Merkmalsbezogene Verifikation hochaufgelöster Niederschlagsvorhersagen für Deutschland

Die Verifikation bewertet die Güte von quantitativen Niederschlagsvorhersagen(QNV) gegenüber Beobachtungen und liefert Hinweise auf systematische Modellfehler. Mit Hilfe der merkmals-bezogenen Technik SAL werden simulierte Niederschlagsverteilungen hinsichtlich (S)truktur, (A)mplitude und (L)ocation analysiert. Seit einigen Jahren werden numerische Wettervorhersagemodelle benutzt, mit Gitterpunktabständen, die es erlauben, hochreichende Konvektion ohne Parametrisierung zu simulieren. Es stellt sich jetzt die Frage, ob diese Modelle bessere Vorhersagen liefern. Der hoch aufgelöste stündliche Beobachtungsdatensatz, der in dieser Arbeit verwendet wird, ist eine Kombination von Radar- und Stationsmessungen. Zum einem wird damit am Beispiel der deutschen COSMO-Modelle gezeigt, dass die Modelle der neuesten Generation eine bessere Simulation des mittleren Tagesgangs aufweisen, wenn auch mit zu geringen Maximum und etwas zu spätem Auftreten. Im Gegensatz dazu liefern die Modelle der alten Generation ein zu starkes Maximum, welches erheblich zu früh auftritt. Zum anderen wird mit dem neuartigen Modell eine bessere Simulation der räumlichen Verteilung des Niederschlags, durch eine deutliche Minimierung der Luv-/Lee Proble-matik, erreicht. Um diese subjektiven Bewertungen zu quantifizieren, wurden tägliche QNVs von vier Modellen für Deutschland in einem Achtjahreszeitraum durch SAL sowie klassischen Maßen untersucht. Die höher aufgelösten Modelle simulieren realistischere Niederschlagsverteilungen(besser in S), aber bei den anderen Komponenten tritt kaum ein Unterschied auf. Ein weiterer Aspekt ist, dass das Modell mit der gröbsten Auf-lösung(ECMWF) durch den RMSE deutlich am besten bewertet wird. Darin zeigt sich das Problem des ‚Double Penalty’. Die Zusammenfassung der drei Komponenten von SAL liefert das Resultat, dass vor allem im Sommer das am feinsten aufgelöste Modell (COSMO-DE) am besten abschneidet. Hauptsächlich kommt das durch eine realistischere Struktur zustande, so dass SAL hilfreiche Informationen liefert und die subjektive Bewertung bestätigt. rnIm Jahr 2007 fanden die Projekte COPS und MAP D-PHASE statt und boten die Möglich-keit, 19 Modelle aus drei Modellkategorien hinsichtlich ihrer Vorhersageleistung in Südwestdeutschland für Akkumulationszeiträume von 6 und 12 Stunden miteinander zu vergleichen. Als Ergebnisse besonders hervorzuheben sind, dass (i) je kleiner der Gitter-punktabstand der Modelle ist, desto realistischer sind die simulierten Niederschlags-verteilungen; (ii) bei der Niederschlagsmenge wird in den hoch aufgelösten Modellen weniger Niederschlag, d.h. meist zu wenig, simuliert und (iii) die Ortskomponente wird von allen Modellen am schlechtesten simuliert. Die Analyse der Vorhersageleistung dieser Modelltypen für konvektive Situationen zeigt deutliche Unterschiede. Bei Hochdrucklagen sind die Modelle ohne Konvektionsparametrisierung nicht in der Lage diese zu simulieren, wohingegen die Modelle mit Konvektionsparametrisierung die richtige Menge, aber zu flächige Strukturen realisieren. Für konvektive Ereignisse im Zusammenhang mit Fronten sind beide Modelltypen in der Lage die Niederschlagsverteilung zu simulieren, wobei die hoch aufgelösten Modelle realistischere Felder liefern. Diese wetterlagenbezogene Unter-suchung wird noch systematischer unter Verwendung der konvektiven Zeitskala durchge-führt. Eine erstmalig für Deutschland erstellte Klimatologie zeigt einen einer Potenzfunktion folgenden Abfall der Häufigkeit dieser Zeitskala zu größeren Werten hin auf. Die SAL Ergebnisse sind für beide Bereiche dramatisch unterschiedlich. Für kleine Werte der konvektiven Zeitskala sind sie gut, dagegen werden bei großen Werten die Struktur sowie die Amplitude deutlich überschätzt. rnFür zeitlich sehr hoch aufgelöste Niederschlagsvorhersagen gewinnt der Einfluss der zeitlichen Fehler immer mehr an Bedeutung. Durch die Optimierung/Minimierung der L Komponente von SAL innerhalb eines Zeitfensters(+/-3h) mit dem Beobachtungszeit-punkt im Zentrum ist es möglich diese zu bestimmen. Es wird gezeigt, dass bei optimalem Zeitversatz die Struktur und Amplitude der QNVs für das COSMO-DE besser werden und damit die grundsätzliche Fähigkeit des Modells die Niederschlagsverteilung realistischer zu simulieren, besser gezeigt werden kann.

Biogenic volatile organic compounds in tropical, temperate and boreal forest ecosystems

Biogene flüchtige organische Verbindungen (BFOV) werden in großen Mengen aus terrestrischenrnÖkosystemen, insbesondere aus Wäldern und Wiesen, in die untere Troposphäre emittiert. Austausch-rnFlüsse von BFOVs sind in der troposphärischen Chemie wichtig, weil sie eine bedeutende Rolle in derrnOzon- und Aerosolbildung haben. Trotzdem bleiben die zeitliche und räumliche Änderung der BFOVrnEmissionen und ihre Rolle in Bildung und Wachstum von Aerosolen ungewiss.rnDer Fokus dieser Arbeit liegt auf der in-situ Anwendung der Protonen Transfer ReaktionsrnMassenspektrometrie (PTR-MS) und der Messung von biogenen flüchtigen organischen Verbindungen inrnnordländischen, gemäßigten und tropischen Waldökosystemen während drei unterschiedlicherrnFeldmesskampagnen. Der Hauptvorteil der PTR-MS-Technik liegt in der hohen Messungsfrequenz,rnwodurch eine eventuelle Änderung in der Atmosphäre durch Transport, Vermischung und Chemiernonline beobachtet werden kann. Die PTR-MS-Messungen wurden zweimal am Boden aus und einmalrnvon einem Forschungsflugzug durchgeführt.rnIn Kapitel 3 werden die PTR-MS-Daten, gesammelt während der Flugmesskampagne über demrntropischen Regenwald, vorgelegt. Diese Studie zeigt den Belang der Grenzschichtdynamik für diernVerteilung von Spurengasen mittels eines eindimensionalen Säule - Chemie und KlimaModells (SCM).rnDer Tagesablauf von Isopren zeigte zwischen 14:00 und 16:15 Uhr lokaler Zeit einen Mittelwert vonrn5.4 ppbv auf der Höhe der Baumspitzen und von 3.3 ppbv über 300 m Höhe. Dies deutet darauf hin, dassrnsowohl der turbulente Austausch als auch die hohe Reaktionsfähigkeit von Isopren mit den OxidantienrnOH und Ozon eine wichtige Rolle spielen. Nach dem Ausgleich von chemischen Verlusten undrnEntrainment (Ein- und Ausmischung von Luft an der Grenzschicht), wurde ein Fluss vonrn8.4 mg Isopren m-2h-1 unter teilweise bewölkten Bedingungen für den tropischen Regenwald in derrnGuyanregion abgeschätzt. Dies entspricht einem täglichen Emissionsfluss von 28 mg Isopren prornQuadratmeter.rnIm Kapitel 4 werden die Messungen, welche auf einer Hügellage in gemäßigter Breite inrnsüddeutschland stattgefunden haben, diskutiert. Bei diesem Standort ist die Grenzschicht nachts unter diernStandorthöhe abgefallen, was den Einsatzort von Emissionen abgesondert hatte. Während diernGrenzschicht morgens wieder über die Höhe des Einsatzortes anstieg, konnten die eingeschlossenenrnnächtlichen Emissionen innerhalb der bodennahen Schicht beobachtet werden. Außerdem wurde einrndeutlicher Anstieg von flüchtigen organischen Verbindungen gemessen, wenn die Luftmassen überrnMünchen geführt wurden oder wenn verschmutzte Luftmassen aus dem Po-Tal über die Alpen nachrnDeutschland transportiert wurden. Daten von dieser Kampagne wurden genutzt, um die Änderungen inrndem Mischungsverhältnis der flüchtigen organischen Verbindungen, verbunden mit dem Durchfluss vonrnwarmen und kalten Wetterfronten sowie bei Regen zu untersuchen.rnIm Kapitel 5 werden PTR-MS-Messungen aus dem nördlichen Nadelwaldgürtel beschrieben. Starkernnächtliche Inversionen mit einer niedrigen Windgeschwindigkeit fingen die Emissionen vonrnnahegelegenen Kiefernwäldern und andere BFOV-Quellen ab, was zu hohen nächtlichen BFOVMischverhältnissenrnführte. Partikelereignisse wurden für Tag und Nacht detailliert analysiert. Diernnächtlichen Partikelereignisse erfolgten synchron mit starken extremen von Monoterpenen, obwohl dasrnzweite Ereignis Kernbildung einschloss und nicht mit Schwefelsäure korrelierte. Die MonoterpenrnMischungsverhältnisse von über 16 ppbv waren unerwartet hoch für diese Jahreszeit. NiedrigernWindgeschwindigkeiten und die Auswertung von Rückwärtstrajektorien deuten auf eine konzentrierternQuelle in der Nähe von Hyytiälä hin. Die optische Stereoisomerie von Monoterpenen hat bestätigt, dassrndie Quelle unnatürlich ist, da das Verhältnis von [(+)-α-pinen]/[(−)-α-pinen] viel höher ist als dasrnnatürliches Verhältnis der beiden Enantiomeren.

A multi-objective genetic algorithm optimisation using variable speed pumps in water distribution systems

Due to its practical importance and inherent complexity, the optimisation of distribution networks for supplying drinking water has been the subject of extensive study for the past 30 years. The optimization is governed by sizing the pipes in the water distribution network (WDN) and / or optimises specific parts of the network such as pumps, tanks etc. or try to analyse and optimise the reliability of a WDN. In this thesis, the author has analysed two different WDNs (Anytown City and Cabrera city networks), trying to solve and optimise a multi-objective optimisation problem (MOOP). The main two objectives in both cases were the minimisation of Energy Cost (€) or Energy consumption (kWh), along with the total Number of pump switches (TNps) during a day. For this purpose, a decision support system generator for Multi-objective optimisation used. Its name is GANetXL and has been developed by the Center of Water System in the University of Exeter. GANetXL, works by calling the EPANET hydraulic solver, each time a hydraulic analysis has been fulfilled. The main algorithm used, was a second-generation algorithm for multi-objective optimisation called NSGA_II that gave us the Pareto fronts of each configuration. The first experiment that has been carried out was the network of Anytown city. It is a big network with a pump station of four fixed speed parallel pumps that are boosting the water dynamics. The main intervention was to change these pumps to new Variable speed driven pumps (VSDPs), by installing inverters capable to diverse their velocity during the day. Hence, it’s been achieved great Energy and cost savings along with minimisation in the number of pump switches. The results of the research are thoroughly illustrated in chapter 7, with comments and a variety of graphs and different configurations. The second experiment was about the network of Cabrera city. The smaller WDN had a unique FS pump in the system. The problem was the same as far as the optimisation process was concerned, thus, the minimisation of the energy consumption and in parallel the minimisation of TNps. The same optimisation tool has been used (GANetXL).The main scope was to carry out several and different experiments regarding a vast variety of configurations, using different pump (but this time keeping the FS mode), different tank levels, different pipe diameters and different emitters coefficient. All these different modes came up with a large number of results that were compared in the chapter 8. Concluding, it should be said that the optimisation of WDNs is a very interested field that has a vast space of options to deal with. This includes a large number of algorithms to choose from, different techniques and configurations to be made and different support system generators. The researcher has to be ready to “roam” between these choices, till a satisfactory result will convince him/her that has reached a good optimisation point.

Stabilität und Transport in der planetaren Grenzschicht - Untersuchungen mit Radiosonden- und Spurengasmessungen während PARADE

Die vorliegende Arbeit untersucht die Struktur und Zusammensetzung der untersten Atmosphäre im Rahmen der PARADE-Messkampagne (PArticles and RAdicals: Diel observations of the impact of urban and biogenic Emissions) am Kleinen Feldberg in Deutschland im Spätsommer 2011. Dazu werden Messungen von meteorologischen Grundgrößen (Temperatur, Feuchte, Druck, Windgeschwindigkeit und -richtung) zusammen mit Radiosonden und flugzeuggetragenen Messungen von Spurengasen (Kohlenstoffmonoxid, -dioxid, Ozon und Partikelanzahlkonzentrationen) ausgewertet. Ziel ist es, mit diesen Daten, die thermodynamischen und dynamischen Eigenschaften und deren Einfluss auf die chemische Luftmassenzusammensetzung in der planetaren Grenzschicht zu bestimmen. Dazu werden die Radiosonden und Flugzeugmessungen mit Lagrangeschen Methoden kombiniert und es wird zwischen rein kinematischen Modellen (LAGRANTO und FLEXTRA) sowie sogenannten Partikeldispersionsmodellen (FLEXPART) unterschieden. Zum ersten Mal wurde im Rahmen dieser Arbeit dabei auch eine Version von FLEXPART-COSMO verwendet, die von den meteorologischen Analysefeldern des Deutschen Wetterdienstes angetrieben werden. Aus verschiedenen bekannten Methoden der Grenzschichthöhenbestimmung mit Radiosondenmessungen wird die Bulk-Richardson-Zahl-Methode als Referenzmethode verwendet, da sie eine etablierte Methode sowohl für Messungen und als auch Modellanalysen darstellt. Mit einer Toleranz von 125 m, kann zu 95 % mit mindestens drei anderen Methoden eine Übereinstimmung zu der ermittelten Grenzschichthöhe festgestellt werden, was die Qualität der Grenzschichthöhe bestätigt. Die Grenzschichthöhe variiert während der Messkampagne zwischen 0 und 2000 m über Grund, wobei eine hohe Grenzschicht nach dem Durchzug von Kaltfronten beobachtet wird, hingegen eine niedrige Grenzschicht unter Hochdruckeinfluss und damit verbundener Subsidenz bei windarmen Bedingungen im Warmsektor. Ein Vergleich zwischen den Grenzschichthöhen aus Radiosonden und aus Modellen (COSMO-DE, COSMO-EU, COSMO-7) zeigt nur geringe Unterschiede um -6 bis +12% während der Kampagne am Kleinen Feldberg. Es kann allerdings gezeigt werden, dass in größeren Simulationsgebieten systematische Unterschiede zwischen den Modellen (COSMO-7 und COSMO-EU) auftreten. Im Rahmen dieser Arbeit wird deutlich, dass die Bodenfeuchte, die in diesen beiden Modellen unterschiedlich initialisiert wird, zu verschiedenen Grenzschichthöhen führt. Die Folge sind systematische Unterschiede in der Luftmassenherkunft und insbesondere der Emissionssensitivität. Des Weiteren kann lokale Mischung zwischen der Grenzschicht und der freien Troposphäre bestimmt werden. Dies zeigt sich in der zeitlichen Änderung der Korrelationen zwischen CO2 und O3 aus den Flugzeugmessungen, und wird im Vergleich mit Rückwärtstrajektorien und Radiosondenprofilen bestärkt. Das Einmischen der Luftmassen in die Grenzschicht beeinflusst dabei die chemische Zusammensetzung in der Vertikalen und wahrscheinlich auch am Boden. Diese experimentelle Studie bestätigt die Relevanz der Einmischungsprozesse aus der freien Troposphäre und die Verwendbarkeit der Korrelationsmethode, um Austausch- und Einmischungsprozesse an dieser Grenzfläche zu bestimmen.

Invariant barriers to reactive front propagation in fluid flows

We present theory and experiments on the dynamics of reaction fronts in two-dimensional, vortex-dominated flows, for both time-independent and periodically driven cases. We find that the front propagation process is controlled by one-sided barriers that are either fixed in the laboratory frame (time-independent flows) or oscillate periodically (periodically driven flows). We call these barriers burning invariant manifolds (BIMs), since their role in front propagation is analogous to that of invariant manifolds in the transport and mixing of passive impurities under advection. Theoretically, the BIMs emerge from a dynamical systems approach when the advection-reaction-diffusion dynamics is recast as an ODE for front element dynamics. Experimentally, we measure the location of BIMs for several laboratory flows and confirm their role as barriers to front propagation.

Barriers to front propagation in ordered and disordered vortex flows

We present experiments on reactive front propagation in a two-dimensional (2D) vortex chain flow (both time-independent and time-periodic) and a 2D spatially disordered (time-independent) vortex-dominated flow. The flows are generated using magnetohydrodynamic forcing techniques, and the fronts are produced using the excitable, ferroin-catalyzed Belousov-Zhabotinsky chemical reaction. In both of these flows, front propagation is dominated by the presence of burning invariant manifolds (BIMs) that act as barriers, similar to invariant manifolds that dominate the transport of passive impurities. Convergence of the fronts onto these BIMs is shown experimentally for all of the flows studied. The BIMs are also shown to collapse onto the invariant manifolds for passive transport in the limit of large flow velocities. For the disordered flow, the measured BIMs are compared to those predicted using a measured velocity field and a three-dimensional set of ordinary differential equations that describe the dynamics of front propagation in advection-reaction-diffusion systems.

Influence of nest site on the behaviour of laying hens

Low rates of nest acceptance by laying hens are a major problem in commercial poultry farming operations with aviary systems, leading to costly manual collection and cleaning of mislaid eggs. To gain knowledge about factors affecting nest use, laying hens' preferences for different nest locations were tested. Nests are normally installed at one of two sites: against a wall of the hen house or integrated into one tier of the aviary rack The preferences of laying hens for different nest sites have never been examined under commercial conditions. The aim of this study is to investigate whether behavioural differences can be detected between the different nest sites. The study consists of two consecutive trials involving 5027 Lohmann Selected Leghorn hens (LSL) and 601 layer hybrids selected for extensive housing conditions (EXT). The hens were randomly assigned to eight compartments per trial in groups of 355-360 LSL or 300 EXT in a laying hen house. Four compartments were equipped with a Volito Voletage (R) aviary system (VV), and four were equipped with a Rihs Bolegell (R) aviary system (RB), both of which contained either integrated or wall-placed nests when the experiments started. A strongly balanced crossover design with four periods was used. At 36, 44 and 52 weeks of age, the nest site in four out of the eight compartments was switched. Before each change, the fronts of half of the nests were videotaped during the light period, and the behaviour throughout the main laying period was analysed. Furthermore, the numbers of nest eggs and mislaid eggs in each compartment were recorded every day. No differences in the number of mislaid eggs between the two nest sites could be detected, except at the age of 20/21 weeks when hens in VV aviaries mislaid more eggs when nests were integrated (P = 0.0012). More hens stood simultaneously in front of the integrated nests than in front of wall-placed nests (P = 0.015). Activity of the laying hens increased (P = 0.0073), and stationary behavioural patterns declined (P = 0.0093), when the nests were placed by the wall. Hens inspected integrated nests for a longer duration than wall-placed nests, but wall-placed nests were visited more frequently. In addition to the nest site, the width of the platform in front of the nest influenced laying hen behaviour. Compared with narrower platforms, balance movements decreased on wider ones. Additionally, the platform design had to be taken into account as well, given that hens could not stand or walk as securely on wooden slats as on a grid floor. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

COLONIALES ET RESISTANCE ANTINAZIE AU CAMEROUN, 1939 - 1945

Dans l’histoire des civilisations, le contexte de guerre a très généralement placé les femmes en marge des actions de guerre. Au propre comme au figuré, elles y apparaissent le plus souvent protégées, écartées des fronts, qui semblent conséquemment être la seule affaire des hommes du fait de l’usage généralisé de la violence. C’est logiquement l’idée répandue qu’on s’en fait des occidentales établies en colonies africaines, surtout qu’entre 1914 et 1918, notamment au Cameroun, territoire colonial allemand disputé avec la France et l’Angleterre, les coloniales allemandes ont été prioritairement surprotégées1. Pourtant, il n’en a pas toujours été ainsi de toutes les crises majeures vécues sur ce territoire colonial. La période française apparaît plus intéressante en ceci que l’exclusion des blanches du front y a été peu évidente. La spécificité du Cameroun entre intérêts français et allemands, et la guerre fratricide qui mettent en opposition idéologique les Français entre eux, sont autant de raisons qui convoquent une attitude particulière des administrateurs coloniaux du Cameroun pour la défense du territoire. Entre 1939 et 1945 en effet, ils mettent à contribution la gente féminine dans la plupart de leurs stratégies adoptées pour la protection des acquis français outre-mer. De fait, au milieu des démonstrations de force essentiellement viriles vécues alors, il faut parfois compter sur une catégorie de femmes qui t battent parallèlement en brèche les stéréotypes liés au sexe, pour pénétrer un cercle fermé et jouer un rôle plus ou moins déterminant dans la défense de ce territoire français outre-mer. Face aux velléités de sujétion nazie qu’elles récusent, quelques coloniales surtout françaises se frottent exceptionnellement aux protagonistes du moment pour clairement s’affirmer comme de valeureuses résistantes de l’intégrité territoriale française. Qui étaient ces résistantes à l’ordre nazi au Cameroun ? Pourquoi et comment s’intègrent-elles dans le mouvement de résistance local ? A quel titre et de quelle manière ? Quels rôles y jouent-elles entre 1939 et 1945 ? Des questions pertinentes qu’il serait loisible d’analyser en profondeur afin de mettre en lumière la véritable participation féminine pour la vie et à la survie de la France en colonie, notamment au Cameroun. (Cameroun 1939 - 1945, Femmes, activisme français, résistance)

Inhibition of Notch signaling induces extensive intussusceptive neo-angiogenesis by recruitment of mononuclear cells

Notch is an intercellular signaling pathway related mainly to sprouting neo-angiogenesis. The objective of our study was to evaluate the angiogenic mechanisms involved in the vascular augmentation (sprouting/intussusception) after Notch inhibition within perfused vascular beds using the chick area vasculosa and MxCreNotch1(lox/lox) mice. In vivo monitoring combined with morphological investigations demonstrated that inhibition of Notch signaling within perfused vascular beds remarkably induced intussusceptive angiogenesis (IA) with resultant dense immature capillary plexuses. The latter were characterized by 40 % increase in vascular density, pericyte detachment, enhanced vessel permeability, as well as recruitment and extravasation of mononuclear cells into the incipient transluminal pillars (quintessence of IA). Combination of Notch inhibition with injection of bone marrow-derived mononuclear cells dramatically enhanced IA with 80 % increase in vascular density and pillar number augmentation by 420 %. Additionally, there was down-regulation of ephrinB2 mRNA levels consequent to Notch inhibition. Inhibition of ephrinB2 or EphB4 signaling induced some pericyte detachment and resulted in up-regulation of VEGFRs but with neither an angiogenic response nor recruitment of mononuclear cells. Notably, Tie-2 receptor was down-regulated, and the chemotactic factors SDF-1/CXCR4 were up-regulated only due to the Notch inhibition. Disruption of Notch signaling at the fronts of developing vessels generally results in massive sprouting. On the contrary, in the already existing vascular beds, down-regulation of Notch signaling triggered rapid augmentation of the vasculature predominantly by IA. Notch inhibition disturbed vessel stability and led to pericyte detachment followed by extravasation of mononuclear cells. The mononuclear cells contributed to formation of transluminal pillars with sustained IA resulting in a dense vascular plexus without concomitant vascular remodeling and maturation.

Reactive mass transport modelling of a three-dimensional vertical fault zone with a finger-like convective flow regime

For a three-dimensional vertically-oriented fault zone, we consider the coupled effects of fluid flow, heat transfer and reactive mass transport, to investigate the patterns of fluid flow, temperature distribution, mineral alteration and chemically induced porosity changes. We show, analytically and numerically, that finger-like convection patterns can arise in a vertically-oriented fault zone. The onset and patterns of convective fluid flow are controlled by the Rayleigh number which is a function of the thermal properties of the fluid and the rock, the vertical temperature gradient, and the height and the permeability of the fault zone. Vigorous fluid flow causes low temperature gradients over a large region of the fault zone. In such a case, flow across lithological interfaces becomes the most important mechanism for the formation of sharp chemical reaction fronts. The degree of rock buffering, the extent and intensity of alteration, the alteration mineralogy and in some cases the formation of ore deposits are controlled by the magnitude of the flow velocity across these compositional interfaces in the rock. This indicates that alteration patterns along compositional boundaries in the rock may provide some insights into the convection pattern. The advective mass and heat exchanges between the fault zone and the wallrock depend on the permeability contrast between the fault zone and the wallrock. A high permeability contrast promotes focussed convective flow within the fault zone and diffusive exchange of heat and chemical reactants between the fault zone and the wallrock. However, a more gradual permeability change may lead to a regional-scale convective flow system where the flow pattern in the fault affects large-scale fluid flow, mass transport and chemical alteration in the wallrocks

SOP: Parallel surrogate global optimization with Pareto center selection for computationally expensive single objective problems

This paper presents a parallel surrogate-based global optimization method for computationally expensive objective functions that is more effective for larger numbers of processors. To reach this goal, we integrated concepts from multi-objective optimization and tabu search into, single objective, surrogate optimization. Our proposed derivative-free algorithm, called SOP, uses non-dominated sorting of points for which the expensive function has been previously evaluated. The two objectives are the expensive function value of the point and the minimum distance of the point to previously evaluated points. Based on the results of non-dominated sorting, P points from the sorted fronts are selected as centers from which many candidate points are generated by random perturbations. Based on surrogate approximation, the best candidate point is subsequently selected for expensive evaluation for each of the P centers, with simultaneous computation on P processors. Centers that previously did not generate good solutions are tabu with a given tenure. We show almost sure convergence of this algorithm under some conditions. The performance of SOP is compared with two RBF based methods. The test results show that SOP is an efficient method that can reduce time required to find a good near optimal solution. In a number of cases the efficiency of SOP is so good that SOP with 8 processors found an accurate answer in less wall-clock time than the other algorithms did with 32 processors.

Risk factors for Clostridium difficile nosocomial diarrhea in patients at the Michael E. Debakey Veterans Affairs Medical Center, Houston, Texas

Background. Clostridium difficile is the leading cause of hospital associated infectious diarrhea and colitis. About 3 million cases of Clostridium difficile diarrhea occur each year with an annual cost of $1 billion. ^ About 20% of patients acquire C. difficile during hospitalization. Infection with Clostridium difficile can result in serious complications, posing a threat to the patient's life. ^ Purpose. The aim of this research was to demonstrate the uniqueness in the characteristics of C. difficile positive nosocomial diarrhea cases compared with C. difficile negative nosocomial diarrhea controls admitted to a local hospital. ^ Methods. One hundred and ninety patients with a positive test and one hundred and ninety with a negative test for Clostridium difficile nosocomial diarrhea, selected from patients tested between January 1, 2002 and December 31, 2003, comprised the study population. Demographic and clinical data were collected from medical records. Logistic regression analyses were conducted to determine the associated odds between selected variables and the outcome of Clostridium difficile nosocomial diarrhea. ^ Results. For the antibiotic classes, cephalosporins (OR, 1.87; CI 95, 1.23 to 2.85), penicillins (OR, 1.57; CI 95, 1.04 to 2.37), fluoroquinolones (OR, 1.65; CI 95, 1.09 to 2.48) and antifungals (OR, 2.17; CI 95, 1.20 to 3.94), were significantly associated with Clostridium difficile nosocomial diarrhea Ceftazidime (OR, 1.95; CI 95, 1.25 to 3.03, p=0.003), gatifloxacin (OR, 1.97; CI 95, 1.31 to 2.97, p=0.001), clindamycin (OR, 3.13; CI 95, 1.99 to 4.93, p<0.001) and vancomycin (OR, 1.77; CI 95, 1.18 to 2.66, p=0.006, were also significantly associated with the disease. Vancomycin was not statistically significant when analyzed in a multivariable model. Other significantly associated drugs were, antacids, laxatives, narcotics and ranitidine. Prolong use of antibiotics and an increased number of comorbid conditions were also associated with C. difficile nosocomial diarrhea. ^ Conclusion. The etiology for C. difficile diarrhea is multifactorial. Exposure to antibiotics and other drugs, prolonged antibiotic usage, the presence and severity of comorbid conditions and prolonged hospital stay were shown to contribute to the development of the disease. It is imperative that any attempt to prevent the disease, or contain its spread, be done on several fronts. ^

Planktonic foraminifera of IODP Site 306-U1314

Surface water conditions at the Integrated Ocean Drilling Program (IODP) Site U1314 (Southern Gardar Drift, 56° 21.8' N, 27° 53.3' W, 2820 m depth) were inferred using planktic foraminifer assemblages between Marine Isotope Stage (MIS) 19 and 11 (ca. 800-400 ka). Factor analysis of the planktic foraminifer assemblages suggests that the assemblage was controlled by three factors. The first factor (which explained 49% of the variance) is dominated by transitional and subpolar species and points to warm and salty surface water conditions (Atlantic water). The second factor (37%) is dominated by Neogloboquadrina pachyderma sin and has been associated with the presence of cold and low saline surface waters (Arctic water). Finally, the third factor (9%), linked to a significant presence of Turborotalita quinqueloba, reflects the closeness of the Arctic front (the boundary between Atlantic and Arctic water). The position of the Arctic and Polar fronts has been estimated across the glacial-interglacial cycles studied according to planktic foraminifer abundances from Site U1314 (and their factor analysis) combined with a synthesis of planktic foraminifer and diatom data from other North Atlantic sites. Regarding at the migrations of the Arctic front and the surface water masses distribution across each climatic cycle we determined five phases of development. Furthermore, deep ocean circulation changes observed in glacial-interglacial cycles have been associated with each phase. The high abundance of transitional-subpolar foraminifers (above 65% at Site U1314) during the early interglacial phase indicated that the Arctic front position and surface water masses distribution were similar to present conditions. During the late interglacial phase, N. pachyderma sin and T. quinqueloba slightly increased indicating that winter sea ice slightly expanded southwestwards whereas the ice volume remained stable or was still decreasing. N. pachyderma sin increased rapidly (above 65% at Site U1314) at the first phase of glacial periods indicating the expansion of the Arctic waters in the western subpolar North Atlantic. During the second phase of glacial periods the transitional-subpolar assemblage throve again in the central subpolar North Atlantic associated with strong warming events that followed ice-rafting events. The third phase of glacial periods corresponds to full glacial conditions in which N. pachyderma sin dominated the assemblage for the whole subpolar North Atlantic. This division in phases may be applied to the last four climatic cycles.

Ice and snow measurements during Nathaniel B. Palmer cruise NBP0709 (SIMBA experiment)

The Sea Ice Mass Balance in the Antarctic (SIMBA) experiment was conducted from the RVIB N.B. Palmer in September and October 2007 in the Bellingshausen Sea in an area recently experiencing considerable changes in both climate and sea ice cover. Snow and ice properties were observed at 3 short-term stations and a 27-day drift station (Ice Station Belgica, ISB) during the winter-spring transition. Repeat measurements were performed on sea ice and snow cover at 5 ISB sites, each having different physical characteristics, with mean ice (snow) thicknesses varying from 0.6 m (0.1 m) to 2.3 m (0.7 m). Ice cores retrieved every five days from 2 sites and measured for physical, biological, and chemical properties. Three ice mass-balance buoys (IMBs) provided continuous records of snow and ice thickness and temperature. Meteorological conditions changed from warm fronts with high winds and precipitation followed by cold and calm periods through four cycles during ISB. The snow cover regulated temperature flux and controlled the physical regime in which sea ice morphology changed. Level thin ice areas had little snow accumulation and experienced greater thermal fluctuations resulting in brine salinity and volume changes, and winter maximum thermodynamic growth of ~0.6 m in this region. Flooding and snow-ice formation occurred during cold spells in ice and snow of intermediate thickness. In contrast, little snow-ice formed in flooded areas with thicker ice and snow cover, instead nearly isothermal, highly permeable ice persisted. In spring, short-lived cold air episodes did not effectively penetrate the sea ice nor overcome the effect of ocean heat flux, thus favoring net ice thinning from bottom melt over ice thickening from snow-ice growth, in all cases. These warm ice conditions were consistent with regional remote sensing observations of earlier ice breakup and a shorter sea ice season, more recently observed in the Bellingshausen Sea.

Mineralogy of serpentine muds of ODP Leg 125 holes (Table 1)

Large serpentinite seamounts are common in the forearc regions between the trench axis and the active volcanic fronts of the Mariana and Izu-Bonin intraoceanic arcs. The seamounts apparently form both as mud volcanoes, composed of unconsolidated serpentine mud flows that have entrained metamorphosed ultramafic and mafic rocks, and as horst blocks, possibly diapirically emplaced, of serpentinized ultramafics partially draped with unconsolidated serpentine slump deposits and mud flows. The clayand silt-sized serpentine recovered from three sites on Conical Seamount on the Mariana forearc region and from two sites on Torishima Forearc Seamount on the Izu-Bonin forearc region is composed predominantly of chrysotile, brucite, chlorite, and clays. A variety of accessory minerals attest to the presence of unusual pore fluids in some of the samples. Aragonite, unstable at the depths at which the serpentine deposits were drilled, is present in many of the surficial cores from Conical Seamount. Sjogrenite minerals, commonly found as weathering products of serpentine resulting from interaction with groundwater, are found in most of the samples. The presence of aragonite and carbonate-hydroxide hydrate minerals argues for interaction of the serpentine deposits with fluids other than seawater. There are numerous examples of sedimentary serpentinite deposits exposed on land that are very similar to the deposits recovered from the serpentine seamounts drilled on ODP Leg 125. We suggest that Conical Seamount may be a type locality for the study of in situ formation of many of these sedimentary serpentinite bodies. Further, we suggest that both the deposits drilled on Conical Seamount and on Torishima Forearc Seamount demonstrate that serpentinization can continue in situ within the seamounts through interaction of the serpentine deposits with both seawater and subduction-related fluids.