The Russell Cycle. An update and review of trends in zooplankton and fish larvae off Plymouth 1924-2009. Occasional Publication of the Marine Biological Association 24

Regular plankton sampling off Plymouth by the Marine Biological Association (MBA) has been carried out from the early 1900s. Much of the sample analysis and description of the results was carried out by Sir Frederick Russell and Professor Alan Southward (AJS), the latter having completed the organisation and transfer of the paper records to digital files. The current authors have transferred the main data files of AJS on zooplankton and fish larvae to the MBA long-term database (including various editing and checking against original analysis records and published data) together with adding the data for 2002-2009. In this report the updated time-series are reviewed in the context of earlier work, particularly with respect to the Russell Cycle. It is not intended as an exhaustive analysis. Brief details of the sampling and comments on data processing are given in an appendix.

Operational monitoring and forecasting of bathing water quality through exploiting satellite Earth observation and models: The AlgaRisk demonstration service

Coastal zones and shelf-seas are important for tourism, commercial fishing and aquaculture. As a result the importance of good water quality within these regions to support life is recognised worldwide and a number of international directives for monitoring them now exist. This paper describes the AlgaRisk water quality monitoring demonstration service that was developed and operated for the UK Environment Agency in response to the microbiological monitoring needs within the revised European Union Bathing Waters Directive. The AlgaRisk approach used satellite Earth observation to provide a near-real time monitoring of microbiological water quality and a series of nested operational models (atmospheric and hydrodynamic-ecosystem) provided a forecast capability. For the period of the demonstration service (2008–2013) all monitoring and forecast datasets were processed in near-real time on a daily basis and disseminated through a dedicated web portal, with extracted data automatically emailed to agency staff. Near-real time data processing was achieved using a series of supercomputers and an Open Grid approach. The novel web portal and java-based viewer enabled users to visualise and interrogate current and historical data. The system description, the algorithms employed and example results focussing on a case study of an incidence of the harmful algal bloom Karenia mikimotoi are presented. Recommendations and the potential exploitation of web services for future water quality monitoring services are discussed.

Microscopy of heat treated titanium alloy BT16

Metallographic characterisation is combined with statistical analysis to study the microstructure of a BT16 titanium alloy after different heat treatment processes. It was found that the length, width and aspect ratio of α plates in this alloy follow the three-parameter Weibull distribution. Increasing annealing temperature or time causes the probability distribution of the length and the width of α plates to tend toward a normal distribution. The phase transformation temperature of the BT16 titanium alloy was found to be 875±5°C.

Mass spectrometry-based metabolomics applied to the chemical safety of food

Mass spectrometry (MS)-based metabolomics is emerging as an important field of research in many scientific areas, including chemical safety of food. A particular strength of this approach is its potential to reveal some physiological effects induced by complex mixtures of chemicals present at trace concentrations. The limitations of other analytical approaches currently employed to detect low-dose and mixture effects of chemicals make detection very problematic. Besides this basic technical challenge, numerous analytical choices have to be made at each step of a metabolomics study, and each step can have a direct impact on the final results obtained and their interpretation (i.e. sample preparation, sample introduction, ionization, signal acquisition, data processing, and data analysis). As the application of metabolomics to chemical analysis of food is still in its infancy, no consensus has yet been reached on defining many of these important parameters. In this context, the aim of the present study is to review all these aspects of MS-based approaches to metabolomics, and to give a comprehensive, critical overview of the current state of the art, possible pitfalls, and future challenges and trends linked to this emerging field. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Application-based workload model for wireless sensor node computing platforms

Wireless sensor node platforms are very diversified and very constrained, particularly in power consumption. When choosing or sizing a platform for a given application, it is necessary to be able to evaluate in an early design stage the impact of those choices. Applied to the computing platform implemented on the sensor node, it requires a good understanding of the workload it must perform. Nevertheless, this workload is highly application-dependent. It depends on the data sampling frequency together with application-specific data processing and management. It is thus necessary to have a model that can represent the workload of applications with various needs and characteristics. In this paper, we propose a workload model for wireless sensor node computing platforms. This model is based on a synthetic application that models the different computational tasks that the computing platform will perform to process sensor data. It allows to model the workload of various different applications by tuning data sampling rate and processing. A case study is performed by modeling different applications and by showing how it can be used for workload characterization. © 2011 IEEE.

Fault Location on a Distribution Network Using a Decentralised Analysis Process

A reduction in the time required to locate and restore faults on a utility's distribution network improves the customer minutes lost (CML) measurement and hence brings direct cost savings to the operating company. The traditional approach to fault location involves fault impedance determination from high volume waveform files dispatched across a communications channel to a central location for processing and analysis. This paper examines an alternative scheme where data processing is undertaken locally within a recording instrument thus reducing the volume of data to be transmitted. Processed event fault reports may be emailed to relevant operational staff for the timely repair and restoration of the line.

Earthmoving trucks condition level prediction using neural networks

Purpose: The purpose of this paper is to present an artificial neural network (ANN) model that predicts earthmoving trucks condition level using simple predictors; the model’s performance is compared to the respective predictive accuracy of the statistical method of discriminant analysis (DA).

Design/methodology/approach: An ANN-based predictive model is developed. The condition level predictors selected are the capacity, age, kilometers travelled and maintenance level. The relevant data set was provided by two Greek construction companies and includes the characteristics of 126 earthmoving trucks.

Findings: Data processing identifies a particularly strong connection of kilometers travelled and maintenance level with the earthmoving trucks condition level. Moreover, the validation process reveals that the predictive efficiency of the proposed ANN model is very high. Similar findings emerge from the application of DA to the same data set using the same predictors.

Originality/value: Earthmoving trucks’ sound condition level prediction reduces downtime and its adverse impact on earthmoving duration and cost, while also enhancing the maintenance and replacement policies effectiveness. This research proves that a sound condition level prediction for earthmoving trucks is achievable through the utilization of easy to collect data and provides a comparative evaluation of the results of two widely applied predictive methods.

Hybrid address spaces: A methodology for implementing scalable high-level programming models on non-coherent many-core architectures

This paper introduces hybrid address spaces as a fundamental design methodology for implementing scalable runtime systems on many-core architectures without hardware support for cache coherence. We use hybrid address spaces for an implementation of MapReduce, a programming model for large-scale data processing, and the implementation of a remote memory access (RMA) model. Both implementations are available on the Intel SCC and are portable to similar architectures. We present the design and implementation of HyMR, a MapReduce runtime system whereby different stages and the synchronization operations between them alternate between a distributed memory address space and a shared memory address space, to improve performance and scalability. We compare HyMR to a reference implementation and we find that HyMR improves performance by a factor of 1.71× over a set of representative MapReduce benchmarks. We also compare HyMR with Phoenix++, a state-of-art implementation for systems with hardware-managed cache coherence in terms of scalability and sustained to peak data processing bandwidth, where HyMR demon- strates improvements of a factor of 3.1× and 3.2× respectively. We further evaluate our hybrid remote memory access (HyRMA) programming model and assess its performance to be superior of that of message passing.

Mobile Wearable Communications

This special issue provides the latest research and development on wireless mobile wearable communications. According to a report by Juniper Research, the market value of connected wearable devices is expected to reach $1.5 billion by 2014, and the shipment of wearable devices may reach 70 million by 2017. Good examples of wearable devices are the prominent Google Glass and Microsoft HoloLens. As wearable technology is rapidly penetrating our daily life, mobile wearable communication is becoming a new communication paradigm. Mobile wearable device communications create new challenges compared to ordinary sensor networks and short-range communication. In mobile wearable communications, devices communicate with each other in a peer-to-peer fashion or client-server fashion and also communicate with aggregation points (e.g., smartphones, tablets, and gateway nodes). Wearable devices are expected to integrate multiple radio technologies for various applications' needs with small power consumption and low transmission delays. These devices can hence collect, interpret, transmit, and exchange data among supporting components, other wearable devices, and the Internet. Such data are not limited to people's personal biomedical information but also include human-centric social and contextual data. The success of mobile wearable technology depends on communication and networking architectures that support efficient and secure end-to-end information flows. A key design consideration of future wearable devices is the ability to ubiquitously connect to smartphones or the Internet with very low energy consumption. Radio propagation and, accordingly, channel models are also different from those in other existing wireless technologies. A huge number of connected wearable devices require novel big data processing algorithms, efficient storage solutions, cloud-assisted infrastructures, and spectrum-efficient communications technologies.

Acceleration-as-a-Service: Exploiting Virtualised GPUs for a Financial Application

How can GPU acceleration be obtained as a service in a cluster? This question has become increasingly significant due to the inefficiency of installing GPUs on all nodes of a cluster. The research reported in this paper is motivated to address the above question by employing rCUDA (remote CUDA), a framework that facilitates Acceleration-as-a-Service (AaaS), such that the nodes of a cluster can request the acceleration of a set of remote GPUs on demand. The rCUDA framework exploits virtualisation and ensures that multiple nodes can share the same GPU. In this paper we test the feasibility of the rCUDA framework on a real-world application employed in the financial risk industry that can benefit from AaaS in the production setting. The results confirm the feasibility of rCUDA and highlight that rCUDA achieves similar performance compared to CUDA, provides consistent results, and more importantly, allows for a single application to benefit from all the GPUs available in the cluster without loosing efficiency.

High-resolution seismic reflection investigation of gas accumulation and seepage in the tidal channels of the Ria of Aveiro barrier lagoon (Portugal)

O metano é um gás de estufa potente e uma importante fonte de energia. A importância global e impacto em zonas costeiras de acumulações e escape de gás metano são ainda pouco conhecidas. Esta tese investiga acumulações e escape de gás em canais de maré da Ria de Aveiro com dados de cinco campanhas de reflexão sísmica de alta resolução realizadas em 1986, 1999, 2002 e 2003. Estas incluem três campanhas de Chirp (RIAV99, RIAV02 e RIAV02A) e duas campanhas de Boomer (VOUGA86 e RIAV03). O processamento dos dados de navegação incluíram filtros de erros, correcções de sincronização de relógios de sistemas de aquisição de dados, ajuste de “layback” e estimativa da posição de “midpoint”. O processamento do sinal sísmico consistiu na correcção das amplitudes, remoção de ruído do tipo “burst”, correcções estáticas, correcção do “normal move-out”, filtragem passabanda, desconvolução da assinatura e migração Stolt F-K. A análise da regularidade do trajecto de navegação, dos desfasamentos entre horizontes e dos modelos de superfícies foi utilizada para controlo de qualidade, e permitiu a revisão e melhoria dos parâmetros de processamento. A heterogeneidade da cobertura sísmica, da qualidade do sinal, da penetração e da resolução, no seu conjunto constrangeram o uso dos dados a interpretações detalhadas, mas locais, de objectos geológicos da Ria. É apresentado um procedimento para determinar a escolha de escalas adequadas para modelar os objectos geológicos, baseado na resolução sísmica, erros de posicionamento conhecidos e desfasamentos médios entre horizontes. As evidências de acumulação e escape de gás na Ria de Aveiro incluem turbidez acústica, reflexões reforçadas, cortinas acústicas, domas, “pockmarks” e alinhamentos de “pockmarks” enterradas, horizontes perturbados e plumas acústicas na coluna de água (flares). A estratigrafia e a estrutura geológica controlam a distribuição e extensão das acumulações e escape de gás. Ainda assim, nestes sistemas de baixa profundidade de água, as variações da altura de maré têm um impacto significativo na detecção de gás com métodos acústicos, através de alterações nas amplitudes originais de reflexões reforçadas, turbidez acústica e branqueamento acústico em zonas com gás. Os padrões encontrados confirmam que o escape de bolhas de gás é desencadeado pela descida da maré. Há acumulações de gás em sedimentos Holocénicos e no substrato de argilas e calcários do Mesozóico. Evidências directas de escape de gás em sondagens em zonas vizinhas, mostraram gás essencialmente biogénico. A maioria do gás na área deve ter sido gerado em sedimentos lagunares Holocénicos. No entanto, a localização e geometria de estruturas de escape de fluidos em alguns canais de maré, seguem o padrão de fracturas do substrato Mesozóico, indicando uma possível fonte mais profunda de gás e que estas fracturas funcionam como condutas preferenciais de migração dos fluidos e exercem um controlo estrutural na ocorrência de gás na Ria.

O currículo das ciências físicas e naturais na perspetiva docente: saberes profissionais e possibilidades de ação

O atual contexto social de aceleração exponencial, resultante de alterações políticas, económicas e do acesso imediato a um extenso conjunto de informações e a um manancial de desenvolvimentos científicos e tecnológicos, cujas implicações são imprevisíveis e transversais a diferentes setores, está em dissonância com as características do modelo escolar dominante e a naturalizada ‘gramática da escola’ (Formosinho & Machado, 2008; Nóvoa, 2009a; Tyack & Tobin, 1994). Este desfasamento, amplificado em países com sistemas de ensino de matriz centralizada, resvala entre uma ação docente acrítica e executora e, em oposição, uma ação docente de natureza profissional, caracterizada por um alinhamento entre o desenvolvimento profissional e a afirmação da especificidade do conhecimento profissional docente, enquanto saber que se constrói na interação com os outros, com o próprio, nos e sobre os contextos de prática. A implementação do processo de reorganização curricular do ensino básico (Decreto-Lei n.º 6/2001, de 18 de janeiro) redefiniu o currículo nacional segundo duas perspetivas: a nacional e a local, veiculando uma conceção curricular flexível e emancipatória, isto é, uma proposta curricular que confere aos professores autonomia no desenvolvimento e gestão do currículo, instigando-os à realização de práticas curriculares com intencionalidade pedagógica estratégica. Neste sentido, a pretensão desta investigação situou-se ao nível da problematização de saberes profissionais e da concetualização de algumas possibilidades de ação tangenciais à capacidade de autotransformação de cada profissional docente e da escola. As opções metodológicas consideradas visaram, sobretudo, compreender quais os possíveis conhecimentos profissionais mobilizados por professores de Ciências Físicas e Naturais, em particular ao nível do desenvolvimento e gestão do currículo desta área curricular. Assim, perspetivado sob a forma de questão enquadradora, o problema que esteve na génese desta investigação assume a seguinte formulação: Que conhecimento mobilizam professores do ensino básico no desenvolvimento e na gestão do currículo das Ciências Físicas e Naturais? De que forma e com que ações poderá ser potenciado esse conhecimento nos processos de ensino e aprendizagem? O estudo empírico que sustentou este projeto de investigação organizou-se em dois momentos distintos. O primeiro, de natureza predominantemente quantitativa e dimensão de análise extensiva, envolveu a administração de um inquérito por questionário a professores de Ciências Físicas e Naturais que, no ano letivo de 2006/2007, se encontravam a lecionar em escolas públicas com 2.º e 3.º ciclos afetas à Direção Regional de Educação do Norte e ao, anteriormente, designado Centro de Área Educativa de Aveiro. Com um enfoque preponderantemente qualitativo, o segundo momento do estudo decorreu ao longo do ano letivo de 2007/2008 num agrupamento de escolas da região norte do país e consistiu na realização de entrevistas a oito professores de Ciências Físicas e Naturais, à coordenadora do departamento de Matemática e Ciências Experimentais e aos presidentes do Conselho Pedagógico e do Conselho Executivo. Ao longo do ano letivo, os professores de Ciências Físicas e Naturais desenvolveram, igualmente, um percurso formativo cuja ênfase se situava ao nível da adequação do desenvolvimento e gestão do currículo desta área disciplinar. As técnicas de tratamento de dados privilegiadas foram a análise estatística e a análise de conteúdo. Os resultados deste estudo apontam para a prevalência de uma ação docente desprovida de intencionalidades pedagógica e curricular ou de integração na construção do corpo geral do saber, designadamente ao nível dos processos de desenvolvimento e gestão do currículo. Não obstante alguma familiarização com conceitos inerentes à dimensão do conhecimento do currículo, os indicadores de reapropriação ao nível da ação docente foram escassos, denunciando a presença de constrangimentos no domínio teórico das orientações curriculares nacionais e locais, bem como no desenvolvimento de práticas curriculares articuladas e estrategicamente definidas. Por outro lado, o predomínio de uma ação docente tendencialmente acrítica, de matriz executora, associada ao cumprimento de normativos legais e de rotinas e burocracias instituídas, indiciou fragilidades ao nível do conhecimento profissional configurado como mobilização complexa, organizada e coerente de conhecimentos científicos, curriculares, pedagógicos e metodológicos, em função da especificidade de cada situação educativa e cuja finalidade é a otimização da aprendizagem do aluno. O percurso formativo afigurou-se como um espaço de partilha e de reflexão colegial, propício ao desenvolvimento de ações que se inserem numa perspetiva de ‘action learning’, possibilitando a reflexão e a aprendizagem através de ações empreendidas em função de práticas educativas. As possibilidades de ação remetem para a integração da formação contínua em contexto, com intencionalidades pedagógicas e curriculares estrategicamente definidas, e a problematização da formação inicial e contínua dos professores, envolvendo as perspetivas de diferentes atores educativos e de investigadores educacionais.

NMR in the characterization of heavy residual procedural streams

The main objective of this work was to monitor a set of physical-chemical properties of heavy oil procedural streams through nuclear magnetic resonance spectroscopy, in order to propose an analysis procedure and online data processing for process control. Different statistical methods which allow to relate the results obtained by nuclear magnetic resonance spectroscopy with the results obtained by the conventional standard methods during the characterization of the different streams, have been implemented in order to develop models for predicting these same properties. The real-time knowledge of these physical-chemical properties of petroleum fractions is very important for enhancing refinery operations, ensuring technically, economically and environmentally proper refinery operations. The first part of this work involved the determination of many physical-chemical properties, at Matosinhos refinery, by following some standard methods important to evaluate and characterize light vacuum gas oil, heavy vacuum gas oil and fuel oil fractions. Kinematic viscosity, density, sulfur content, flash point, carbon residue, P-value and atmospheric and vacuum distillations were the properties analysed. Besides the analysis by using the standard methods, the same samples were analysed by nuclear magnetic resonance spectroscopy. The second part of this work was related to the application of multivariate statistical methods, which correlate the physical-chemical properties with the quantitative information acquired by nuclear magnetic resonance spectroscopy. Several methods were applied, including principal component analysis, principal component regression, partial least squares and artificial neural networks. Principal component analysis was used to reduce the number of predictive variables and to transform them into new variables, the principal components. These principal components were used as inputs of the principal component regression and artificial neural networks models. For the partial least squares model, the original data was used as input. Taking into account the performance of the develop models, by analysing selected statistical performance indexes, it was possible to conclude that principal component regression lead to worse performances. When applying the partial least squares and artificial neural networks models better results were achieved. However, it was with the artificial neural networks model that better predictions were obtained for almost of the properties analysed. With reference to the results obtained, it was possible to conclude that nuclear magnetic resonance spectroscopy combined with multivariate statistical methods can be used to predict physical-chemical properties of petroleum fractions. It has been shown that this technique can be considered a potential alternative to the conventional standard methods having obtained very promising results.

Ressonância magnética em estudos de produção de fala

Estudar os mecanismos subjacentes à produção de fala é uma tarefa complexa e exigente, requerendo a obtenção de dados mediante a utilização de variadas técnicas, onde se incluem algumas modalidades imagiológicas. De entre estas, a Ressonância Magnética (RM) tem ganho algum destaque, nos últimos anos, posicionando-se como uma das mais promissoras no domínio da produção de fala. Um importante contributo deste trabalho prende-se com a otimização e implementação de protocolos (RM) e proposta de estratégias de processamento de imagem ajustados aos requisitos da produção de fala, em geral, e às especificidades dos diferentes sons. Para além disso, motivados pela escassez de dados para o Português Europeu (PE), constitui-se como objetivo a obtenção de dados articulatórios que permitam complementar informação já existente e clarificar algumas questões relativas à produção dos sons do PE (nomeadamente, consoantes laterais e vogais nasais). Assim, para as consoantes laterais foram obtidas imagens RM (2D e 3D), através de produções sustidas, com recurso a uma sequência Eco de Gradiente (EG) rápida (3D VIBE), no plano sagital, englobando todo o trato vocal. O corpus, adquirido por sete falantes, contemplou diferentes posições silábicas e contextos vocálicos. Para as vogais nasais, foram adquiridas, em três falantes, imagens em tempo real com uma sequência EG - Spoiled (TurboFLASH), nos planos sagital e coronal, obtendo-se uma resolução temporal de 72 ms (14 frames/s). Foi efetuada aquisição sincronizada das imagens com o sinal acústico mediante utilização de um microfone ótico. Para o processamento e análise de imagem foram utilizados vários algoritmos semiautomáticos. O tratamento e análise dos dados permitiu efetuar uma descrição articulatória das consoantes laterais, ancorada em dados qualitativos (e.g., visualizações 3D, comparação de contornos) e quantitativos que incluem áreas, funções de área do trato vocal, extensão e área das passagens laterais, avaliação de efeitos contextuais e posicionais, etc. No que respeita à velarização da lateral alveolar /l/, os resultados apontam para um /l/ velarizado independentemente da sua posição silábica. Relativamente ao /L/, em relação ao qual a informação disponível era escassa, foi possível verificar que a sua articulação é bastante mais anteriorizada do que tradicionalmente descrito e também mais extensa do que a da lateral alveolar. A resolução temporal de 72 ms conseguida com as aquisições de RM em tempo real, revelou-se adequada para o estudo das características dinâmicas das vogais nasais, nomeadamente, aspetos como a duração do gesto velar, gesto oral, coordenação entre gestos, etc. complementando e corroborando resultados, já existentes para o PE, obtidos com recurso a outras técnicas instrumentais. Para além disso, foram obtidos novos dados de produção relevantes para melhor compreensão da nasalidade (variação área nasal/oral no tempo, proporção nasal/oral). Neste estudo, fica patente a versatilidade e potencial da RM para o estudo da produção de fala, com contributos claros e importantes para um melhor conhecimento da articulação do Português, para a evolução de modelos de síntese de voz, de base articulatória, e para aplicação futura em áreas mais clínicas (e.g., perturbações da fala).