Physical Characterisation of Fast-Rotating Near-Earth Asteroids

We present VLT+VISIR mid-IR observations of fast-rotating near-Earth asteroids. Diameters and albedos are determined with thermal models. These NEAs may have unusual surface properties, e.g. from regolith transport/stripping due to the YORP effect.

Late Holocene sea-level fall and turn-off of reef flat carbonate production: Rethinking bucket fill and coral reef growth models

Relative sea-level rise has been a major factor driving the evolution of reef systems during the Holocene. Most models of reef evolution suggest that reefs preferentially grow vertically during rising sea level then laterally from windward to leeward, once the reef flat reaches sea level. Continuous lagoonal sedimentation ("bucket fill") and sand apron progradation eventually lead to reef systems with totally filled lagoons. Lagoonal infilling of One Tree Reef (southern Great Barrier Reef) through sand apron accretion was examined in the context of late Holocene relative sea-level change. This analysis was conducted using sedimentological and digital terrain data supported by 50 radiocarbon ages from fossil microatolls, buried patch reefs, foraminifera and shells in sediment cores, and recalibrated previously published radiocarbon ages. This data set challenges the conceptual model of geologically continuous sediment infill during the Holocene through sand apron accretion. Rapid sand apron accretion occurred between 6000 and 3000 calibrated yr before present B.P. (cal. yr B.P.); followed by only small amounts of sedimentation between 3000 cal. yr B.P. and present, with no significant sand apron accretion in the past 2 k.y. This hiatus in sediment infill coincides with a sea-level fall of similar to 1-1.3 m during the late Holocene (ca. 2000 cal. yr B.P.), which would have caused the turn-off of highly productive live coral growth on the reef flats currently dominated by less productive rubble and algal flats, resulting in a reduced sediment input to back-reef environments and the cessation in sand apron accretion. Given that relative sea-level variations of similar to 1 m were common throughout the Holocene, we suggest that this mode of sand apron development and carbonate production is applicable to most reef systems.

Pathways Project Final Report Volume 1: Field Investigation and Catchment Conceptual Models

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Executive Summary
The Pathways Project field studies were targeted at improving the understanding of contaminant transport along different hydrological pathways in Irish catchments, including their associated impacts on water quality and river ecology. The contaminants of interest were phosphorus, nitrogen and sediment. The working Pathways conceptual model included overland flow, interflow, shallow groundwater flow, and deep groundwater flow. This research informed the development of a set of Catchment Management Support Tools (CMSTs) comprising an Exploratory Tool, Catchment Characterization Tool (CCT) and Catchment Modelling Tool (CMT) as outlined in Pathways Project Final Reports Volumes 3 and 4.
In order to inform the CMST, four suitable study catchments were selected following an extensive selection process, namely the Mattock catchment, Co. Louth/Meath; Gortinlieve catchment, Co. Donegal; Nuenna catchment, Co. Kilkenny and the Glen Burn catchment, Co. Down. The Nuenna catchment is well drained as it is underlain by a regionally important karstified limestone aquifer with permeable limestone tills and gravels, while the other three catchments are underlain by poorly productive aquifers and low permeability clayey tills, and are poorly drained.
All catchments were instrumented, and groundwater, surface and near-surface water and aquatic ecology were monitored for a period of two years. Intensive water quality sampling during rainfall events was used to investigate the pathways delivering nutrients. The proportion of flow along each pathway was determined using chemical and physical hydrograph separation techniques, supported by numerical modelling.
The outcome of the field studies broadly supported the use of the initial four-pathway conceptual model used in the Pathways CMT (time-variant model). The artificial drainage network was found to be a significant contributing pathway in the poorly drained catchments, at low flows and during peak flows in wet antecedent conditions. The transition zone (TZ), i.e. the broken up weathered zone at the top of the bedrock, was also found to be an important pathway. It was observed to operate in two contrasting hydrogeological scenarios: in groundwater discharge zones the TZ can be regarded as being part of the shallow groundwater pathway, whereas in groundwater recharge zones it behaves more like interflow.
In the catchments overlying poorly productive aquifers, only a few fractures or fracture zones were found to be hydraulically active and the TZ, where present, was the main groundwater pathway. In the karstified Nuenna catchment, the springs, which are linked to conduits as well as to a diffuse fracture network, delivered the majority of the flow. These findings confirm the two-component groundwater contribution from bedrock but suggest that the size and nature of the hydraulically active fractures and the nature of the TZ are the dominant factors at the scale of a stream flow event.
Diffuse sources of nitrate were found to be typically delivered via the subsurface pathways, especially in the TZ and land drains in the poorly productive aquifer catchments, and via the bedrock groundwater in the Nuenna. Phosphorus was primarily transported via overland flow in both particulate and soluble forms. Where preferential flow paths existed in the soil and subsoil, soluble P, and to a lesser extent particulate P, were also transported via the TZ and in drains and ditches. Arable land was found to be the most important land use for
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the delivery of sediment, although channel bank and in-stream sources were the most significant in the Glen Burn catchment. Overland flow was found to be the predominant transport sediment pathway in the poorly productive catchments. These findings informed the development of the transport and attenuation equations used in the CCT and CMT. From an assessment of the relationship between physico-chemical and biological conditions, it is suggested that in the Nuenna, Glen Burn and Gortinlieve catchments, a relationship may exist between biological water quality and nitrogen concentrations, as well as with P. In the Nuenna, there was also a relationship between macroinvertebrate status and alkalinity.
Further research is recommended on the transport and delivery of phosphorus in groundwater, the transport and attenuation dynamics in the TZ in different hydrogeological settings and the relationship between macroinvertebrates and co-limiting factors. High resolution temporal and spatial sampling was found to be important for constraining the conceptual understanding of nutrient and sediment dynamics which should also be considered in future studies.

An invasive-native mammalian species replacement process captured by camera trap survey random encounter models

Camera traps are used to estimate densities or abundances using capture-recapture and, more recently, random encounter models (REMs). We deploy REMs to describe an invasive-native species replacement process, and to demonstrate their wider application beyond abundance estimation. The Irish hare Lepus timidus hibernicus is a high priority endemic of conservation concern. It is threatened by an expanding population of non-native, European hares L. europaeus, an invasive species of global importance. Camera traps were deployed in thirteen 1 km squares, wherein the ratio of invader to native densities were corroborated by night-driven line transect distance sampling throughout the study area of 1652 km2. Spatial patterns of invasive and native densities between the invader’s core and peripheral ranges, and native allopatry, were comparable between methods. Native densities in the peripheral range were comparable to those in native allopatry using REM, or marginally depressed using Distance Sampling. Numbers of the invader were substantially higher than the native in the core range, irrespective of method, with a 5:1 invader-to-native ratio indicating species replacement. We also describe a post hoc optimization protocol for REM which will inform subsequent (re-)surveys, allowing survey effort (camera hours) to be reduced by up to 57% without compromising the width of confidence intervals associated with density estimates. This approach will form the basis of a more cost-effective means of surveillance and monitoring for both the endemic and invasive species. The European hare undoubtedly represents a significant threat to the endemic Irish hare.

Home and Workplace Built Environment Supports for Physical Activity

BACKGROUND: Physical inactivity has been associated with obesity and related chronic diseases. Understanding built environment (BE) influences on specific domains of physical activity (PA) around homes and workplaces is important for public health interventions to increase population PA.

PURPOSE: To examine the association of home and workplace BE features with PA occurring across specific life domains (work, leisure, and travel).

METHODS: Between 2012 and 2013, telephone interviews were conducted with participants in four Missouri metropolitan areas. Questions included sociodemographic characteristics, home and workplace supports for PA, and dietary behaviors. Data analysis was conducted in 2013; logistic regression was used to examine associations between BE features and domain-specific PA.

RESULTS: In home neighborhoods, seven of 12 BE features (availability of fruits and vegetables, presence of shops and stores, bike facilities, recreation facilities, crime rate, seeing others active, and interesting things) were associated with leisure PA. The global average score of home neighborhood BE features was associated with greater odds of travel PA (AOR=1.99, 95% CI=1.46, 2.72); leisure PA (AOR=1.84, 95% CI=1.44, 2.34); and total PA (AOR=1.41, 95% CI=1.04, 1.92). Associations between workplace neighborhoods' BE features and workplace PA were small but in the expected direction.

CONCLUSIONS: This study offers empirical evidence on BE supports for domain-specific PA. Findings suggest that diverse, attractive, and walkable neighborhoods around workplaces support walking, bicycling, and use of public transit. Public health practitioners, researchers, and worksite leaders could benefit by utilizing worksite domains and measures from this study for future BE assessments.

Efficacy and Acceptability of Reduced Intensity Constraint-Induced Movement Therapy for Children Aged 9–11 years with Hemiplegic Cerebral Palsy: A Pilot Study

OBJECTIVE: Assess efficacy and acceptability of reduced intensity constraint-induced movement therapy (CIMT) in children with cerebral palsy (CP).

METHODS: Single-subject research design and semi-structured interviews. Children (9-11y) with hemiplegia underwent five baseline assessments followed by two weeks CIMT. Six further assessments were performed during treatment and follow-up phases. The primary outcome was the Melbourne Assessment of Unilateral Upper Limb Function (MUUL). Quantitative data were analysed using standard single-subject methods and qualitative data by thematic analysis.

RESULTS: Four of the seven participants demonstrated statistically significant improvements in MUUL (3-11%, p < .05). Two participants achieved significant improvements in active range of motion but strength and tone remained largely unchanged. Qualitative interviews highlighted limitations of the restraint, importance of family involvement, and coordination of treatment with education.

CONCLUSIONS: Reduced intensity CIMT may be effective for some children in this population; however it is not suitable for all children with hemiplegia.

Nonsteroidal Anti-Inflammatory Drug Use is Not Associated With Reduced Risk of Barrett’s Esophagus

OBJECTIVES: Regular use of nonsteroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) is associated with a reduced risk of esophageal adenocarcinoma. Epidemiological studies examining the association between NSAID use and the risk of the precursor lesion, Barrett’s esophagus, have been inconclusive.

METHODS: We analyzed pooled individual-level participant data from six case-control studies of Barrett’s esophagus in the Barrett’s and Esophageal Adenocarcinoma Consortium (BEACON). We compared medication use from 1474 patients with Barrett’s esophagus separately with two control groups: 2256 population-based controls and 2018 gastroesophageal reflux disease (GERD) controls. Study-specific odds ratios (OR) and 95% confidence intervals (CI) were estimated using multivariable logistic regression models and were combined using a random effects meta-analytic model.

RESULTS: Regular (at least once weekly) use of any NSAIDs was not associated with the risk of Barrett’s esophagus (vs. population-based controls, adjusted OR = 1.00, 95% CI = 0.76–1.32; I2=61%; vs. GERD controls, adjusted OR = 0.99, 95% CI = 0.82–1.19; I2=19%). Similar null findings were observed among individuals who took aspirin or non-aspirin NSAIDs. We also found no association with highest levels of frequency (at least daily use) and duration (≥5 years) of NSAID use. There was evidence of moderate between-study heterogeneity; however, associations with NSAID use remained non-significant in “leave-one-out” sensitivity analyses.

CONCLUSIONS: Use of NSAIDs was not associated with the risk of Barrett’s esophagus. The previously reported inverse association between NSAID use and esophageal adenocarcinoma may be through reducing the risk of neoplastic progression in patients with Barrett’s esophagus.

Population genetics of C. Maenas : oceanography and larval dispersal

Decifrar a complexa interacção entre os ciclos de vida de espécies marinhas e a oceanografia revela-se fundamental para a compreensão do fluxo genético e da conectividade no meio marinho. Nas espécies marinhas com desenvolvimento indirecto o fluxo de genes entre populações depende da distância que separa as populações, bem como da interacção entre a duração do desenvolvimento larvar, do comportamento das larvas e dos padrões de circulação oceânica. A conectividade larvar influencia uma variedade de processos como a dinâmica de stocks e de populações, a distribuição e limites geográficos das espécies, a estrutura genética das populações e a dispersão de espécies invasivas e reveste-se consequentemente de uma importância fundamental na identificação das unidades populacionais evolucionariamente relevantes e para a gestão e conservação marinhas. Os marcadores genéticos e os Modelos Individuais Acoplados a Modelos Físico-Biológicos (“ICPBMs”) são actualmente ferramentas fundamentais para o estudo dos padrões de dispersão larvar e para avaliar o nível de conectividade populacional. A presente tese respeita à avaliação das escalas espaciais de conectividade de populações de uma espécie costeira, o caranguejo Carcinus maenas, e utiliza conjuntamente informação de marcadores genéticos, análise de séries temporais de fornecimento de larvas e um modelo numérico de circulação oceânica. O primeiro capítulo introduz a temática da conectividade em espécies marinhas e inclui algumas referências aos métodos moleculares, analíticos e de modelação seguidos ao longo da tese. Através da utilização de múltiplas ferramentas – avaliação da estrutura genética geográfica de C. maenas na sua distribuição nativa com recurso a marcadores de DNA (microssatélites) (Capítulo 2), avaliação da estrutura genética temporal das larvas que formam os eventos de fornecimento larvar à Ria de Aveiro, NW Portugal (Capítulo 3), descrição da variabilidade inter-anual do fornecimento larvar à Ria de Aveiro, NW Portugal (Capítulo 4) e validação de um modelo ICPBM que descreve os padrões observados de fornecimento (Capítulo 5) – esta tese espera poder contribuir para uma melhor compreensão dos mecanismos que regulam o fluxo de genes e a conectividade entre populações de organismos marinhos. No Capítulo 6 são apresentadas as principais conclusões da investigação. A análise genética com recurso a microssatélites indicou que as populações de C. maenas são geneticamente homogéneas ao longo de várias centenas de km, dentro da distribuição nativa da espécie. Paralelamente, não foram encontrados indícios da existência de reprodução por “sweepstakes” em C. maenas de populações da costa oeste da Península Ibérica, visto que não se obtiveram diferenças genéticas significativas entre os eventos larvares. Também não se encontrou qualquer estrutura familiar entre as larvas que formam cada episódio de fornecimento, e não houve nenhuma redução significativa da variabilidade genética das larvas quando comparada com a de caranguejos adultos. A análise de séries temporais de suprimento de larvas na Ria de Aveiro em cinco anos estudados indica que este é um fenómeno episódico e variável, sendo os maiores episódios de fornecimento coincidentes com as marés vivas e acentuados por fortes ventos de sul. O modelo ICPBM foi validado com sucesso e parece fornecer uma estimativa realística das escalas espaciais e temporais de dispersão larvar, de acordo com as observações da estrutura genética e da ausência de reprodução por “sweepstake” em C. maenas da costa oeste da Península Ibérica

Characterization of RSOA modulators in radio over fiber links

In this work physical and behavioral models for a bulk Reflective Semiconductor Optical Amplifier (RSOA) modulator in Radio over Fiber (RoF) links are proposed. The transmission performance of the RSOA modulator is predicted under broadband signal drive. At first, the simplified physical model for the RSOA modulator in RoF links is proposed, which is based on the rate equation and traveling-wave equations with several assumptions. The model is implemented with the Symbolically Defined Devices (SDD) in Advanced Design System (ADS) and validated with experimental results. Detailed analysis regarding optical gain, harmonic and intermodulation distortions, and transmission performance is performed. The distribution of the carrier and Amplified Spontaneous Emission (ASE) is also demonstrated. Behavioral modeling of the RSOA modulator is to enable us to investigate the nonlinear distortion of the RSOA modulator from another perspective in system level. The Amplitude-to-Amplitude Conversion (AM-AM) and Amplitude-to-Phase Conversion (AM-PM) distortions of the RSOA modulator are demonstrated based on an Artificial Neural Network (ANN) and a generalized polynomial model. Another behavioral model based on Xparameters was obtained from the physical model. Compensation of the nonlinearity of the RSOA modulator is carried out based on a memory polynomial model. The nonlinear distortion of the RSOA modulator is reduced successfully. The improvement of the 3rd order intermodulation distortion is up to 17 dB. The Error Vector Magnitude (EVM) is improved from 6.1% to 2.0%. In the last part of this work, the performance of Fibre Optic Networks for Distributed and Extendible Heterogeneous Radio Architectures and Service Provisioning (FUTON) systems, which is the four-channel virtual Multiple Input Multiple Output (MIMO), is predicted by using the developed physical model. Based on Subcarrier Multiplexing (SCM) techniques, four-channel signals with 100 MHz bandwidth per channel are generated and used to drive the RSOA modulator. The transmission performance of the RSOA modulator under the broadband multi channels is depicted with the figure of merit, EVM under di erent adrature Amplitude Modulation (QAM) level of 64 and 254 for various number of Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) subcarriers of 64, 512, 1024 and 2048.

Characterization of the toxic potential of nanomaterials using in vitro cell models

Os nanomateriais são estruturas com uma ou mais dimensões inferiores a 100 nanómetros. Devido à sua pequena dimensão, as nanopartículas apresentam atributos únicos, tais como a sua elevada área superficial relativamente à sua massa, reactividade ou força tênsil. Estas características influenciam grandemente algumas das propriedades dos nanomateriais, como a sua hidrofobicidade, carga ou toxicidade. As propriedades das nanopartículas tornam-nas também muito úteis para o Homem, sendo aplicadas em medicina, farmácia, electrónica, cosmética, vestuário e biotecnologia, entre outras. O aumento de produção e utilização de nanomateriais tem vindo a aumentar também a possibilidade de exposição humana a este tipo de partículas, levando a preocupações relativas ao risco de toxicidade aguda ou crónica. A exposição humana pode ocorrer por diversas vias, sendo as mais relevantes a via inalatória, ingestão ou contacto com a pele. Dependendo do material e do órgão-alvo, a exposição a nanomateriais pode conduzir a diferentes consequências biológicas: a nível dos órgãos, os nanomateriais podem levar a inflamação ou a supressão do sistema imunitário e, a nível celular e molecular, a perturbações na estrutura e integridade do genoma, assim como a interacções com moléculas biológicas e inibição da actividade proteica, entre outras consequências. Um dos nanomateriais mais utilizados são os nanotubos de carbono. Estes são constituídos por grafite cilíndrica disposta numa única camada (designados nanotubos de carbono de parede simples) ou em várias (nanotubos de carbono de parede múltipla). Os nanotubos de carbono apresentam propriedades como resistência e condutividade que os tornam muito úteis em aplicações como aparelhos electrónicos, vestuário ou biomedicina; cada vez mais, portanto, se torna provável a exposição ocupacional ou ambiental a este material. A semelhança estrutural destas partículas com fibras de amianto conduziu a questões relativas à sua segurança, pelo que já foram elaborados diversos estudos relativos aos seus efeitos biológicos. Alguns trabalhos sugerem que os nanotubos de carbono têm a capacidade de produzir toxicidade associada a lesões físicas, à produção de danos oxidativos por interacção com mecanismos celulares, ou a morte celular. Outros trabalhos defendem que estas partículas não causam toxicidade relevante. O projecto de dimensão europeia “NANoREG” surgiu da necessidade de ser desenvolvida legislação e regulamentação apoiadas em conhecimento científico e adequadas à produção e ao uso actual de nanomateriais. Este trabalho teve como objectivos principais a determinação do potencial cito- e genotóxico de um conjunto de nanotubos de carbono de parede múltipla (designados NM-400 a NM-403), e a consequente tentativa de associar este potencial às características físico-químicas dos nanomateriais. Com este objectivo, a exposição por via inalatória foi analisada, pelo uso de duas linhas celulares in vitro provenientes de tecidos do tracto respiratório: epitélio pulmonar (células A549) e epitélio brônquico (células BEAS-2B). A citotoxicidade dos nanotubos de carbono foi analisada com base em três parâmetros. Em primeiro lugar, as células foram contadas após a exposição aos nanomateriais utilizando o corante azul de tripanao para excluir as células inviáveis; a contagem foi realizada 3 e 24 horas após a exposição das células aos nanotubos. Os resultados deste ensaio apontam para a ausência de citotoxicidade após a exposição mais curta, e dados inconsistentes após a mais longa. Em segundo lugar, foi realizado o ensaio clonogénico, que se baseia na capacidade das células de se dividirem após a exposição ao agente em estudo. Este ensaio só foi realizado nas células A549 pois as BEAS-2B não permitem a formação de colónias. Os resultados apontam para uma citotoxicidade após a exposição a todos os nanomateriais, cuja intensidade se relaciona directamente com o tamanho das partículas, assim como ao seu diâmetro e área de superfície. Em terceiro lugar, foram calculados dois índices de viabilidade no ensaio dos Micronúcleos, cujo objectivo é avaliar se as células se dividiram durante a exposição aos nanomateriais em comparação com o controlo, e cujos resultados apresentam incoerências em relação aos outros já referidos. Estes dados podem ser justificados pelas diferenças existentes entre os ensaios, como o tempo de exposição ou a densidade celular. Os efeitos genotóxicos dos nanomateriais foram avaliados com recurso aos ensaios do cometa e dos micronúcleos. O primeiro detecta lesões pequenas e reversíveis nas cadeias de DNA, ao passo que o segundo detecta efeitos irreversíveis ao nível cromossómico, tais como quebras ou perdas de cromossomas. Os resultados do ensaio do cometa sugerem que nenhum dos nanomateriais testados é genotóxico, uma vez que em ambas as linhas celulares e em ambos os tempos de exposição, os resultados são negativos. O ensaio dos micronúcleos, por outro lado, aponta para existência de genotoxicidade de dois dos nanomateriais (NM-401 e NM-402) nas células A549, mas não em células BEAS-2B. Uma possível explicação para estes dados aparentemente contraditórios pode residir na hipótese de estes nanotubos de carbono serem compostos com efeitos aneugénicos, mas não clastogénicos: o ensaio dos micronúcleos permite a detecção de ambos os mecanismos de acção, ao passo que o ensaio do cometa só revela a quebra de cadeias de DNA. Outra justificação para os resultados é a possível influência da perda de viabilidade das células analisadas. Com base nos dados do ensaio clonogénico, estas partículas apresentam elevada citotoxicidade, pelo que os resultados dos ensaios de genotoxicidade, em particular do Ensaio do Cometa, poderão ser afectados por estes efeitos. O meio de cultura usado para expor as células aos nanomateriais também é um parâmetro muito relevante na sua toxicidade. Neste trabalho, foram usados meios de cultura com proteínas, que podem ser adsorvidas pelas partículas e formar uma “corona” em seu redor; este processo pode alterar propriedades importantes dos nanomateriais, entre os quais o seu potencial efeito biológico. Também o método usado para conseguir uma dispersão homogénea de nanomateriais pode conduzir a diferenças nos resultados dos ensaios de toxicidade. Neste estudo, foram observados alguns problemas relativos à perda de homogeneidade das dispersões de nanotubos de carbono, o que pode ter conduzido a que as células fossem expostas a massas de partículas de grandes dimensões conjuntamente com partículas individualizadas. O período durante o qual as células são expostas ao nanomaterial é também um aspecto essencial na produção de efeitos tóxicos. Resumindo, este projecto forneceu informações relativas à toxicidade dos nanotubos de carbono que, complementadas pelas conclusões dos restantes parceiros do projecto europeu, poderão contribuir significativamente para a avaliação de risco e criação de legislação relativamente à utilização de nanomateriais. Na linha celular BEAS-2B, nenhum destes nanomateriais parece produzir efeitos tóxicos, quer a nível de célula, quer a nível de genoma, nas condições experimentais utilizadas. Nas células A549, por outro lado, os três nanomateriais testados parecem ser acentuadamente citotóxicos, e dois deles (NM-401 e NM-402) são também genotóxicos. Em relação a perspectivas futuras, pode-se concluir que nem todos os ensaios de toxicidade existentes actualmente são adequados à análise de nanopartículas, pelo que novas metodologias devem ser desenvolvidas e complementadas por ensaios in vivo. Todos os estudos envolvendo nanomateriais deverão também descrever as características físico-químicas dos materiais usados, de forma a se poderem comparar os resultados com os de outros trabalhos.

Quantifying Submerged Fluvial Topography Using Hyperspatial Resolution UAS Imagery and Structure From Motion Photogrammetry.

Quantifying the topography of rivers and their associated bedforms has been a fundamental concern of fluvial geomorphology for decades. Such data, acquired at high temporal and spatial resolutions, are increasingly in demand for process-oriented investigations of flow hydraulics, sediment dynamics and in-stream habitat. In these riverine environments, the most challenging region for topographic measurement is the wetted, submerged channel. Generally, dry bed topography and submerged bathymetry are measured using different methods and technology. This adds to the costs, logistical challenges and data processing requirements of comprehensive river surveys. However, some technologies are capable of measuring the submerged topography. Through-water photogrammetry and bathymetric LiDAR are capable of reasonably accurate measurements of channel beds in clear water. Whilst the cost of bathymetric LiDAR remains high and its resolution relatively coarse, the recent developments in photogrammetry using Structure from Motion (SfM) algorithms promise a fundamental shift in the accessibility of topographic data for a wide range of settings. Here we present results demonstrating the potential of so called SfM-photogrammetry for quantifying both exposed and submerged fluvial topography at the mesohabitat scale. We show that imagery acquired from a rotary-winged Unmanned Aerial System (UAS) can be processed in order to produce digital elevation models (DEMs) with hyperspatial resolutions (c. 0.02 m) for two different river systems over channel lengths of 50-100 m. Errors in submerged areas range from 0.016 m to 0.089 m, which can be reduced to between 0.008 m and 0.053 m with the application of a simple refraction correction. This work therefore demonstrates the potential of UAS platforms and SfM-photogrammetry as a single technique for surveying fluvial topography at the mesoscale (defined as lengths of channel from c.10 m to a few hundred metres). This article is protected by copyright. All rights reserved.

Acceleration Measurements in Reduced Gravity

Thesis (Master's)--University of Washington, 2013

Post-surgical wound infections involving Enterobacteriaceae with reduced susceptibility to ß-lactams in two Portuguese hospitals

The post-surgical period is often critical for infection acquisition. The combination of patient injury and environmental exposure through breached skin add risk to pre-existing conditions such as drug or depressed immunity. Several factors such as the period of hospital staying after surgery, base disease, age, immune system condition, hygiene policies, careless prophylactic drug administration and physical conditions of the healthcare centre may contribute to the acquisition of a nosocomial infection. A purulent wound can become complicated whenever antimicrobial therapy becomes compromised. In this pilot study, we analysed Enterobacteriaceae strains, the most significant gram-negative rods that may occur in post-surgical skin and soft tissue infections (SSTI) presenting reduced β-lactam susceptibility and those presenting extended-spectrum β-lactamases (ESBL). There is little information in our country regarding the relationship between β-lactam susceptibility, ESBL and development of resistant strains of microorganisms in SSTI. Our main results indicate Escherichia coli and Klebsiella spp. are among the most frequent enterobacteria (46% and 30% respectively) with ESBL production in 72% of Enterobacteriaceae isolates from SSTI. Moreover, coinfection occurred extensively, mainly with Pseudomonas aeruginosa and Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (18% and 13%, respectively). These results suggest future research to explore if and how these associations are involved in the development of antibiotic resistance.

Climatic patterns and physical controls of chlorophyll-a in the Northeast Atlantic

Tese de Doutoramento, Física, 17 de Dezembro de 2013, Universidade dos Açores.

Métodos estatísticos aplicados à modelação de dados oncológicos

RESUMO: A estrutura demográfica portuguesa é marcada por baixas taxas de natalidade e mortalidade, onde a população idosa representa uma fatia cada vez mais representativa, fruto de uma maior longevidade. A incidência do cancro, na sua generalidade, é maior precisamente nessa classe etária. A par de outras doenças igualmente lesivas (e.g. cardiovasculares, degenerativas) cuja incidência aumenta com a idade, o cancro merece relevo. Estudos epidemiológicos apresentam o cancro como líder mundial na mortalidade. Em países desenvolvidos, o seu peso representa 25% do número total de óbitos, percentagem essa que mais que duplica noutros países. A obesidade, a baixa ingestão de frutas e vegetais, o sedentarismo, o consumo de tabaco e a ingestão de álcool, configuram-se como cinco dos fatores de risco presentes em 30% das mortes diagnosticadas por cancro. A nível mundial e, em particular no Sul de Portugal, os cancros do estômago, recto e cólon apresentam elevadas taxas de incidência e de mortalidade. Do ponto de vista estritamente económico, o cancro é a doença que mais recursos consome enquanto que do ponto de vista físico e psicológico é uma doença que não limita o seu raio de ação ao doente. O cancro é, portanto, uma doença sempre atual e cada vez mais presente, pois reflete os hábitos e o ambiente de uma sociedade, não obstante as características intrínsecas a cada indivíduo. A adoção de metodologia estatística aplicada à modelação de dados oncológicos é, sobretudo, valiosa e pertinente quando a informação é oriunda de Registos de Cancro de Base Populacional (RCBP). A pertinência é justificada pelo fato destes registos permitirem aferir numa população específica, o risco desta sofrer e/ou vir a sofrer de uma dada neoplasia. O peso que as neoplasias do estômago, cólon e recto assumem foi um dos elementos que motivou o presente estudo que tem por objetivo analisar tendências, projeções, sobrevivências relativas e a distribuição espacial destas neoplasias. Foram considerados neste estudo todos os casos diagnosticados no período 1998-2006, pelo RCBP da região sul de Portugal (ROR-Sul). O estudo descritivo inicial das taxas de incidência e da tendência em cada uma das referidas neoplasias teve como base uma única variável temporal - o ano de diagnóstico - também designada por período. Todavia, uma metodologia que contemple apenas uma única variável temporal é limitativa. No cancro, para além do período, a idade à data do diagnóstico e a coorte de nascimento, são variáveis temporais que poderão prestar um contributo adicional na caracterização das taxas de incidência. A relevância assumida por estas variáveis temporais justificou a sua inclusão numaclasse de modelos designada por modelos Idade-Período-Coorte (Age-Period-Cohort models - APC), utilizada na modelação das taxas de incidência para as neoplasias em estudo. Os referidos modelos permitem ultrapassar o problema de relações não lineares e/ou de mudanças súbitas na tendência linear das taxas. Nos modelos APC foram consideradas a abordagem clássica e a abordagem com recurso a funções suavizadoras. A modelação das taxas foi estratificada por sexo. Foram ainda estudados os respectivos submodelos (apenas com uma ou duas variáveis temporais). Conhecido o comportamento das taxas de incidência, uma questão subsequente prende-se com a sua projeção em períodos futuros. Porém, o efeito de mudanças estruturais na população, ao qual Portugal não é alheio, altera substancialmente o número esperado de casos futuros com cancro. Estimativas da incidência de cancro a nível mundial obtidas a partir de projeções demográficas apontam para um aumento de 25% dos casos de cancro nas próximas duas décadas. Embora a projeção da incidência esteja associada a alguma incerteza, as projeções auxiliam no planeamento de políticas de saúde para a afetação de recursos e permitem a avaliação de cenários e de intervenções que tenham como objetivo a redução do impacto do cancro. O desconhecimento de projeções da taxa de incidência destas neoplasias na área abrangida pelo ROR-Sul, levou à utilização de modelos de projeção que diferem entre si quanto à sua estrutura, linearidade (ou não) dos seus coeficientes e comportamento das taxas na série histórica de dados (e.g. crescente, decrescente ou estável). Os referidos modelos pautaram-se por duas abordagens: (i)modelos lineares no que concerne ao tempo e (ii) extrapolação de efeitos temporais identificados pelos modelos APC para períodos futuros. Foi feita a projeção das taxas de incidência para os anos de 2007 a 2010 tendo em conta o género, idade e neoplasia. É ainda apresentada uma estimativa do impacto económico destas neoplasias no período de projeção. Uma questão pertinente e habitual no contexto clínico e a que o presente estudo pretende dar resposta, reside em saber qual a contribuição da neoplasia em si para a sobrevivência do doente. Nesse sentido, a mortalidade por causa específica é habitualmente utilizada para estimar a mortalidade atribuível apenas ao cancro em estudo. Porém, existem muitas situações em que a causa de morte é desconhecida e, mesmo que esta informação esteja disponível através dos certificados de óbito, não é fácil distinguir os casos em que a principal causa de morte é devida ao cancro. A sobrevivência relativa surge como uma medida objetiva que não necessita do conhecimento da causa específica da morte para o seu cálculo e dar-nos-á uma estimativa da probabilidade de sobrevivência caso o cancro em análise, num cenário hipotético, seja a única causa de morte. Desconhecida a principal causa de morte nos casos diagnosticados com cancro no registo ROR-Sul, foi determinada a sobrevivência relativa para cada uma das neoplasias em estudo, para um período de follow-up de 5 anos, tendo em conta o sexo, a idade e cada uma das regiões que constituem o registo. Foi adotada uma análise por período e as abordagens convencional e por modelos. No epílogo deste estudo, é analisada a influência da variabilidade espaço-temporal nas taxas de incidência. O longo período de latência das doenças oncológicas, a dificuldade em identificar mudanças súbitas no comportamento das taxas, populações com dimensão e riscos reduzidos, são alguns dos elementos que dificultam a análise da variação temporal das taxas. Nalguns casos, estas variações podem ser reflexo de flutuações aleatórias. O efeito da componente temporal aferida pelos modelos APC dá-nos um retrato incompleto da incidência do cancro. A etiologia desta doença, quando conhecida, está associada com alguma frequência a fatores de risco tais como condições socioeconómicas, hábitos alimentares e estilo de vida, atividade profissional, localização geográfica e componente genética. O “contributo”, dos fatores de risco é, por vezes, determinante e não deve ser ignorado. Surge, assim, a necessidade em complementar o estudo temporal das taxas com uma abordagem de cariz espacial. Assim, procurar-se-á aferir se as variações nas taxas de incidência observadas entre os concelhos inseridos na área do registo ROR-Sul poderiam ser explicadas quer pela variabilidade temporal e geográfica quer por fatores socioeconómicos ou, ainda, pelos desiguais estilos de vida. Foram utilizados os Modelos Bayesianos Hierárquicos Espaço-Temporais com o objetivo de identificar tendências espaço-temporais nas taxas de incidência bem como quantificar alguns fatores de risco ajustados à influência simultânea da região e do tempo. Os resultados obtidos pela implementação de todas estas metodologias considera-se ser uma mais valia para o conhecimento destas neoplasias em Portugal.------------ABSTRACT: mortality rates, with the elderly being an increasingly representative sector of the population, mainly due to greater longevity. The incidence of cancer, in general, is greater precisely in that age group. Alongside with other equally damaging diseases (e.g. cardiovascular,degenerative), whose incidence rates increases with age, cancer is of special note. In epidemiological studies, cancer is the global leader in mortality. In developed countries its weight represents 25% of the total number of deaths, with this percentage being doubled in other countries. Obesity, a reduce consumption of fruit and vegetables, physical inactivity, smoking and alcohol consumption, are the five risk factors present in 30% of deaths due to cancer. Globally, and in particular in the South of Portugal, the stomach, rectum and colon cancer have high incidence and mortality rates. From a strictly economic perspective, cancer is the disease that consumes more resources, while from a physical and psychological point of view, it is a disease that is not limited to the patient. Cancer is therefore na up to date disease and one of increased importance, since it reflects the habits and the environment of a society, regardless the intrinsic characteristics of each individual. The adoption of statistical methodology applied to cancer data modelling is especially valuable and relevant when the information comes from population-based cancer registries (PBCR). In such cases, these registries allow for the assessment of the risk and the suffering associated to a given neoplasm in a specific population. The weight that stomach, colon and rectum cancers assume in Portugal was one of the motivations of the present study, that focus on analyzing trends, projections, relative survival and spatial distribution of these neoplasms. The data considered in this study, are all cases diagnosed between 1998 and 2006, by the PBCR of Portugal, ROR-Sul.Only year of diagnosis, also called period, was the only time variable considered in the initial descriptive analysis of the incidence rates and trends for each of the three neoplasms considered. However, a methodology that only considers one single time variable will probably fall short on the conclusions that could be drawn from the data under study. In cancer, apart from the variable period, the age at diagnosis and the birth cohort are also temporal variables and may provide an additional contribution to the characterization of the incidence. The relevance assumed by these temporal variables justified its inclusion in a class of models called Age-Period-Cohort models (APC). This class of models was used for the analysis of the incidence rates of the three cancers under study. APC models allow to model nonlinearity and/or sudden changes in linear relationships of rate trends. Two approaches of APC models were considered: the classical and the one using smoothing functions. The models were stratified by gender and, when justified, further studies explored other sub-models where only one or two temporal variables were considered. After the analysis of the incidence rates, a subsequent goal is related to their projections in future periods. Although the effect of structural changes in the population, of which Portugal is not oblivious, may substantially change the expected number of future cancer cases, the results of these projections could help planning health policies with the proper allocation of resources, allowing for the evaluation of scenarios and interventions that aim to reduce the impact of cancer in a population. Worth noting that cancer incidence worldwide obtained from demographic projections point out to an increase of 25% of cancer cases in the next two decades. The lack of projections of incidence rates of the three cancers under study in the area covered by ROR-Sul, led us to use a variety of forecasting models that differ in the nature and structure. For example, linearity or nonlinearity in their coefficients and the trend of the incidence rates in historical data series (e.g. increasing, decreasing or stable).The models followed two approaches: (i) linear models regarding time and (ii) extrapolation of temporal effects identified by the APC models for future periods. The study provide incidence rates projections and the numbers of newly diagnosed cases for the year, 2007 to 2010, taking into account gender, age and the type of cancer. In addition, an estimate of the economic impact of these neoplasms is presented for the projection period considered. This research also try to address a relevant and common clinical question in these type of studies, regarding the contribution of the type of cancer to the patient survival. In such studies, the primary cause of death is commonly used to estimate the mortality specifically due to the cancer. However, there are many situations in which the cause of death is unknown, or, even if this information is available through the death certificates, it is not easy to distinguish the cases where the primary cause of death is the cancer. With this in mind, the relative survival is an alternative measure that does not need the knowledge of the specific cause of death to be calculated. This estimate will represent the survival probability in the hypothetical scenario of a certain cancer be the only cause of death. For the patients with unknown cause of death that were diagnosed with cancer in the ROR-Sul, the relative survival was calculated for each of the cancers under study, for a follow-up period of 5 years, considering gender, age and each one of the regions that are part the registry. A period analysis was undertaken, considering both the conventional and the model approaches. In final part of this study, we analyzed the influence of space-time variability in the incidence rates. The long latency period of oncologic diseases, the difficulty in identifying subtle changes in the rates behavior, populations of reduced size and low risk are some of the elements that can be a challenge in the analysis of temporal variations in rates, that, in some cases, can reflect simple random fluctuations. The effect of the temporal component measured by the APC models gives an incomplete picture of the cancer incidence. The etiology of this disease, when known, is frequently associated to risk factors such as socioeconomic conditions, eating habits and lifestyle, occupation, geographic location and genetic component. The "contribution"of such risk factors is sometimes decisive in the evolution of the disease and should not be ignored. Therefore, there was the need to consider an additional approach in this study, one of spatial nature, addressing the fact that changes in incidence rates observed in the ROR-Sul area, could be explained either by temporal and geographical variability or by unequal socio-economic or lifestyle factors. Thus, Bayesian hierarchical space-time models were used with the purpose of identifying space-time trends in incidence rates together with the the analysis of the effect of the risk factors considered in the study. The results obtained and the implementation of all these methodologies are considered to be an added value to the knowledge of these neoplasms in Portugal.