Does altering brachial artery tone with lower-body negative pressure and flow-mediated dilation affect arterial stiffness?

Although medium sized, muscular vessels normally respond to sympathetic stimulation by reducing compliance, it is unclear whether the large brachial artery is similarly affected by sympathetic stimulation induced via lower-body negative pressure (LBNP). Similarly, the impact of flow-mediated dilation (FMD) on brachial artery compliance and distensibility remains unresolved, hi addition, before such measures can be used as prognostic tools, it is important to investigate the reliability and repeatability of both techniques. Using a randomized order design, the effects of LBNP and FMD on the mechanical properties of the brachial artery were examined in nine healthy male subjects (mean age 24y). Non-invasive Doppler ultrasound and a Finometer were used to measure simultaneously the variation in systolic and diastolic diameter, and brachial blood pressure, respectively. These values were used to calculate compliance and distensibility values at baseline, and during both LBNP and FMD. The within-day and between-day repeatability of arterial diameter, compliance, distensibility, and FMD measures were assessed using the error coefficient and intra-class correlation coefficient (ICC). While heart rate (P<0.01) and peripheral resistance increased during LBNP (P<0.05), forearm blood flow and pulse pressure decreased (P<0.01). hi terms of mechanical properties, vessel diameters decreased (P<0.05), but both compliance and distensibility were not changed. On the other hand, FMD resulted in a significant increase in diameter (P<0.001), with no change in compliance or distensibility. hi summary, LBNP and FMD do not appear to alter brachial artery compliance or distensibility in young, healthy males. Whereas measures ofFMD were not found to be repeatable between days, the ICC indicated that compliance and distensibility were repeatable only within-day.

The Fast Regulation of Photosynthesis in Diatoms: an inquiry into the physiological and physical origins of non-photochemical chlorophyll fluorescence quenching.

Diatoms are renowned for their robust ability to perform NPQ (Non-Photochemical Quenching of chlorophyll fluorescence) as a dissipative response to heightened light stress on photosystem II, plausibly explaining their dominance over other algal groups in turbulent light environs. Their NPQ mechanism has been principally attributed to a xanthophyll cycle involving the lumenal pH regulated reversible de-epoxidation of diadinoxanthin. The principal goal of this dissertation is to reveal the physiological and physical origins and consequences of the NPQ response in diatoms during short-term transitions to excessive irradiation. The investigation involves diatom species from different originating light environs to highlight the diversity of diatom NPQ and to facilitate the detection of core mechanisms common among the diatoms as a group. A chiefly spectroscopic approach was used to investigate NPQ in diatom cells. Prime methodologies include: the real time monitoring of PSII excitation and de-excitation pathways via PAM fluorometry and pigment interconversion via transient absorbance measurements, the collection of cryogenic absorbance spectra to measure pigment energy levels, and the collection of cryogenic fluorescence spectra and room temperature picosecond time resolved fluorescence decay spectra to study excitation energy transfer and dissipation. Chemical inhibitors that target the trans-thylakoid pH gradient, the enzyme responsible for diadinoxanthin de-epoxidation, and photosynthetic electron flow were additionally used to experimentally manipulate the NPQ response. Multifaceted analyses of the NPQ responses from two previously un-photosynthetically characterised species, Nitzschia curvilineata and Navicula sp., were used to identify an excitation pressure relief ‘strategy’ for each species. Three key areas of NPQ were examined: (i) the NPQ activation/deactivation processes, (ii) how NPQ affects the collection, dissipation, and usage of absorbed light energy, and (iii) the interdependence of NPQ and photosynthetic electron flow. It was found that Nitzschia cells regulate excitation pressure via performing a high amplitude, reversible antenna based quenching which is dependent on the de-epoxidation of diadinoxanthin. In Navicula cells excitation pressure could be effectively regulated solely within the PSII reaction centre, whilst antenna based, diadinoxanthin de-epoxidation dependent quenching was implicated to be used as a supplemental, long-lasting source of excitation energy dissipation. These strategies for excitation balance were discussed in the context of resource partitioning under these species’ originating light climates. A more detailed investigation of the NPQ response in Nitzschia was used to develop a comprehensive model describing the mechanism for antenna centred non-photochemical quenching in this species. The experimental evidence was strongly supportive of a mechanism whereby: an acidic lumen triggers the diadinoxanthin de-epoxidation and protonation mediated aggregation of light harvesting complexes leading to the formation of quencher chlorophyll a-chlorophyll a dimers with short-lived excited states; quenching relaxes when a rise in lumen pH triggers the dispersal of light harvesting complex aggregates via deprotonation events and the input of diadinoxanthin. This model may also be applicable for describing antenna based NPQ in other diatom species.

Infrared thermography: A non-invasive window into thermal physiology

Infrared thermography is a non-invasive technique that measures mid to long-wave infrared radiation emanating from all objects and converts this to temperature. As an imaging technique, the value of modern infrared thermography is its ability to produce a digitized image or high speed video rendering a thermal map of the scene in false colour. Since temperature is an important environmental parameter influencing animal physiology and metabolic heat production an energetically expensive process, measuring temperature and energy exchange in animals is critical to understanding physiology, especially under field conditions. As a non-contact approach, infrared thermography provides a non-invasive complement to physiological data gathering. One caveat, however, is that only surface temperatures are measured, which guides much research to those thermal events occurring at the skin and insulating regions of the body. As an imaging technique, infrared thermal imaging is also subject to certain uncertainties that require physical modeling, which is typically done via built-in software approaches. Infrared thermal imaging has enabled different insights into the comparative physiology of phenomena ranging from thermogenesis, peripheral blood flow adjustments, evaporative cooling, and to respiratory physiology. In this review, I provide background and guidelines for the use of thermal imaging, primarily aimed at field physiologists and biologists interested in thermal biology. I also discuss some of the better known approaches and discoveries revealed from using thermal imaging with the objective of encouraging more quantitative assessment.

Probabilistic Assignments of Identical Indivisible Objects and Uniform Probabilistic Rules.

We consider a probabilistic approach to the problem of assigning k indivisible identical objects to a set of agents with single-peaked preferences. Using the ordinal extension of preferences, we characterize the class of uniform probabilistic rules by Pareto efficiency, strategy-proofness, and no-envy. We also show that in this characterization no-envy cannot be replaced by anonymity. When agents are strictly risk averse von-Neumann-Morgenstern utility maximizers, then we reduce the problem of assigning k identical objects to a problem of allocating the amount k of an infinitely divisible commodity.

Testing Mean-Variance Efficiency in CAPM with Possibly Non-Gaussian Errors : An Exact Simulation-Based Approach

In this paper we propose exact likelihood-based mean-variance efficiency tests of the market portfolio in the context of Capital Asset Pricing Model (CAPM), allowing for a wide class of error distributions which include normality as a special case. These tests are developed in the frame-work of multivariate linear regressions (MLR). It is well known however that despite their simple statistical structure, standard asymptotically justified MLR-based tests are unreliable. In financial econometrics, exact tests have been proposed for a few specific hypotheses [Jobson and Korkie (Journal of Financial Economics, 1982), MacKinlay (Journal of Financial Economics, 1987), Gib-bons, Ross and Shanken (Econometrica, 1989), Zhou (Journal of Finance 1993)], most of which depend on normality. For the gaussian model, our tests correspond to Gibbons, Ross and Shanken’s mean-variance efficiency tests. In non-gaussian contexts, we reconsider mean-variance efficiency tests allowing for multivariate Student-t and gaussian mixture errors. Our framework allows to cast more evidence on whether the normality assumption is too restrictive when testing the CAPM. We also propose exact multivariate diagnostic checks (including tests for multivariate GARCH and mul-tivariate generalization of the well known variance ratio tests) and goodness of fit tests as well as a set estimate for the intervening nuisance parameters. Our results [over five-year subperiods] show the following: (i) multivariate normality is rejected in most subperiods, (ii) residual checks reveal no significant departures from the multivariate i.i.d. assumption, and (iii) mean-variance efficiency tests of the market portfolio is not rejected as frequently once it is allowed for the possibility of non-normal errors.

Le transfert de documents conformes et la résolution du contrat pour leur non-conformité selon la convention de Vienne sur la vente internationale de marchandises

La présente étude examine une des difficultés que soulève l'exécution des contrats de vente mettant en relation des parties situées dans des pays différents. Ces contrats connaissent des problèmes bien particuliers. En effet, en donnant lieu à l'expédition des marchandises vendues, ces contrats obligent aussi le vendeur à transférer à l'acheteur les documents conformes représentatifs de celles-ci. La non-conformité des documents se distingue de la non-conformité des marchandises et constitue une source principale des litiges visant la résolution des contrats dans ce secteur commercial. La diversité des solutions susceptibles de s'y appliquer est devenue une réalité depuis que les droits internes doivent coexister avec les règles de la Convention de Vienne sur la vente internationale de marchandises. En principe, aucune difficulté ne se pose lorsqu'un droit interne est désigné comme étant le droit compétent: il suffirait d'appliquer les solutions de ce droit. Ainsi, par exemple, l'acheteur peut résoudre le contrat si les documents ne sont pas conformes aux stipulations contractuelles sur la base du concept de fundamental breach (en cas de vente non documentaire) ou sur la base de la stricte conformité (en cas de vente documentaire) que retiennent les droits anglo-américain; en revanche dans les systèmes de droit civil (où la distinction entre vente documentaire et vente non documentaire n'existe pas), pareille résolution du contrat basée sur le défaut de conformité des documents n'est possible qu'en présence d'un préjudice important ou d'un défaut majeur. Plusieurs justifications fondamentales sous-tendent la raison d'être des solutions retenues par les droits nationaux: quête de sécurité juridique et recherche de solution conforme aux besoins des opérateurs du commerce international. Néanmoins, il appert que de telles justifications sont également présentes dans la Convention de Vienne. De plus, cette Convention oblige le vendeur à transférer à l'acheteur les documents conformes de la vente. Cependant, elle le fait de manière indirecte sans pour autant préciser quels types de documents doivent faire l'objet du transfert. L'opportunité d'un tel transfert dépendra donc, sous réserves des dispositions impératives, de l'accord des parties et des usages commerciaux qui ont préséance sur les règles unifiées. Ce qui en fait parfois une question d'interprétation du contrat ou une question de comblement des lacunes de ce droit uniforme de la vente internationale. En ce sens, ce dernier droit diffère des droits nationaux qui sont plus clairs à cet égard. Quant aux conditions de la résolution du contrat pour non-conformité des documents, quel que soit le système national considéré, la solution qu'il consacre contraste avec celle prévue par la Convention de Vienne qui n'admet une telle sanction qu'en présence d'une contravention essentielle. Cette dualité entre droits nationaux et droit matériel uniforme nous met en face d'un constat bien évident: l'avènement de la Convention de Vienne sur la vente internationale de marchandises et la règle de la contravention essentielle qu'elle consacre, perturbent le paysage juridique jusqu'ici en vigueur dans chacun des États signataires. Ce qui justifie tout l'intérêt du sujet: la contravention essentielle par opposition à la règle de la stricte conformité et celle basée sur l'importance du préjudice prévues par les droits internes sont-elles des règles exclusives l'une de l'autre? La réponse est loin d'être certaine en dépit des convergences possibles dans le dénouement du contentieux de la résolution, même si par ailleurs il faut admettre qu'il s'agit de régimes juridiques bien différents. Tout en subordonnant la résolution du contrat à l'existence d'une contravention essentielle, lorsque la Convention de Vienne s'applique (DEUXIÈME PARTIE), la présente étude propose une interprétation de celle-ci en examinant son contenu ainsi que les différentes sources qui interfèrent dans sa mise en œuvre afin de démontrer que ce droit uniforme, malgré ses limites, régit les aspects documentaires de la vente internationale (PREMIÈRE PARTIE).

L’asphyxie en médecine légale : une étude rétrospective de six ans sur les suffocations non-chimiques au Québec

La suffocation est une forme d’asphyxie dans laquelle l’oxygène ne peut atteindre le sang. Il existe divers types de suffocation dont la suffocation par confinement/ environnementale, les étouffements externe et interne, et les asphyxies traumatique/ positionnelle. La littérature scientifique sur la suffocation est relativement pauvre, étant principalement constituée de revues de cas et de quelques séries de cas limités à un contexte particulier de suffocation. Dans le contexte actuel d’une médecine basée sur les preuves, les ouvrages de médecine légale n’ont guère d’études pour appuyer leurs enseignements, tirés essentiellement de l’expérience personnelle de générations de médecins légistes. Le présent projet vise à palier ce manque de données sur la suffocation, un type de décès pourtant important en pratique médico-légale. Il s’agit d’une étude rétrospective de six ans portant sur tous les cas de suffocation non-chimique ayant été autopsiés au Laboratoire de sciences judiciaires et de médecine légale. À notre connaissance, cette étude est la première à établir le portrait systématique des morts par suffocation non-chimique en milieu médico-légal. Elle permet, entre autres, de confirmer les modes de décès usuels par catégorie de suffocation, le type de victime et les contextes courants. Généralement, les résultats concordent avec la littérature, appuyant ainsi le savoir commun des pathologistes sur la suffocation non-chimique. Toutefois, certaines dissimilitudes ont été notées quant aux modes de décès lors de l’étouffement externe. Par ailleurs, les questions reliées à la classification des asphyxies et aux définitions souvent contradictoires sont discutées. En un effort de normalisation, ce projet souligne les divergences retrouvées dans les classifications usuelles et tente d’en dégager les définitions courantes afin de proposer un modèle de classification unifié.

L'élastographie ultrasonore dynamique vasculaire : une nouvelle modalité d'imagerie non-invasive pour la caractérisation mécanique de la thrombose veineuse

L’accident thromboembolique veineux, tel que la thrombose veineuse profonde (TVP) ou thrombophlébite des membres inférieurs, est une pathologie vasculaire caractérisée par la formation d’un caillot sanguin causant une obstruction partielle ou totale de la lumière sanguine. Les embolies pulmonaires sont une complication mortelle des TVP qui surviennent lorsque le caillot se détache, circule dans le sang et produit une obstruction de la ramification artérielle irriguant les poumons. La combinaison d’outils et de techniques d’imagerie cliniques tels que les règles de prédiction cliniques (signes et symptômes) et les tests sanguins (D-dimères) complémentés par un examen ultrasonographique veineux (test de compression, écho-Doppler), permet de diagnostiquer les premiers épisodes de TVP. Cependant, la performance de ces outils diagnostiques reste très faible pour la détection de TVP récurrentes. Afin de diriger le patient vers une thérapie optimale, la problématique n’est plus basée sur la détection de la thrombose mais plutôt sur l’évaluation de la maturité et de l’âge du thrombus, paramètres qui sont directement corrélées à ses propriétés mécaniques (e.g. élasticité, viscosité). L’élastographie dynamique (ED) a récemment été proposée comme une nouvelle modalité d’imagerie non-invasive capable de caractériser quantitativement les propriétés mécaniques de tissus. L’ED est basée sur l’analyse des paramètres acoustiques (i.e. vitesse, atténuation, pattern de distribution) d’ondes de cisaillement basses fréquences (10-7000 Hz) se propageant dans le milieu sondé. Ces ondes de cisaillement générées par vibration externe, ou par source interne à l’aide de la focalisation de faisceaux ultrasonores (force de radiation), sont mesurées par imagerie ultrasonore ultra-rapide ou par résonance magnétique. Une méthode basée sur l’ED adaptée à la caractérisation mécanique de thromboses veineuses permettrait de quantifier la sévérité de cette pathologie à des fins d’amélioration diagnostique. Cette thèse présente un ensemble de travaux reliés au développement et à la validation complète et rigoureuse d’une nouvelle technique d’imagerie non-invasive élastographique pour la mesure quantitative des propriétés mécaniques de thromboses veineuses. L’atteinte de cet objectif principal nécessite une première étape visant à améliorer les connaissances sur le comportement mécanique du caillot sanguin (sang coagulé) soumis à une sollicitation dynamique telle qu’en ED. Les modules de conservation (comportement élastique, G’) et de perte (comportement visqueux, G’’) en cisaillement de caillots sanguins porcins sont mesurés par ED lors de la cascade de coagulation (à 70 Hz), et après coagulation complète (entre 50 Hz et 160 Hz). Ces résultats constituent les toutes premières mesures du comportement dynamique de caillots sanguins dans une gamme fréquentielle aussi étendue. L’étape subséquente consiste à mettre en place un instrument innovant de référence (« gold standard »), appelé RheoSpectris, dédié à la mesure de la viscoélasticité hyper-fréquence (entre 10 Hz et 1000 Hz) des matériaux et biomatériaux. Cet outil est indispensable pour valider et calibrer toute nouvelle technique d’élastographie dynamique. Une étude comparative entre RheoSpectris et la rhéométrie classique est réalisée afin de valider des mesures faites sur différents matériaux (silicone, thermoplastique, biomatériaux, gel). L’excellente concordance entre les deux technologies permet de conclure que RheoSpectris est un instrument fiable pour la mesure mécanique à des fréquences difficilement accessibles par les outils actuels. Les bases théoriques d’une nouvelle modalité d’imagerie élastographique, nommée SWIRE (« shear wave induced resonance dynamic elastography »), sont présentées et validées sur des fantômes vasculaires. Cette approche permet de caractériser les propriétés mécaniques d’une inclusion confinée (e.g. caillot sanguin) à partir de sa résonance (amplification du déplacement) produite par la propagation d’ondes de cisaillement judicieusement orientées. SWIRE a également l’avantage d’amplifier l’amplitude de vibration à l’intérieur de l’hétérogénéité afin de faciliter sa détection et sa segmentation. Finalement, la méthode DVT-SWIRE (« Deep venous thrombosis – SWIRE ») est adaptée à la caractérisation de l’élasticité quantitative de thromboses veineuses pour une utilisation en clinique. Cette méthode exploite la première fréquence de résonance mesurée dans la thrombose lors de la propagation d’ondes de cisaillement planes (vibration d’une plaque externe) ou cylindriques (simulation de la force de radiation par génération supersonique). DVT-SWIRE est appliquée sur des fantômes simulant une TVP et les résultats sont comparés à ceux donnés par l’instrument de référence RheoSpectris. Cette méthode est également utilisée avec succès dans une étude ex vivo pour l’évaluation de l’élasticité de thromboses porcines explantées après avoir été induites in vivo par chirurgie.

Le rôle de la MAPK non-conventionnelle ERK3 dans le développement thymique

Les premières cellules progénitrices lympho-myéloïdes (LMPP) entrent dans le thymus et commencent leur processus de différenciation au stade double négatif (DN, CD4-CD8-). Après un réarrangement fonctionnel de la chaine bêta de leur récepteur des cellules T (RCT), les cellules reçoivent des signaux de différenciation, de prolifération, de survie et de sélection et passent au stade double positif (DP, CD4+CD8+). Ensuite, la chaine alpha du RCT est réarrangée et testée via les sélections positive et négative. Si le RCT reçoit un signal ni trop fort, ni trop faible, les cellules passent au stade simple positif où elles exprimeront soit la molécule CD4 ou CD8. ERK3, une MAPK non-conventionnelle, joue un rôle important dans le développement thymique. Des études précédentes ont démontré qu’une déficience en ERK3 diminue de 50 % la cellularité thymique et de 75% le nombre de cellules simples positives CD4 (CD4SP). Nous avons posé comme hypothèses qu’il y a une augmentation de l’apoptose chez les thymocytes DP de souris Erk3-/- et que cette déficience chez les thymocytes DP affecterait la sélection positive des cellules DP, réduisant ainsi le nombre de thymocytes CD4SP. Afin de vérifier la première hypothèse, nous avons regardé les niveaux d’apoptose grâce à la cytométrie en flux et par immunohistochimie. Dans les deux cas, nous étions incapables de détecter une différence du niveau d’apoptose chez les thymocytes DP entre les souris Erk3+/+ et Erk3-/-. Ensuite, nous nous sommes posés la question suivante : La demi-vie des thymocytes DP Erk3-/- était-elle plus courte que le type sauvage? La demi-vie des thymocytes DP a été mesurée à l’aide de l’étude des réarrangements secondaires de la chaine alpha du RCT par PCR semi-quantitatif et à l’aide de cultures de thymus fœtaux. En effet, ERK3 semble important pour prolonger la demi-vie des thymocytes DP. Ensuite, nous avons utilisé des marqueurs cellulaires différentiels (CD69, CD5 et RCT) pour regarder si les thymocytes DP sont capables de passer la sélection positive. En effet, il y a moins de thymocytes DP Erk3-/- qui sont CD69fort, CD5fort et RCTfort. Finalement, nous voulons savoir si les fonctions de ERK3 passent par MK5, son seul partenaire d’interaction connu à ce jour. Après la caractérisation du thymus de la souris Mk5-/-, nous observons que seulement la réduction du nombre de thymocytes CD4SP est identique à celle des thymocytes CD4SP de la souris Erk3-/-. En conclusion, ces résultats révèlent des fonctions importantes pour la molécule ERK3 lors du processus de sélection positive, le maintient de la demi-vie des thymocytes DP et lors de la régulation de développement thymique de manière MK5-dépendante et -indépendante.

Abdominal aortic aneurysm follow-up after endovascular repair in a canine model with non-invasive vascular elastography

Le traitement chirurgical des anévrismes de l'aorte abdominale est de plus en plus remplacé par la réparation endovasculaire de l’anévrisme (« endovascular aneurysm repair », EVAR) en utilisant des endoprothèses (« stent-grafts », SGs). Cependant, l'efficacité de cette approche moins invasive est compromise par l'incidence de l'écoulement persistant dans l'anévrisme, appelé endofuites menant à une rupture d'anévrisme si elle n'est pas détectée. Par conséquent, une surveillance de longue durée par tomodensitométrie sur une base annuelle est nécessaire ce qui augmente le coût de la procédure EVAR, exposant le patient à un rayonnement ionisants et un agent de contraste néphrotoxique. Le mécanisme de rupture d'anévrisme secondaire à l'endofuite est lié à une pression du sac de l'anévrisme proche de la pression systémique. Il existe une relation entre la contraction ou l'expansion du sac et la pressurisation du sac. La pressurisation résiduelle de l'anévrisme aortique abdominale va induire une pulsation et une circulation sanguine à l'intérieur du sac empêchant ainsi la thrombose du sac et la guérison de l'anévrisme. L'élastographie vasculaire non-invasive (« non-invasive vascular elastography », NIVE) utilisant le « Lagrangian Speckle Model Estimator » (LSME) peut devenir une technique d'imagerie complémentaire pour le suivi des anévrismes après réparation endovasculaire. NIVE a la capacité de fournir des informations importantes sur l'organisation d'un thrombus dans le sac de l'anévrisme et sur la détection des endofuites. La caractérisation de l'organisation d'un thrombus n'a pas été possible dans une étude NIVE précédente. Une limitation de cette étude était l'absence d'examen tomodensitométrique comme étalon-or pour le diagnostic d'endofuites. Nous avons cherché à appliquer et optimiser la technique NIVE pour le suivi des anévrismes de l'aorte abdominale (AAA) après EVAR avec endoprothèse dans un modèle canin dans le but de détecter et caractériser les endofuites et l'organisation du thrombus. Des SGs ont été implantés dans un groupe de 18 chiens avec un anévrisme créé dans l'aorte abdominale. Des endofuites de type I ont été créés dans 4 anévrismes, de type II dans 13 anévrismes tandis qu’un anévrisme n’avait aucune endofuite. L'échographie Doppler (« Doppler ultrasound », DUS) et les examens NIVE ont été réalisés avant puis à 1 semaine, 1 mois, 3 mois et 6 mois après l’EVAR. Une angiographie, une tomodensitométrie et des coupes macroscopiques ont été réalisées au moment du sacrifice. Les valeurs de contrainte ont été calculées en utilisant l`algorithme LSME. Les régions d'endofuite, de thrombus frais (non organisé) et de thrombus solide (organisé) ont été identifiées et segmentées en comparant les résultats de la tomodensitométrie et de l’étude macroscopique. Les valeurs de contrainte dans les zones avec endofuite, thrombus frais et organisé ont été comparées. Les valeurs de contrainte étaient significativement différentes entre les zones d'endofuites, les zones de thrombus frais ou organisé et entre les zones de thrombus frais et organisé. Toutes les endofuites ont été clairement caractérisées par les examens d'élastographie. Aucune corrélation n'a été trouvée entre les valeurs de contrainte et le type d'endofuite, la pression de sac, la taille des endofuites et la taille de l'anévrisme.

Exploiting non-Markovianity for quantum control

Quantum technology, exploiting entanglement and the wave nature of matter, relies on the ability to accurately control quantum systems. Quantum control is often compromised by the interaction of the system with its environment since this causes loss of amplitude and phase. However, when the dynamics of the open quantum system is non-Markovian, amplitude and phase flow not only from the system into the environment but also back. Interaction with the environment is then not necessarily detrimental. We show that the back-flow of amplitude and phase can be exploited to carry out quantum control tasks that could not be realized if the system was isolated. The control is facilitated by a few strongly coupled, sufficiently isolated environmental modes. Our paradigmatic example considers a weakly anharmonic ladder with resonant amplitude control only, restricting realizable operations to SO(N). The coupling to the environment, when harnessed with optimization techniques, allows for full SU(N) controllability.

The influence of viscous and latent heating on crystal-rich magma flow in a conduit

The flow dynamics of crystal-rich high-viscosity magma is likely to be strongly influenced by viscous and latent heat release. Viscous heating is observed to play an important role in the dynamics of fluids with temperature-dependent viscosities. The growth of microlite crystals and the accompanying release of latent heat should play a similar role in raising fluid temperatures. Earlier models of viscous heating in magmas have shown the potential for unstable (thermal runaway) flow as described by a Gruntfest number, using an Arrhenius temperature dependence for the viscosity, but have not considered crystal growth or latent heating. We present a theoretical model for magma flow in an axisymmetric conduit and consider both heating effects using Finite Element Method techniques. We consider a constant mass flux in a 1-D infinitesimal conduit segment with isothermal and adiabatic boundary conditions and Newtonian and non-Newtonian magma flow properties. We find that the growth of crystals acts to stabilize the flow field and make the magma less likely to experience a thermal runaway. The additional heating influences crystal growth and can counteract supercooling from degassing-induced crystallization and drive the residual melt composition back towards the liquidus temperature. We illustrate the models with results generated using parameters appropriate for the andesite lava dome-forming eruption at Soufriere Hills Volcano, Montserrat. These results emphasize the radial variability of the magma. Both viscous and latent heating effects are shown to be capable of playing a significant role in the eruption dynamics of Soufriere Hills Volcano. Latent heating is a factor in the top two kilometres of the conduit and may be responsible for relatively short-term (days) transients. Viscous heating is less restricted spatially, but because thermal runaway requires periods of hundreds of days to be achieved, the process is likely to be interrupted. Our models show that thermal evolution of the conduit walls could lead to an increase in the effective diameter of flow and an increase in flux at constant magma pressure.

The response of a uniform horizontal temperature gradient to heating

The response of a uniform horizontal temperature gradient to prescribed fixed heating is calculated in the context of an extended version of surface quasigeostrophic dynamics. It is found that for zero mean surface flow and weak cross-gradient structure the prescribed heating induces a mean temperature anomaly proportional to the spatial Hilbert transform of the heating. The interior potential vorticity generated by the heating enhances this surface response. The time-varying part is independent of the heating and satisfies the usual linearized surface quasigeostrophic dynamics. It is shown that the surface temperature tendency is a spatial Hilbert transform of the temperature anomaly itself. It then follows that the temperature anomaly is periodically modulated with a frequency proportional to the vertical wind shear. A strong local bound on wave energy is also found. Reanalysis diagnostics are presented that indicate consistency with key findings from this theory.

A calibrated, non-invasive method for measuring the internal interface height field at high resolution in the rotating, two-layer annulus

We describe a remote sensing method for measuring the internal interface height field in a rotating, two-layer annulus laboratory experiment. The method is non-invasive, avoiding the possibility of an interaction between the flow and the measurement device. The height fields retrieved are accurate and highly resolved in both space and time. The technique is based on a flow visualization method developed by previous workers, and relies upon the optical rotation properties of the working liquids. The previous methods returned only qualitative interface maps, however. In the present study, a technique is developed for deriving quantitative maps by calibrating height against the colour fields registered by a camera which views the flow from above. We use a layer-wise torque balance analysis to determine the equilibrium interface height field analytically, in order to derive the calibration curves. With the current system, viewing an annulus of outer radius 125 mm and depth 250 mm from a distance of 2 m, the inferred height fields have horizontal, vertical and temporal resolutions of up to 0.2 mm, 1 mm and 0.04 s, respectively.

Vertical current flow through extensive layer clouds

The global atmospheric electrical circuit sustains a vertical current density between the ionosphere and the Earth's surface, the existence of which is well-established from measurements made in fair-weather conditions. In overcast, but non-thunderstorm, non-precipitating conditions, the current travels through the cloud present, despite cloud layers having low electrical conductivity. For extensive layer clouds, this leads to space charge at the upper and lower cloud boundaries. Using a combination of atmospheric electricity and solar radiation measurements at three UK sites, vertical current measurements have been categorised into clear, broken, and overcast cloud conditions. This approach shows that the vertical “fair weather” current is maintained despite the presence of cloud. In fully overcast conditions with thick cloud, the vertical current is reduced compared to thin cloud overcast conditions, associated with the cloud's resistance contributions. Contribution of cloud to the columnar resistance depends both on cloud thickness, and the cloud's height.