Fractional Dynamics in Forest Fires

Every year forest fires consume large areas, being a major concern in many countries like Australia, United States and Mediterranean Basin European Countries (e.g., Portugal, Spain, Italy and Greece). Understanding patterns of such events, in terms of size and spatiotemporal distributions, may help to take measures beforehand in view of possible hazards and decide strategies of fire prevention, detection and suppression. Traditional statistical tools have been used to study forest fires. Nevertheless, those tools might not be able to capture the main features of fires complex dynamics and to model fire behaviour [1]. Forest fires size-frequency distributions unveil long range correlations and long memory characteristics, which are typical of fractional order systems [2]. Those complex correlations are characterized by self-similarity and absence of characteristic length-scale, meaning that forest fires exhibit power-law (PL) behaviour. Forest fires have also been proved to exhibit time-clustering phenomena, with timescales of the order of few days [3]. In this paper, we study forest fires in the perspective of dynamical systems and fractional calculus (FC). Public domain forest fires catalogues, containing data of events occurred in Portugal, in the period 1980 up to 2011, are considered. The data is analysed in an annual basis, modelling the occurrences as sequences of Dirac impulses. The frequency spectra of such signals are determined using Fourier transforms, and approximated through PL trendlines. The PL parameters are then used to unveil the fractional-order dynamics characteristics of the data. To complement the analysis, correlation indices are used to compare and find possible relationships among the data. It is shown that the used approach can be useful to expose hidden patterns not captured by traditional tools.

Amiloidose. Caracterização Epidemiológica, Clínica e Morfológica

Introdução: A amiloidose é uma doença sistémica, cujo diagnóstico cabe frequentemente ao nefrologista. O tipo de amiloidose varia de acordo com o grau de desenvolvimento do país, com maior prevalência de amiloidose AL nos países ricos. Material e métodos: Revisão retrospectiva de todas as biopsias de rim nativo avaliadas no serviço entre 1981 e 2008. Caracterização clínica dos doentes à data da biópsia. Avaliação morfológica qualitativa do tipo de substância amiloíde por imunofluorescência e imunoperoxidase. Avaliação semi-quantitativa do grau de depósitos de acordo com a sua localização; grau de glomeruloesclerose e fibrose tubulo -interstical. Resultados: Neste período de 28 anos, observámos 202 biópsias positivas para substância amiloíde (3,5% de 5797) num total de 197 doentes (54,4% homens vs 45,5 mulheres), com idade mediana de 59,5 ± 15,6 anos. A maioria (68%) dos doentes foi biopsada por síndrome nefrótico. A insuficiência renal e as alterações assintomáticas urinárias foram os outros principais motivos de biopsia em 15 % e 7% dos casos, respectivamente. Os doentes na altura da biopsia apresentavam proteinúria mediana de 5 g/dia ± 5,4 (n=144) e creatinina mediana de 1,3 ± 1,7 mg/dl (n=150). As amiloidoses foram classificadas como AA em 51% dos casos, AL em 31,6% (25,5% lambda e 5,9% kappa) e Polineuropatia Amiloidótica Familiar em 3,5%. Não foi possível a caracterização do tipo de amilóide, por dificuldade técnica, em 12,8% das biópsias. A amiloidose revelou-se a terceira causa de síndrome nefrótico nos doentes com mais de 65 anos. Os doentes com amiloidose primária são significativamente mais velhos do que aqueles com amiloidose secundária ou PAF (65,2 vs 53,7 vs 52,7 respectivamente, p <0,05).Verificámos uma diminuição da incidência das amiloidoses AA com aumento das AL, com inversão do predomínio das AA em relação as AL a partir de 1995. Em termos morfológicos, a maioria das biópsias caracteriza-se por deposição marcada de amilóide no glomérulo (30% com +++) e nos vasos (40% com +++), com escassa deposição a nível intersticial cortical (60% sem depósitos) e medular (50% sem depósitos). Estudámos as possíveis relações entre manifestações clínicas e morfologia renal. Verificámos uma correlação positiva entre creatinina e grau de fibrose e/ou grau de deposição intersticial. Não encontrámos relação entre proteinúria e grau/local de deposição de amilóide. Conclusões: Actualmente, em Portugal, predomina a amiloidose AL, que surge em doentes mais idosos e se manifesta mais frequentemente por sindrome nefrótico. A função renal a data da biópsia correlaciona-se com o grau de fibrose tubulo-interstical renal.

Generalized convolution

The paper revisits the convolution operator and addresses its generalization in the perspective of fractional calculus. Two examples demonstrate the feasibility of the concept using analytical expressions and the inverse Fourier transform, for real and complex orders. Two approximate calculation schemes in the time domain are also tested.

Matrix fractional systems

This paper addresses the matrix representation of dynamical systems in the perspective of fractional calculus. Fractional elements and fractional systems are interpreted under the light of the classical Cole–Cole, Davidson–Cole, and Havriliak–Negami heuristic models. Numerical simulations for an electrical circuit enlighten the results for matrix based models and high fractional orders. The conclusions clarify the distinction between fractional elements and fractional systems.

Fractional State Space Analysis of Temperature Time Series

Atmospheric temperatures characterize Earth as a slow dynamics spatiotemporal system, revealing long-memory and complex behavior. Temperature time series of 54 worldwide geographic locations are considered as representative of the Earth weather dynamics. These data are then interpreted as the time evolution of a set of state space variables describing a complex system. The data are analyzed by means of multidimensional scaling (MDS), and the fractional state space portrait (fSSP). A centennial perspective covering the period from 1910 to 2012 allows MDS to identify similarities among different Earth’s locations. The multivariate mutual information is proposed to determine the “optimal” order of the time derivative for the fSSP representation. The fSSP emerges as a valuable alternative for visualizing system dynamics.

Visualizing control systems performance: A fractional perspective

This article presents a novel method for visualizing the control systems behavior. The proposed scheme uses the tools of fractional calculus and computes the signals propagating within the system structure as a time/frequency-space wave. Linear and nonlinear closed-loop control systems are analyzed, for both the time and frequency responses, under the action of a reference step input signal. Several nonlinearities, namely, Coulomb friction and backlash, are also tested. The numerical experiments demonstrate the feasibility of the proposed methodology as a visualization tool and motivate its extension for other systems and classes of nonlinearities.

Aplicação das FPAA na realização de sistemas de ordem fraccionária

Esta tese de dissertação tem como principal objetivo a implementação de controladores fracionários utilizando diapositivos analógicos FPAA (Field Programable Analog Array). Embora estes dispositivos já não sejam um tecnologia recente, não tiveram grande aceitação comercial, daí não ter sido grande a sua evolução nesta última década. Mas para a elaboração de alguns circuitos analógicos, nomeadamente filtros, amplificadores e mesmo controladores PID (Proporcional-Integrativo-Derivativo) analógicos torna-se numa ferramenta que pode facilitar o projeto e implementação. Para a realização deste estudo, utilizou-se a placa de desenvolvimento da Anadigm AN231K04-DVLP3 juntamente com o software disponibilizado pela mesma empresa, o AnadigmDesigner2. Para a simulação e observação dos resultados foi utilizada a DAQ (Data Acquisition) Hilink da Zelton juntamente com o software Matlab. De forma a testar a implementação dos controladores fracionários nas FPAA foram realizados alguns circuitos no software e enviados para a FPAA comparando os resultados obtidos na simulação com os visualizados no osciloscópio. Por último foi projetado um controlador PIlDm recorrendo aos métodos de aproximação inteira descritos neste documento implementados na FPAA recorrendo ao uso de filtros de primeira e segunda ordem.

A qualitive reasoning approach for improving query results for sketch based queries by topological analysis of spatial aggregation

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

Framework development for providing accessibility to qualitative spatial calculi

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

Projeto de estabilidade de internato masculino

O presente documento corresponde à realização de um projeto de estruturas em betão armado e estrutura metálica. A escolha deste tema teve como propósito aplicar os conhecimentos adquiridos ao longo do percurso académico, sobretudo em disciplinas do ramo de estruturas. O trabalho desenvolvido é um Projeto de Estabilidade de Betão Armado e Estrutura Metálica de um Internato Masculino para Padres em Onameva, Cunene – Angola. A elaboração deste projeto decorre da realização de um estágio formal de 8 meses na empresa CALCULUS, Miguel Barros – Engenharia, LDA, com o objetivo principal de reunir os requisitos necessários à admissão na Ordem dos Engenheiros. No contexto laboral de um gabinete de projetos de engenharia civil, foi feita a integração de forma gradual e sustentada das competências adquiridas ao longo da formação académica e vivenciadas situações reais de trabalho profissional. De entre as atividades desenvolvidas no estágio, foi escolhido o projeto de estabilidade acima referido pela oportunidade de realizar todas as etapas do seu desenvolvimento, desde a análise da arquitetura até à elaboração das peças escritas e desenhadas, dando assim resposta às exigências necessárias para a conclusão do Mestrado em Engenharia Civil, no ramo de Estruturas, pelo Instituto Superior de Engenharia do Porto.

Periplasmic nitrate reductase revisited: a sulfur atom completes the sixth coordination of the catalytic molybdenum

J Biol Inorg Chem. 2008 Jun;13(5):737-53. doi: 10.1007/s00775-008-0359-6

Formation of a stable cyano-bridged dinuclear iron cluster following oxidation of the superoxide reductases from Treponema pallidum and Desulfovibrio vulgaris with K(3)Fe(CN)(6)

Inorg. Chem., 2003, 42 (4), pp 938–940 DOI: 10.1021/ic0262886

Catastrophic health care expenditures in Portugal between 2000-2010: Assessing impoverishment, determinants and policy implications

A Work Project, presented as part of the requirements for the Award of a Masters Degree in Economics from the NOVA – School of Business and Economics

Extração de DNA a partir de sangue humano coagulado para aplicação nas técnicas de genotipagem de antígenos leucocitários humanos e de receptores semelhantes à imunoglobulina

O objetivo deste estudo foi padronizar uma metodologia de extração de DNA de alta qualidade a partir de amostras de sangue coagulado. Quarenta e oito amostras de sangue humano coagulado foram utilizadas para a extração de DNA pelo kit comercial EZ-DNA® (Biological Industries, Beit Haemek, Israel), pelo kit de coluna Neoscience® (One Lambda Inc., San Diego, CA) e pelo método modificado de salting out. Apenas o método de salting out foi capaz de extrair altas concentrações de DNA (média, 180ng/µL), as quais foram medidas pelo detector de fluorescência Qubit® (Invitrogen, USA). Este método permitiu a amplificação dos genes HLA (human leukocyte antigens) pela tecnologia PCR-SSO (polymerase chain reaction - specific sequence of oligonucleotides) Luminex, a qual exige DNA de boa qualidade, e de genes KIR (killer cell immunoglobulin-like receptors) pela técnica made in house PCR-SSP (polymerase chain reaction-sequence specific of primers), a qual demanda uma concentração específica de DNA (10ng/µL). Concluímos que a técnica de salting out modificada foi muito eficiente, simples e rápida para a extração de DNA de amostras de sangue humano coagulado, com o objetivo de realizar a genotipagem de genes HLA e KIR.

Glomerulonephritis in schistosomiasis mansoni: a time to reappraise

INTRODUCTION: The current prevalence of glomerulonephritis in patients with hepatosplenic schistosomiasis mansoni in Brazil was evaluated. METHODS: Sixty three patients (mean age 45.5±11 years) attending the outpatient infectious disease clinic of a University Hospital in Belo Horizonte, Brazil, from 2007 to 2009, were consecutively examined and enrolled in the present investigation. Diagnosis of hepatosplenic schistosomiasis was based on epidemiological, clinical and parasitological data and imaging techniques. Eight patients, who presented >30mg/day albuminuria, were submitted to percutaneous ultrasound guided renal biopsy. Kidney tissue fragments were examined under light, direct immunofluorescence and electron microscopy. RESULTS: All patients showed mesangial enlargement. In five, mesangial hypercellularity was observed and four presented duplication of the glomerular basement membrane. Areas of glomerular sclerosis were diagnosed in four. Deposits of immunoglobulin M and C3 were present in six samples; deposits of IgG in four, IgA in three and C1q in two samples. In all patients, immunoglobulin A was reported in the lumen of renal tubules. Deposits of kappa and lambda were observed in six samples. Electron microscopy revealed dense deposits in the glomerular tissue of three patients. Arterial hypertension, small esophageal varices, slight increases in serum creatinine and decreases in serum albumin were associated with glomerular disease. CONCLUSIONS: Renal disease associated with hepatosplenic schistosomiasis was verified in 12.7% of patients and type I membranoproliferative glomerulonephritis was observed in 50% of them. Schistosomal glomerulopathy still is an important problem in patients with hepatosplenic schistosomiasis in Brazil.