MHD Wave Modes Resolved in Fine-Scale Chromospheric Magnetic Structures

Due to its complex and dynamic fine-scale structure, the chromosphere is a particularly challenging region of the Sun's atmosphere to understand. It is now widely accepted that to model chromospheric dynamics, even on a magnetohydrodynamic (MHD) scale, while also calculating spectral line emission, one must realistically include the effects of partial ionization and radiative transfer in a multi-fluid plasma under non-LTE conditions. Accurate quantification of MHD wave energetics must befounded on a precise identification of the actual wave mode being observed. This chapter focuses on MHD kink-mode identification, MHD sausage mode identification, and MHD torsional Alfvén wave identification. It then reviews progress in determining more accurate energy flux estimations of specific MHD wave modes observed in the chromosphere. The chapter finally examines how the discovery of these MHD wave modes has helped us advance the field of chromosphericmagnetoseismology.

Fine-structure photoionization cross sections of Fe II

We present the first calculation of fine-structure photoionization cross sections for the ground state of singly ionized Fe. These large-scale ab initio calculations, limited to the near-threshold region, were performed in the close-coupling approximation using a Dirac–Coulomb R -matrix method implemented within a modified version of the DARC package. Our calculated cross sections reproduce in detail the resonance structures observed in previous experimental determinations.

Effective collision strengths for forbidden transitions among the 3s23p3 fine-structure levels of Cl III

Effective collision strengths for the 10 astrophysically important fine-structure forbidden transitions among the ⁴S^o, ²D^o and ²P^o levels in the 3s²3p³ configuration of Cl III are presented. The calculation employs the multichannel R-matrix method to compute the electron-impact excitation collision strengths in a close-coupling expansion, which incorporates the lowest 23 LS target eigenstates of Cl III. These states are formed from the 3s²3p³, 3s3p⁴, 3s²3p²3d and 3s²3p²4s configurations. The Maxwellian-averaged effective collision strengths are presented graphically for all 10 fine-structure transitions over a wide range of electron temperatures appropriate for astrophysical applications [log T(K) = 3.3 - log T(K) = 5.9]. Comparisons are made with the earlier seven-state close-coupling calculation of Butler & Zeippen, and in general excellent agreement is found in the low-temperature region where a comparison is possible [log T(K) = 3.3 - log T(K) = 4.7]. However, discrepancies of up to 30 per cent are found to occur for the forbidden transitions which involve the ⁴S^o ground state level, particularly for the lowest temperatures considered. At the higher temperatures, the present data are the only reliable results currently available.

Effective collision strengths for fine-structure forbidden transitions among the 2s22p3 levels of S x

Effective collision strengths for electron-impact excitation of the N-like ion S x are calculated in the close-coupling approximation using the multichannel R-matrix method. Specific attention is given to the 10 astrophysically important fine-structure forbidden transitions among the ⁴S^O, ²D^o and ²P^o levels in the 2s²2p³ ground configuration. The total (e^- + ion) wavefunction is expanded in terms of the 11 lowest LS eigenstates of S x, and each eigenstate is represented by extensive configuration-interaction wavefunctions. The collision strengths obtained are thermally averaged over a Maxwellian distribution of velocities, for all 10 fine-structure transitions, over the range of electron temperatures log T(K) = 4.6-6.7 (the range appropriate for astrophysical applications). The present effective collision strengths are the only results currently available for these fine-structure transition rates.

Effective collision strengths for fine-structure forbidden transitions among the 2s22p3 levels of Ne IV

Effective collision strengths for electron-impact excitation of the N-like ion NeIV are calculated in the close-coupling approximation using the multichannel R-matrix method. Specific attention is given to the 10 astrophysically important fine-structure forbidden transitions among the ⁴S^o, ²D^o and ²P^o levels in the 2s²2p³ ground-state configuration. The expansion of the total wavefunction incorporates the lowest 11 LS eigenstates of NeIV, consisting of eight n = 2 terms with configurations 2s²2p³, 2s2p⁴ and 2p⁵, together with three n = 3 states of configuration 2s²2p²3s. We present in graphical form the effective collision strengths obtained by thermally averaging the collision strengths over a Maxwellian distribution of velocities, for all 10 fine-structure transitions, over the range of electron temperatures log T(K) = 3.6 to log T(K) = 6.1 (the range appropriate for astrophysical applications). Comparisons are made with the earlier, less sophisticated close-coupling calculation of Giles, and excellent agreement is found in the limited temperature region where a comparison is possible [log T(K) = 3.7 to log 7(K) = 4.3]. At higher temperatures the present data are the only reliable results currently available.

Effective collision strengths for fine-structure forbidden transitions among the 3s 23p 3 levels of Ar IV

The multichannel R-matrix method is used to compute electron impact excitation collision strengths in Ar IV for all fine-structure transitions among the ⁴S°, ²D° and ²P° levels in the 3s ²3p ³ ground configuration. Included in the expansion of the total wavefunction are the lowest 13 LS target eigenstates of Ar iv formed from the 3s ²3p ³, 3s3p ⁴ and 3s ²3p ²3d configurations. The effective collision strengths, obtained by averaging the electron collision strengths over a Maxwellian distribution of electron velocities, are presented for all 10 fine-structure transitions over a wide range of electron temperatures of astrophysical interest (T _e = 2000-100 000 K). Comparisons are made with an earlier 7-state close-coupling calculation by Zeippen, Butler & Le Bourlot, and significant differences are found to occur for many of the forbidden transitions considered, in particular those involving the ⁴S° ground state, where discrepancies of up to a factor of 3 are found in the low-temperature region. © 1997 RAS.

Influence of testing on permeability of compacted fine soils

The British standard constant-head triaxial test for measuring the permeability of fine-grained soils takes a relatively long time. A quicker test could provide savings to the construction industry, particularly for checking the quality of landfill clay liners. An accelerated permeability test has been developed, but the method often underestimates the permeability values compared owing to structural changes in the soil sample. This paper reports on an investigation
into the accelerated test to discover if the changes can be limited by using a revised procedure. The accelerated test is assessed and compared with the standard test and a ramp-accelerated permeability test. Four different finegrained materials are compacted at various water contents to produce analogous samples for testing using the three different methods. Fabric analysis is carried out on specimens derived from post-test samples using mercury intrusion porosimetry and scanning electron microscopy to assess the effects of testing on soil structure. The results show that accelerated testing in general underestimates permeability compared with values derived from the standard test, owing to changes in soil structure caused by testing. The ramp-accelerated test is shown to provide an improvement in terms of these structural changes.

Pathways of recent fine-grained sediment transport on the central Portuguese continental margin

Com o intuito de estudar as principais vias de transporte de sedimentos finos recentes na zona central da margem continental Oeste Portuguesa, parâmetros geoquímicos, mineralógicos e granulométricos foram analisados em sedimentos superficiais e em matéria particulada colhida em armadilhas de sedimentos e integrados com observações da hidrodinâmica de fundo. Os parâmetros geoquímicos foram também estudados na coluna de sedimentos depositada nos últimos 150 anos e em sedimentos pré-industriais. Os referidos parâmetros determinados foram: concentrações elementares, isótopos estáveis de Pb, teores em materiais litogénicos, carbonato de cálcio e carbono orgânico. Os canhões de Lisboa-Setúbal e Cascais tiveram especial destaque no presente estudo dado que, até à data, encontram-se menos estudados que o Canhão da Nazaré. Os resultados mostram que a distribuição de sedimentos na zona central da margem ocidental Portuguesa é particionada pelos canhões e que a exportação de sedimentos da plataforma para zonas mais profundas da margem é restringida pelas correntes do talude, excepto onde os canhões funcionam como corredores para o transporte de sedimentos. Enquanto no Canhão de Lisboa-Setúbal, e provavelmente no Canhão de Cascais, o transporte de sedimentos até à zona inferior é limitada, provavelmente apenas despoletado por eventos de elevada energia, no Canhão da Nazaré o transporte ao longo do todo o canhão parece eficiente. As zonas superiores dos canhões de Lisboa-Setúbal e Cascais presentemente actuam como armadilhas de sedimentos finos, aprisionando partículas em suspensão provenientes da plataforma adjacente. A introdução directa de sedimentos provenientes das plumas dos rios Tejo e Sado nas zonas superiores dos canhões parece limitada, contudo a resuspensão dos sedimentos do prodelta do Tejo como resultado de ondas de tempestade e ondas de maré interna permite o transporte de sedimentos para os canhões adjacentes. Na plataforma de Lisboa-Setúbal-Sines foram identificadas as assinaturas geoquímicas e mineralógicas de diferentes fontes de sedimentos finos (e.g. estuários do Tejo e Sado, arribas costeiras, lagoas de St. André e Melides). As concentrações elementares pré-industriais são muito semelhantes nos canhões da Nazaré e Lisboa-Setúbal, mas variados graus de enriquecimento antrópico de metais traço estão presentes nos sedimentos recentes. A mais acentuada influência antrópica na última área referida é consistente com a sua proximidade a áreas densamente povoadas e industrializadas e com input de sedimentos originários dos rios Tejo e Sado, potenciais transportadores de partículas poluentes. A dispersão de Pb atmosférico parece também significativa sendo que toda a zona da plataforma continental adjacente aos canhões de Lisboa-Setúbal e Cascais apresenta-se enriquecida. A principal fonte de Pb antrópico identificada através de isótopos estáveis de Pb é consistente com a assinatura das cinzas de incineradoras. No Canhão de Lisboa a imersão de dragados contaminados parece ser também uma potencial importante fonte de metais traço antropogénicos.

Bottom up strategies for the morphology control of BaTiO3 particulates

As propriedades funcionais dos materiais ferroeléctricos tais como a polarização reversível, piroelectricidade, piezoelectricidade, elevada actividade óptica não linear e comportamento dieléctrico não linear são fundamentais para a sua aplicação em sensores, microactuadores, detectores de infravermelhos, filtros de fase de microondas e memórias não-voláteis. Nos últimos anos, motivado pelas necessidades industriais de redução do tamanho dos dispositivos microelectrónicos, aumentando a eficiência volumétrica, tem sido feito um grande esforço ao nível da investigação para desenvolver estruturas ferroeléctricas à escala micro- e nano- métrica. É sabido que a redução de tamanho em materiais ferroeléctricos afecta significamente as suas propriedades. Neste sentido e considerando que foi previsto teoreticamente por cálculos ab initio que estruturas do tipo nanocilindros e nanodiscos apresentariam um novo tipo de ordem ferroeléctrica e, na expectativa de alcançar conhecimento para o desenvolvimento de uma nova geração de dispositivos microelectróncos, existe um grande interesse em desenvolver métodos de fabrico de nanoestruturas ferroeléctricas unidimensionais (1D) tais como nanocilindros e nanotubos. As estratégias de fabrico de nanoestruturas 1D até agora descritas na literatura indicam claramente as dificuldades inerentes à sua preparação. Existem duas grandes vias de síntese destas nanoestruturas: i) o método “topdown” que consiste na redução de tamanho de um dado material até à obtenção duma estrutura 1D; e ii) o método “bottom-up” em que átomos, iões e moléculas são agrupados para formar um material 1D. O método “top down” envolve em geral técnicas de desgaste, como o uso do feixe de electrões, que apesar de permitirem elevada precisão no posicionamento e no controlo do tamanho, falham em termos de resolução, exigem muito tempo e causam facilmente defeitos que deterioram as propriedades físicas destes materiais. Na metodologia “bottom up” a utilização de moléculas ou estruturas “molde” tem sido a mais explorada. As estructuras 1D podem também ser preparadas sem recorrer a “moldes”. Neste caso a agregação orientada é promovida pelo recurso a aditivos que controlam o crescimento dos cristais em direcções preferenciais. Neste contexto, neste trabalho utilizaram-se duas estratégias “bottom up” de baixo custo para a preparação de nanopartículas de titanato de bário (BaTiO3) com morfologia controlada: 1) síntese química (em solução e em fase vapor) com utilização de nanotubos de titanato TiNTs) como “moldes” e precursores de titânio 2) síntese química em solução com presença de aditivos. Os nanotubos de titanato de sódio foram preparados por síntese hidrotermal. Como existiam muitas dúvidas acerca da natureza estrutural e do mecanismo de formação dos NTs, a parte inicial do trabalho foi dedicada à realização de um estudo sistemático dos parâmetros intervenientes na síntese e à caracterização da sua estrutura e microestrutura. Foi demonstrado que os NTs têm a fórmula geral A2Ti2O5 (A = H+ or Na+), e não TiO2 (anátase) com defendido por vários autores na literatura, e podem ser preparados por método hidrotermal em meio fortemente alcalino usando como fonte de titânio TiO2 comercial na forma de anátase ou rútilo. A menor reactividade do rútilo exige temperaturas de síntese superiores ou tempos de reacção mais longos. A forma tubular resulta do tratamento hidrotermal e não de processos de lavagem e neutralização subsequentes. Se os NTs forem tratados após a síntese hidrotérmica em água a 200 ºC, transformam-se em nanocilindros. Uma das partes principais desta tese consistiu na investigação do papel dos NTs de titanato no crescimento anisotrópico de BaTiO3. O potencial funcionamento dos NTs como “moldes” para além de precursores foi testado em reacção com hidróxido de bário em síntese em solução e por reacção com um precursor orgânico de bário em fase vapor. Tendo por base os estudos cinéticos realizados, bem como as alterações estruturais e morfológicas das amostras, é possível concluir que a formação do BaTiO3 a partir de NTs de titanato de sódio, ocorre por dois mecanismos dependendo da temperatura e tempo de reacção. Assim, a baixa temperatura e curto tempo de reacção verifica-se que se formam partículas dendríticas de BaTiO3 cuja superfície é bastante irregular (“wild”) e que apresentam estrutura pseudo-cúbica. Estas partículas formam-se por reacção topotáctica na fronteira dos nanotubos de titanato de sódio. A temperaturas mais altas e/ou reacções mais longas, a reacção é controlada por um mecanismo de dissolução e precipitação com formação de dendrites de BaTiO3 tetragonais com superfície mais regular (“seaweed”). A microscopia de força piezoeléctrica mostrou que as dendrites “seaweeds“ possuem actividade piezoeléctrica superior à das dendrites “wild”, o que confirma o papel desempenhado pela estrutura e pela concentração de defeitos na rede na coerência e ordem ferroeléctrica de nanoestruturas. Os nossos resultados confirmam que os NTs de titanato não actuam facilmente como “moldes” na síntese em solução de BaTiO3 já que a velocidade de dissolução dos NTs em condições alcalinas é superior à velocidade de formação do BaTiO3. Assumindo que a velocidade de reacção dos NTs com o precursor de bário é superior em fase vapor, efectuou-se a deposição de um precursor orgânico de bário por deposição química de vapor sobre um filme de NTs de titnato de sódio depositados por deposição electroforética. Estudou-se a estabilidade dos NTs nas diferentes condições do reactor. Quando os NTs são tratados a temperaturas superiores a 700 ºC, ocorre a transformação dos NTs em nanocilindros de anatase por um mecanismo de agregação orientada. Quando se faz a deposição do precursor de bário, seguida de calcinação a 700 ºC em atmosfera oxidante de O2, verifica-se que a superficie dos NTs fica coberta com nanocristais de BaTiO3 independentemente da concentração de bário. O papel dos NTs de titanato no crescimento anisotrópico de BaTiO3 em fase vapor é assim descrito pela primeira vez. Em relação à metodologias de crescimento de partículas na ausência de “moldes” mas com aditivos fez-se um estudo sistemático utilizando 5 aditivos de natureza differente. As diferenças entre aditivos foram sistematizadas tendo em conta as diferenças estruturais e morfológicas verificadas. Está provado que os aditivos podem funcionar como modificadores de crescimento cristalino por alteração do seu padrão de crescimento ou por alteração da cinética de crescimento das faces cristalográficas do cristal. Entre os aditivos testados verificou-se que o ácido poliacrilíco adsorve em faces específicas do BaTiO3 alterando a cinética de crescimento e induzindo a agregação orientada das partículas. O polivinilpirrolidona, o docecilsulfato de sódio e hidroxipropilmetilcelulose actuam mais como inibidores de crescimento do que como modificadores do tipo de crescimento. A D-frutose aumenta a energia de activação da etapa de nucleação não ocorrendo formação de BaTiO3 para as mesmas condições dos outros aditivos. Esta tese clarifica o papel dos NTs de titanato de sódio enquanto precursores e “moldes” no crescimento anisotrópico de BaTiO3 em solução e em fase vapor. É feita também a abordagem do controlo morfológico do BaTiO3 através do uso de aditivos. As estratégias de preparação de BaTiO3 propostas são de baixo custo, reprodutíveis e fáceis de efectuar. Os resultados contribuem para uma melhor compreensão da relação tamanho – morfologia – propriedade em materiais ferroeléctricos nanométricos com vista à sua potencial aplicação.

Fine arts edutainment: the amateur painter

A new scheme for painterly rendering (NPR) has been developed. This scheme is based on visual perception, in particular themulti-scale line/edge representation in the visual cortex. The Amateur Painter (TAP) is the user interface on top of the rendering scheme. It allows to (semi)automatically create paintings from photographs, with different types of brush strokes and colour manipulations. In contrast to similar painting tools, TAP has a set of menus that reflects the procedure followed by a normal painter. In addition, menus and options have been designed such that they are very intuitive, avoiding a jungle of sub-menus with options from image processing that children and laymen do not understand. Our goal is to create a tool that is extremely easy to use, with the possibility that the user becomes interested in painting techniques, styles, and fine arts in general.

Feature Engineering in Fine-Grained Image Classification

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2013

Identifying a historic shoreline using fine-scale slope variation

Senior thesis written for Oceanography 445

A Reflective Encounter With the Fine Sand Area in a Nursery School Setting

This article draws on a model of reflection that involves creating meanings through repeated encounters with evocative objects. Responses to one such evocative object, a 20-second video clip of children playing in the fine sand area, illustrates the “turning toward” and then “turning away” from the object to engage with broader themes. Parten’s play types are used when analyzing children’s play in the fine sand area (the evocative object). The focus then turns away to themes of English as a second language, messy play, energies of childhood, and Foucault’s docile bodies. The intention was to integrate loosely formulated research aims relating to quality of the physical environment within the evolving life of the nursery setting to encourage a developing research orientation and reflective dis-position. This way of approaching practitioner research is well adapted to a longer-term engagement with enduring areas of interest, such as developing the potential of the physical environment.

Children’s Indoor Exposures to (Ultra)Fine Particles in an Urban Area: Comparison Between School and Home Environments

Due to their detrimental effects on human health, scientific interest in ultrafine particles (UFP), has been increasing but available information is far from comprehensive. Children, who represent one of the most susceptible subpopulation, spend the majority of time in schools and homes. Thus, the aim of this study is to (1) assess indoor levels of particle number concentrations (PNC) in ultrafine and fine (20–1000 nm) range at school and home environments and (2) compare indoor respective dose rates for 3- to 5-yr-old children. Indoor particle number concentrations in range of 20–1000 nm were consecutively measured during 56 d at two preschools (S1 and S2) and three homes (H1–H3) situated in Porto, Portugal. At both preschools different indoor microenvironments, such as classrooms and canteens, were evaluated. The results showed that total mean indoor PNC as determined for all indoor microenvironments were significantly higher at S1 than S2. At homes, indoor levels of PNC with means ranging between 1.09 × 104 and 1.24 × 104 particles/cm3 were 10–70% lower than total indoor means of preschools (1.32 × 104 to 1.84 × 104 particles/cm3). Nevertheless, estimated dose rates of particles were 1.3- to 2.1-fold higher at homes than preschools, mainly due to longer period of time spent at home. Daily activity patterns of 3- to 5-yr-old children significantly influenced overall dose rates of particles. Therefore, future studies focusing on health effects of airborne pollutants always need to account for children’s exposures in different microenvironments such as homes, schools, and transportation modes in order to obtain an accurate representation of children overall exposure.