Neolithic transitions: can genetic data help us understand a major demographic event in human prehistory?

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biology

Spatio-temporal analyses of the relationship between armed conflict and climate change in the eastern Africa

Dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Master of Science in Geospatial Technologies.

Analysis and simulation of social unrest in Europe: towards understanding social unrest in Europe

Dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Master of Science in Geospatial Technologies

Sources of Competitiveness in Tourist Local Systems

At the end of the XIX Century, Marshall described the existence of some concentrations of small and medium enterprises specialised in a specific production activity in certain districts of some industrial English cities. Starting from his contribute, Italian scholars have paid particular attention to this local system of production coined by Marshall under the term industrial district. In other countries, different but related territorial models have played a central role as the milieu or the geographical industrial clusters. Recently, these models have been extended to non-industrial fields like culture, rural activities and tourism. In this text, we explore the extension of these territorial models to the study of tourist activities in Italy, using a framework that can be easily applied to other countries or regions. The paper is divided in five sections. In the first one, we propose a review of the territorial models applied to tourism industry. In the second part, we construct a tourist filiere and we apply a methodology for the identification of local systems through GIS tools. Thus, taxonomy of the Italian Tourist Local Systems is presented. In the third part, we discuss about the sources of competitiveness of these Tourist Local Systems. In the forth section, we test a spatial econometrics model regarding different kinds of Italian Tourist Local Systems (rural systems, arts cities, tourist districts) in order to measure external economies and territorial networks. Finally, conclusions and policy implications are exposed.

Analysing the impact of public capital stock using the NEG wage equation: a panel data approach

This paper examines the relationship between the level of public infrastructure and the level of productivity using panel data for the Spanish provinces over the period 1984-2004, a period which is particularly relevant due to the substantial changes occurring in the Spanish economy at that time. The underlying model used for the data analysis is based on the wage equation, which is one of a handful of simultaneous equations which when satisfied correspond to the short-run equilibrium of New Economic Geography theory. This is estimated using a spatial panel model with fixed time and province effects, so that unmodelled space and time constant sources of heterogeneity are eliminated. The model assumes that productivity depends on the level of educational attainment and the public capital stock endowment of each province. The results show that although changes in productivity are positively associated with changes in public investment within the same province, there is a negative relationship between productivity changes and changes in public investment in other regions.

Modelling tree population dynamics at the alpine and boreal tree-line ecotones in response to climate and land-use change

Summary Ecotones are sensitive to change because they contain high numbers of species living at the margin of their environmental tolerance. This is equally true of tree-lines, which are determined by attitudinal or latitudinal temperature gradients. In the current context of climate change, they are expected to undergo modifications in position, tree biomass and possibly species composition. Attitudinal and latitudinal tree-lines differ mainly in the steepness of the underlying temperature gradient: distances are larger at latitudinal tree-lines, which could have an impact on the ability of tree species to migrate in response to climate change. Aside from temperature, tree-lines are also affected on a more local level by pressure from human activities. These are also changing as a consequence of modifications in our societies and may interact with the effects of climate change. Forest dynamics models are often used for climate change simulations because of their mechanistic processes. The spatially-explicit model TreeMig was used as a base to develop a model specifically tuned for the northern European and Alpine tree-line ecotones. For the latter, a module for land-use change processes was also added. The temperature response parameters for the species in the model were first calibrated by means of tree-ring data from various species and sites at both tree-lines. This improved the growth response function in the model, but also lead to the conclusion that regeneration is probably more important than growth for controlling tree-line position and species' distributions. The second step was to implement the module for abandonment of agricultural land in the Alps, based on an existing spatial statistical model. The sensitivity of its most important variables was tested and the model's performance compared to other modelling approaches. The probability that agricultural land would be abandoned was strongly influenced by the distance from the nearest forest and the slope, bath of which are proxies for cultivation costs. When applied to a case study area, the resulting model, named TreeMig-LAb, gave the most realistic results. These were consistent with observed consequences of land-abandonment such as the expansion of the existing forest and closing up of gaps. This new model was then applied in two case study areas, one in the Swiss Alps and one in Finnish Lapland, under a variety of climate change scenarios. These were based on forecasts of temperature change over the next century by the IPCC and the HadCM3 climate model (ΔT: +1.3, +3.5 and +5.6 °C) and included a post-change stabilisation period of 300 years. The results showed radical disruptions at both tree-lines. With the most conservative climate change scenario, species' distributions simply shifted, but it took several centuries reach a new equilibrium. With the more extreme scenarios, some species disappeared from our study areas (e.g. Pinus cembra in the Alps) or dwindled to very low numbers, as they ran out of land into which they could migrate. The most striking result was the lag in the response of most species, independently from the climate change scenario or tree-line type considered. Finally, a statistical model of the effect of reindeer (Rangifer tarandus) browsing on the growth of Pinus sylvestris was developed, as a first step towards implementing human impacts at the boreal tree-line. The expected effect was an indirect one, as reindeer deplete the ground lichen cover, thought to protect the trees against adverse climate conditions. The model showed a small but significant effect of browsing, but as the link with the underlying climate variables was unclear and the model was not spatial, it was not usable as such. Developing the TreeMig-LAb model allowed to: a) establish a method for deriving species' parameters for the growth equation from tree-rings, b) highlight the importance of regeneration in determining tree-line position and species' distributions and c) improve the integration of social sciences into landscape modelling. Applying the model at the Alpine and northern European tree-lines under different climate change scenarios showed that with most forecasted levels of temperature increase, tree-lines would suffer major disruptions, with shifts in distributions and potential extinction of some tree-line species. However, these responses showed strong lags, so these effects would not become apparent before decades and could take centuries to stabilise. Résumé Les écotones son sensibles au changement en raison du nombre élevé d'espèces qui y vivent à la limite de leur tolérance environnementale. Ceci s'applique également aux limites des arbres définies par les gradients de température altitudinaux et latitudinaux. Dans le contexte actuel de changement climatique, on s'attend à ce qu'elles subissent des modifications de leur position, de la biomasse des arbres et éventuellement des essences qui les composent. Les limites altitudinales et latitudinales diffèrent essentiellement au niveau de la pente des gradients de température qui les sous-tendent les distance sont plus grandes pour les limites latitudinales, ce qui pourrait avoir un impact sur la capacité des espèces à migrer en réponse au changement climatique. En sus de la température, la limite des arbres est aussi influencée à un niveau plus local par les pressions dues aux activités humaines. Celles-ci sont aussi en mutation suite aux changements dans nos sociétés et peuvent interagir avec les effets du changement climatique. Les modèles de dynamique forestière sont souvent utilisés pour simuler les effets du changement climatique, car ils sont basés sur la modélisation de processus. Le modèle spatialement explicite TreeMig a été utilisé comme base pour développer un modèle spécialement adapté pour la limite des arbres en Europe du Nord et dans les Alpes. Pour cette dernière, un module servant à simuler des changements d'utilisation du sol a également été ajouté. Tout d'abord, les paramètres de la courbe de réponse à la température pour les espèces inclues dans le modèle ont été calibrées au moyen de données dendrochronologiques pour diverses espèces et divers sites des deux écotones. Ceci a permis d'améliorer la courbe de croissance du modèle, mais a également permis de conclure que la régénération est probablement plus déterminante que la croissance en ce qui concerne la position de la limite des arbres et la distribution des espèces. La seconde étape consistait à implémenter le module d'abandon du terrain agricole dans les Alpes, basé sur un modèle statistique spatial existant. La sensibilité des variables les plus importantes du modèle a été testée et la performance de ce dernier comparée à d'autres approches de modélisation. La probabilité qu'un terrain soit abandonné était fortement influencée par la distance à la forêt la plus proche et par la pente, qui sont tous deux des substituts pour les coûts liés à la mise en culture. Lors de l'application en situation réelle, le nouveau modèle, baptisé TreeMig-LAb, a donné les résultats les plus réalistes. Ceux-ci étaient comparables aux conséquences déjà observées de l'abandon de terrains agricoles, telles que l'expansion des forêts existantes et la fermeture des clairières. Ce nouveau modèle a ensuite été mis en application dans deux zones d'étude, l'une dans les Alpes suisses et l'autre en Laponie finlandaise, avec divers scénarios de changement climatique. Ces derniers étaient basés sur les prévisions de changement de température pour le siècle prochain établies par l'IPCC et le modèle climatique HadCM3 (ΔT: +1.3, +3.5 et +5.6 °C) et comprenaient une période de stabilisation post-changement climatique de 300 ans. Les résultats ont montré des perturbations majeures dans les deux types de limites de arbres. Avec le scénario de changement climatique le moins extrême, les distributions respectives des espèces ont subi un simple glissement, mais il a fallu plusieurs siècles pour qu'elles atteignent un nouvel équilibre. Avec les autres scénarios, certaines espèces ont disparu de la zone d'étude (p. ex. Pinus cembra dans les Alpes) ou ont vu leur population diminuer parce qu'il n'y avait plus assez de terrains disponibles dans lesquels elles puissent migrer. Le résultat le plus frappant a été le temps de latence dans la réponse de la plupart des espèces, indépendamment du scénario de changement climatique utilisé ou du type de limite des arbres. Finalement, un modèle statistique de l'effet de l'abroutissement par les rennes (Rangifer tarandus) sur la croissance de Pinus sylvestris a été développé, comme première étape en vue de l'implémentation des impacts humains sur la limite boréale des arbres. L'effet attendu était indirect, puisque les rennes réduisent la couverture de lichen sur le sol, dont on attend un effet protecteur contre les rigueurs climatiques. Le modèle a mis en évidence un effet modeste mais significatif, mais étant donné que le lien avec les variables climatiques sous jacentes était peu clair et que le modèle n'était pas appliqué dans l'espace, il n'était pas utilisable tel quel. Le développement du modèle TreeMig-LAb a permis : a) d'établir une méthode pour déduire les paramètres spécifiques de l'équation de croissance ä partir de données dendrochronologiques, b) de mettre en évidence l'importance de la régénération dans la position de la limite des arbres et la distribution des espèces et c) d'améliorer l'intégration des sciences sociales dans les modèles de paysage. L'application du modèle aux limites alpines et nord-européennes des arbres sous différents scénarios de changement climatique a montré qu'avec la plupart des niveaux d'augmentation de température prévus, la limite des arbres subirait des perturbations majeures, avec des glissements d'aires de répartition et l'extinction potentielle de certaines espèces. Cependant, ces réponses ont montré des temps de latence importants, si bien que ces effets ne seraient pas visibles avant des décennies et pourraient mettre plusieurs siècles à se stabiliser.

Interacting populations in heterogeneous environments

To optimally manage a metapopulation, managers and conservation biologists can favor a type of habitat spatial distribution (e.g. aggregated or random). However, the spatial distribution that provides the highest habitat occupancy remains ambiguous and numerous contradictory results exist. Habitat occupancy depends on the balance between local extinction and colonization. Thus, the issue becomes even more puzzling when various forms of relationships - positive or negative co-variation - between local extinction and colonization rate within habitat types exist. Using an analytical model we demonstrate first that the habitat occupancy of a metapopulation is significantly affected by the presence of habitat types that display different extinction-colonization dynamics, considering: (i) variation in extinction or colonization rate and (ii) positive and negative co-variation between the two processes within habitat types. We consequently examine, with a spatially explicit stochastic simulation model, how different degrees of habitat aggregation affect occupancy predictions under similar scenarios. An aggregated distribution of habitat types provides the highest habitat occupancy when local extinction risk is spatially heterogeneous and high in some places, while a random distribution of habitat provides the highest habitat occupancy when colonization rates are high. Because spatial variability in local extinction rates always favors aggregation of habitats, we only need to know about spatial variability in colonization rates to determine whether aggregating habitat types increases, or not, metapopulation occupancy. From a comparison of the results obtained with the analytical and with the spatial-explicit stochastic simulation model we determine the conditions under which a simple metapopulation model closely matches the results of a more complex spatial simulation model with explicit heterogeneity.

Research networks and inventors’ mobility as drivers of innovation evidence from Europe

We investigate the importance of the labour mobility of inventors, as well as the scale, extent and density of their collaborative research networks, for regional innovation outcomes. To do so, we apply a knowledge production function framework at the regional level and include inventors’ networks and their labour mobility as regressors. Our empirical approach takes full account of spatial interactions by estimating a spatial lag model together, where necessary, with a spatial error model. In addition, standard errors are calculated using spatial heteroskedasticity and autocorrelation consistent estimators to ensure their robustness in the presence of spatial error autocorrelation and heteroskedasticity of unknown form. Our results point to the existence of a robust positive correlation between intraregional labour mobility and regional innovation, whilst the relationship with networks is less clear. However, networking across regions positively correlates with a region’s innovation intensity.

Effect of wave frequency on the nonlinear interaction between Görtler vortices and three-dimensional Tollmien-Schlichting waves

The nonlinear interaction between Görtler vortices (GV) and three-dimensional Tollmien-Schlichting (TS) waves nonlinear interaction is studied with a spatial, nonparallel model based on the Parabolized Stability Equations (PSE). In this investigation the effect of TS wave frequency on the nonlinear interaction is studied. As verified in previous investigations using the same numerical model, the relative amplitudes and growth rates are the dominant parameters in GV/TS wave interaction. In this sense, the wave frequency influence is important in defining the streamwise distance traveled by the disturbances in the unstable region of the stability diagram and in defining the amplification rates that they go through.

Essais sur des questions internationales en économie des ressources naturelles

Cette thèse s'articule autour de trois essais portant sur des questions internationales en économie des ressources naturelles. Le premier essai examine la production et l'échange des ressources non-renouvelables dans un modèle spatial et souligne le rôle de la superficie des pays et du coût des transports dans la détermination du sens de l'échange. Le deuxième essai considère le tarif d'extraction de la rente de rareté liée aux ressources naturelles non-renouvelables avec le modèle spatial développé dans premier essai. Le cadre spatial (plus général) permet de représenter des pays qui sont à la fois importateurs et producteurs de la ressource, ce qui n'est pas possible dans les modèles traditionnels de commerce international où les pays sont traités comme des points (sans dimension). Le troisième essai aborde la question des droits de propriétés sur les zones maritimes et examine l'allocation d'une population de pêcheurs entre les activités productives et non-productives dans une communauté côtière. Le premier chapitre propose un modèle spatial de commerce international des ressources non-renouvelables. Le cadre spatial considère explicitement la différence de taille géographique (superficie) entre les pays et permet ainsi de tenir compte du fait que les gisements naturels et leurs utilisateurs soient dispersés dans l'espace, même à l'intérieur d'un pays. En utilisant un modèle spatial à la Hotelling, nous examinons l'évolution dans le temps du sens de l'échange entre deux pays (ou régions) qui diffèrent du point de vue de leur technologie de production, de leur superficie et de leur dotation en gisement d'une ressource naturelle non-renouvelable. Le chapitre met en évidence le rôle de la taille géographique dans la détermination du sens de l'échange, à côté des explications traditionnelles que sont l'avantage comparatif et les dotations des facteurs. Notre analyse est fondamentalement différente des autres contributions dans la littérature sur le commerce international des ressources naturelles parce qu'elle souligne l'importance de la taille géographique et du coût de transport par rapport à d'autres facteurs dans la détermination des flux de ressource à l'équilibre. Le coût unitaire de transport joue un rôle capital pour déterminer si la différence de superficie entre les pays influence le sens de l'échange à l'équilibre plus que les autres facteurs. Le chapitre discute aussi du caractère régional des échanges qui a été observé pour certaines ressources telles que le minerai de fer et la bauxite. Le chapitre deux aborde la question de la répartition de la rente de rareté liée aux ressources naturelles non-renouvelables entre les pays producteurs et les pays consommateurs. Cette question a été abordée dans la littérature sous une hypothèse quelque peu restrictive. En effet, dans la plupart des travaux portant sur ce sujet le pays importateur est automatiquement considéré comme dépourvu de gisement et donc non producteur de la ressource. Pourtant la réalité est qu'il existe des ressources pour lesquelles un pays est à la fois producteur et importateur. Le cadre d'analyse de ce second essai est le modèle spatial développé dans le premier essai, qui permet justement qu'un pays puisse être à la fois importateur et producteur de la ressource. Le pays importateur détermine alors simultanément le tarif optimal et le taux d'extraction de son propre stock. Nous montrons que le tarif optimal croît au taux d'intérêt et de ce fait, ne crée aucune distorsion sur le sentier d'extraction de la ressource. Le tarif optimal permet de récupérer toute la rente lorsque le pays exportateur ne consomme pas la ressource. Néanmoins, la possibilité pour le pays exportateur de consommer une partie de son stock limite la capacité du pays importateur à récupérer la rente chez le pays exportateur. La présence de gisements de la ressource dans le pays importateur réduit la rente du pays exportateur et de ce fait renforce la capacité du pays importateur à récupérer la rente chez le pays exportateur. Le tarif initial est une fonction décroissante du stock de ressource dans le pays importateur. Cet essai aborde également la question de la cohérence dynamique du tarif obtenu avec la stratégie en boucle ouverte. Le troisième chapitre examine un problème d'allocation de l'effort entre les activités productives (par exemple la pêche) et les activités non productives (par exemple la piraterie maritime) dans une population de pêcheurs. La répartition de la population entre les activités de pêche et la piraterie est déterminée de façon endogène comme une conséquence du choix d'occupation. Nous établissons l'existence d'une multiplicité d'équilibres et mettons en évidence la possibilité d'une trappe de piraterie, c'est-à-dire un équilibre stable où une partie de la population est engagée dans les actes de piraterie. Le modèle permet d'expliquer l'augmentation significative des attaques de piraterie dans le Golfe d'Aden au cours des dernières années. Le chapitre discute aussi des différents mécanismes pour combattre la piraterie et souligne le rôle crucial des droits de propriété.

Study of baleen whales’ ecology and interaction with maritime traffic activities to support management of a complex socio-ecological system

Thesis written in co-mentorship with Robert Michaud.

Design of a Knowledge-Based Geographic Information System

A GIS has been designed with limited Functionalities; but with a novel approach in Aits design. The spatial data model adopted in the design of KBGIS is the unlinked vector model. Each map entity is encoded separately in vector fonn, without referencing any of its neighbouring entities. Spatial relations, in other words, are not encoded. This approach is adequate for routine analysis of geographic data represented on a planar map, and their display (Pages 105-106). Even though spatial relations are not encoded explicitly, they can be extracted through the specially designed queries. This work was undertaken as an experiment to study the feasibility of developing a GIS using a knowledge base in place of a relational database. The source of input spatial data was accurate sheet maps that were manually digitised. Each identifiable geographic primitive was represented as a distinct object, with its spatial properties and attributes defined. Composite spatial objects, made up of primitive objects, were formulated, based on production rules defining such compositions. The facts and rules were then organised into a production system, using OPS5

De lo micro a lo macro prudencial: Un análisis de la supervisión bancaria desde la econometría espacial

La crisis que se desató en el mercado hipotecario en Estados Unidos en 2008 y que logró propagarse a lo largo de todo sistema financiero, dejó en evidencia el nivel de interconexión que actualmente existe entre las entidades del sector y sus relaciones con el sector productivo, dejando en evidencia la necesidad de identificar y caracterizar el riesgo sistémico inherente al sistema, para que de esta forma las entidades reguladoras busquen una estabilidad tanto individual, como del sistema en general. El presente documento muestra, a través de un modelo que combina el poder informativo de las redes y su adecuación a un modelo espacial auto regresivo (tipo panel), la importancia de incorporar al enfoque micro-prudencial (propuesto en Basilea II), una variable que capture el efecto de estar conectado con otras entidades, realizando así un análisis macro-prudencial (propuesto en Basilea III).

Network externalities across financial institutions

We propose and estimate a financial distress model that explicitly accounts for the interactions or spill-over effects between financial institutions, through the use of a spatial continuity matrix that is build from financial network data of inter bank transactions. Such setup of the financial distress model allows for the empirical validation of the importance of network externalities in determining financial distress, in addition to institution specific and macroeconomic covariates. The relevance of such specification is that it incorporates simultaneously micro-prudential factors (Basel 2) as well as macro-prudential and systemic factors (Basel 3) as determinants of financial distress. Results indicate network externalities are an important determinant of financial health of a financial institutions. The parameter that measures the effect of network externalities is both economically and statistical significant and its inclusion as a risk factor reduces the importance of the firm specific variables such as the size or degree of leverage of the financial institution. In addition we analyze the policy implications of the network factor model for capital requirements and deposit insurance pricing.

Mercados laborales en entornos de conflictos armados: un análisis empírico para Colombia

Históricamente se ha reconocido que los conflictos internos afectan de manera directa variables a nivel individual como la salud de las personas, los niveles de escolaridad y el desplazamiento forzoso de los afectados. Sin embargo, solo hasta la última década las investigaciones académicas se han inclinado en documentar y cuantificar rigurosamente los efectos colaterales de la violencia sobre las condiciones de vida de los individuos. La presente investigación estudia cómo la exposición al conflicto en Colombia ha afectado las decisiones en términos de mercado laboral de las personas. La estrategia de identificación internaliza los reconocidos problemas de endogeneidad del conflicto con variables de actividad y desarrollo económico y presenta resultados robustos a fenómenos de migración interna y desplazamiento. En términos de participación laboral y desempleo, se encuentran efectos heterogéneos a nivel de género como respuestas a la violencia experimentada. En particular, la probabilidad de participación laboral de las mujeres se incremente como consecuencia de la exposición al conflicto, mientras que la de desempleo disminuye. Para los hombres, los resultados muestran una menor probabilidad de participación, efecto contrario al de las mujeres, y un efecto análogo en términos de desempleo. La investigación no encuentra efectos diferenciales en términos de informalidad laboral.