreme, damage-causing wind speeds. This is achieved by use of an objective cyclone identification and tracking algorithm applied to GCMs. Secondly, changes in extreme near-surface wind speeds are analysed. Based on percentile thresholds, the studied extreme wind speed indices allow a consistent analysis over Europe that takes systematic deviations of the models into account. Relative changes in both intensity and frequency of extreme winds and their related uncertainties are assessed and related to changing patterns of extreme cyclones. A common feature of all investigated GCMs is a reduced track density over central Europe under climate change conditions, if all systems are considered. If only extreme (i.e. the strongest 5%) cyclones are taken into account, an increasing cyclone activity for western parts of central Europe is apparent; however, the climate change signal reveals a reduced spatial coherency when compared to all systems, which exposes partially contrary results. With respect to extreme wind speeds, significant positive changes in intensity and frequency are obtained over at least 3 and 20% of the European domain under study (35–72°N and 15°W–43°E), respectively. Location and extension of the affected areas (up to 60 and 50% of the domain for intensity and frequency, respectively), as well as levels of changes (up to +15 and +200% for intensity and frequency, respectively) are shown to be highly dependent on the driving GCM, whereas differences between RCMs when driven by the same GCM are relatively small.

Landscape change in central Latvia since the Iron Age: multi-proxy analysis of the vegetation impact of conflict, colonization and economic expansion during the last 2000 years

This study represents the first detailed multi-proxy palaeoenvironmental investigation associated with a Late Iron Age lake-dwelling site in the eastern Baltic. The main objective was to reconstruct the environmental and vegetation dynamics associated with the establishment of the lake-dwelling and land-use during the last 2,000 years. A lacustrine sediment core located adjacent to a Late Iron Age lake-dwelling, medieval castle and Post-medieval manor was sampled in Lake Āraiši. The core was dated using spheroidal fly-ash particles and radiocarbon dating, and analysed in terms of pollen, non-pollen palynomorphs, diatoms, loss-on-ignition, magnetic susceptibility and element geochemistry. Associations between pollen and other proxies were statistically tested. During ad 1–700, the vicinity of Lake Āraiši was covered by forests and human activities were only small-scale with the first appearance of cereal pollen (Triticum and Secale cereale) after ad 400. The most significant changes in vegetation and environment occurred with the establishment of the lake-dwelling around ad 780 when the immediate surroundings of the lake were cleared for agriculture, and within the lake there were increased nutrient levels. The highest accumulation rates of coprophilous fungi coincide with the occupation of the lake-dwelling from ad 780–1050, indicating that parts of the dwelling functioned as byres for livestock. The conquest of tribal lands during the crusades resulted in changes to the ownership, administration and organisation of the land, but our results indicate that the form and type of agriculture and land-use continued much as it had during the preceding Late Iron Age.