Análise das mudanças na extensão do gelo marinho antártico e ártico entre 1979 e 2007 e sua relação com a variabilidade climática global.

Recentes observações satelitais têm demonstrado um aumento na extensão total do gelo marinho Antártico e redução do gelo marinho no Ártico. Apesar destas constatações, no Oceano Sul análises regionais apontam tendências negativas nos mares de Bellingshausen-Amundsen e positivas no mar de Ross, enquanto que para o Ártico ocorrer uma redução uniforme do gelo marinho. Neste estudo, foi realizada uma análise multivariada para identificar as mudanças na extensão do gelo marinho Antártico e Ártico em resposta à variabilidade de um conjunto de forçantes/parâmetros/índices climáticos de reconhecida importância em escala global. Especificamente, as associações entre o gelo marinho e os parâmetros e forçantes climáticos foram examinadas através da correlação linear e da análise de agrupamento. Diferentes respostas em diferentes setores foram examinadas e discutidas. Os resultados indicam que a variabilidade do gelo marinho Antártico e Ártico é um fenômeno multivariado e que a extensão de gelo marinho mínima, média e máxima podem apresentar diferentes padrões espaciais e responderem a diferentes conjuntos de parâmetros e forçantes climáticos. Foi identificado um significativo impacto de forçantes/parâmetros/índices climáticos sobre o gelo marinho no Oeste Antártico. No hemisfério Norte o aumento da temperatura média global e do CO2 atmosférico são os principais responsáveis pela redução na extensão do gelo marinho.

A hybrid-parallel framework for the nonlinear seismic analysis of very tall buildings

FRAME3D, a program for the nonlinear seismic analysis of steel structures, has previously been used to study the collapse mechanisms of steel buildings up to 20 stories tall. The present thesis is inspired by the need to conduct similar analysis for much taller structures. It improves FRAME3D in two primary ways.

First, FRAME3D is revised to address specific nonlinear situations involving large displacement/rotation increments, the backup-subdivide algorithm, element failure, and extremely narrow joint hysteresis. The revisions result in superior convergence capabilities when modeling earthquake-induced collapse. The material model of a steel fiber is also modified to allow for post-rupture compressive strength.

Second, a parallel FRAME3D (PFRAME3D) is developed. The serial code is optimized and then parallelized. A distributed-memory divide-and-conquer approach is used for both the global direct solver and element-state updates. The result is an implicit finite-element hybrid-parallel program that takes advantage of the narrow-band nature of very tall buildings and uses nearest-neighbor-only communication patterns.

Using three structures of varied sized, PFRAME3D is shown to compute reproducible results that agree with that of the optimized 1-core version (displacement time-history response root-mean-squared errors are ~〖10〗^(-5) m) with much less wall time (e.g., a dynamic time-history collapse simulation of a 60-story building is computed in 5.69 hrs with 128 cores—a speedup of 14.7 vs. the optimized 1-core version). The maximum speedups attained are shown to increase with building height (as the total number of cores used also increases), and the parallel framework can be expected to be suitable for buildings taller than the ones presented here.

PFRAME3D is used to analyze a hypothetical 60-story steel moment-frame tube building (fundamental period of 6.16 sec) designed according to the 1994 Uniform Building Code. Dynamic pushover and time-history analyses are conducted. Multi-story shear-band collapse mechanisms are observed around mid-height of the building. The use of closely-spaced columns and deep beams is found to contribute to the building's “somewhat brittle” behavior (ductility ratio ~2.0). Overall building strength is observed to be sensitive to whether a model is fracture-capable.

The global optimization of phase-incoherent signals

The problem of global optimization of M phase-incoherent signals in N complex dimensions is formulated. Then, by using the geometric approach of Landau and Slepian, conditions for optimality are established for N = 2 and the optimal signal sets are determined for M = 2, 3, 4, 6, and 12.

The method is the following: The signals are assumed to be equally probable and to have equal energy, and thus are represented by points ṡ_i, i = 1, 2, …, M, on the unit sphere S₁ in C^N. If W_ik is the halfspace determined by ṡ_i and ṡ_k and containing ṡ_i, i.e. W_ik = {ṙϵC^N:| ≥ | ˂ṙ, ṡ_k˃|}, then the Ʀ_i = ∩/k≠i W_ik, i = 1, 2, …, M, the maximum likelihood decision regions, partition S₁. For additive complex Gaussian noise ṅ and a received signal ṙ = ṡ_ie^jϴ + ṅ, where ϴ is uniformly distributed over [0, 2π], the probability of correct decoding is P_C = 1/π^N ∞/ʃ/0 r^2N-1e^-(r2+1)U(r)dr, where U(r) = 1/M M/Ʃ/i=1 Ʀ_i ʃ/∩ S₁ I₀(2r | ˂ṡ, ṡ_i˃|)dσ(ṡ), and r = ǁṙǁ.

For N = 2, it is proved that U(r) ≤ ʃ/C_α I₀(2r|˂ṡ, ṡ_i˃|)dσ(ṡ) – 2K/M. h(1/2K [Mσ(C_α)-σ(S₁)]), where C_α = {ṡϵS₁:|˂ṡ, ṡ_i˃| ≥ α}, K is the total number of boundaries of the net on S₁ determined by the decision regions, and h is the strictly increasing strictly convex function of σ(C_α∩W), (where W is a halfspace not containing ṡ_i), given by h = ʃ/C_α∩W I₀ (2r|˂ṡ, ṡ_i˃|)dσ(ṡ). Conditions for equality are established and these give rise to the globally optimal signal sets for M = 2, 3, 4, 6, and 12.

Design of NRAs having higher aperture opening ratio and autocorrelation compression ratio by means of a global optimization method

When noises considerations are made, nonredundant arrays (NRAs) are endowed with many advantages which other arrays e.g., uniformly redundant arrays (URAs) do not possess in applications of coded aperture imaging. However, lower aperture opening ratio limits the applications of NRA in practice. In this paper, we present a computer searching method based on a global optimization algorithm named DIRECT to design NRAs. Compared with the existing NRAs e.g., Golay's NRAs, which are well known and widely used in various applications, NRAs found by our method have higher aperture opening ratio and auto correlation compression ratio. These advantages make our aperture arrays be very useful for practical applications especially for which of aperture size are limited. Here, we also present some aperture arrays we found. These aperture arrays have an interesting property that they belong to both NRA and URA. (C) 2006 Elsevier GmbH. All rights reserved.

Distributed Control and Optimization for Communication and Power Systems

We are at the cusp of a historic transformation of both communication system and electricity system. This creates challenges as well as opportunities for the study of networked systems. Problems of these systems typically involve a huge number of end points that require intelligent coordination in a distributed manner. In this thesis, we develop models, theories, and scalable distributed optimization and control algorithms to overcome these challenges.

This thesis focuses on two specific areas: multi-path TCP (Transmission Control Protocol) and electricity distribution system operation and control. Multi-path TCP (MP-TCP) is a TCP extension that allows a single data stream to be split across multiple paths. MP-TCP has the potential to greatly improve reliability as well as efficiency of communication devices. We propose a fluid model for a large class of MP-TCP algorithms and identify design criteria that guarantee the existence, uniqueness, and stability of system equilibrium. We clarify how algorithm parameters impact TCP-friendliness, responsiveness, and window oscillation and demonstrate an inevitable tradeoff among these properties. We discuss the implications of these properties on the behavior of existing algorithms and motivate a new algorithm Balia (balanced linked adaptation) which generalizes existing algorithms and strikes a good balance among TCP-friendliness, responsiveness, and window oscillation. We have implemented Balia in the Linux kernel. We use our prototype to compare the new proposed algorithm Balia with existing MP-TCP algorithms.

Our second focus is on designing computationally efficient algorithms for electricity distribution system operation and control. First, we develop efficient algorithms for feeder reconfiguration in distribution networks. The feeder reconfiguration problem chooses the on/off status of the switches in a distribution network in order to minimize a certain cost such as power loss. It is a mixed integer nonlinear program and hence hard to solve. We propose a heuristic algorithm that is based on the recently developed convex relaxation of the optimal power flow problem. The algorithm is efficient and can successfully computes an optimal configuration on all networks that we have tested. Moreover we prove that the algorithm solves the feeder reconfiguration problem optimally under certain conditions. We also propose a more efficient algorithm and it incurs a loss in optimality of less than 3% on the test networks.

Second, we develop efficient distributed algorithms that solve the optimal power flow (OPF) problem on distribution networks. The OPF problem determines a network operating point that minimizes a certain objective such as generation cost or power loss. Traditionally OPF is solved in a centralized manner. With increasing penetration of volatile renewable energy resources in distribution systems, we need faster and distributed solutions for real-time feedback control. This is difficult because power flow equations are nonlinear and kirchhoff's law is global. We propose solutions for both balanced and unbalanced radial distribution networks. They exploit recent results that suggest solving for a globally optimal solution of OPF over a radial network through a second-order cone program (SOCP) or semi-definite program (SDP) relaxation. Our distributed algorithms are based on the alternating direction method of multiplier (ADMM), but unlike standard ADMM-based distributed OPF algorithms that require solving optimization subproblems using iterative methods, the proposed solutions exploit the problem structure that greatly reduce the computation time. Specifically, for balanced networks, our decomposition allows us to derive closed form solutions for these subproblems and it speeds up the convergence by 1000x times in simulations. For unbalanced networks, the subproblems reduce to either closed form solutions or eigenvalue problems whose size remains constant as the network scales up and computation time is reduced by 100x compared with iterative methods.

América Latina en la turbulencia global : oportunidades, amenazas y desafíos.

La presente obra es el resultado de las I Jornadas del GEALC/LAKIT “América Latina en la turbulencia global: oportunidades, amenazas y desafíos”, efectuadas en la Facultad de Ciencias Sociales y de la Comunicación de la Universidad del País Vasco/Euskal Herriko Unibertsitatea (UPV/EHU) los días 28 y 29 de mayo de 2013

Análise global da estabilidade termodinâmica de misturas: um estudo com o método do conjunto gerador

O cálculo do equilíbrio de fases é um problema de grande importância em processos da engenharia, como, por exemplo, na separação por destilação, em processos de extração e simulação da recuperação terciária de petróleo, entre outros. Mas para resolvê-lo é aconselhável que se estude a priori a estabilidade termodinâmica do sistema, a qual consiste em determinar se uma dada mistura se apresenta em uma ou mais fases. Tal problema pode ser abordado como um problema de otimização, conhecido como a minimização da função distância do plano tangente à energia livre de Gibbs molar, onde modelos termodinâmicos, de natureza não convexa e não linear, são utilizados para descrevê-lo. Esse fato tem motivado um grande interesse em técnicas de otimização robustas e eficientes para a resolução de problemas relacionados com a termodinâmica do equilíbrio de fases. Como tem sido ressaltado na literatura, para proporcionar uma completa predição do equilíbrio de fases, faz-se necessário não apenas a determinação do minimizador global da função objetivo do teste de estabilidade, mas também a obtenção de todos os seus pontos estacionários. Assim, o desenvolvimento de metodologias para essa tarefa desafiadora tem se tornado uma nova área de pesquisa da otimização global aplicada à termodinâmica do equilíbrio, com interesses comuns na engenharia química e na engenharia do petróleo. O foco do presente trabalho é uma nova metodologia para resolver o problema do teste de estabilidade. Para isso, usa-se o chamado método do conjunto gerador para realizar buscas do tipo local em uma rede de pontos previamente gerada por buscas globais efetuadas com uma metaheurística populacional, no caso o método do enxame de partículas.Para se obter mais de um ponto estacionário, minimizam-se funções de mérito polarizadas, cujos pólos são os pontos previamente encontrados. A metodologia proposta foi testada na análise de quatorze misturas polares previamente consideradas na literatura. Os resultados mostraram que o método proposto é robusto e eficiente a ponto de encontrar, além do minimizador global, todos os pontos estacionários apontados previamente na literatura, sendo também capaz de detectar, em duas misturas ternárias estudadas, pontos estacionários não obtidos pelo chamado método de análise intervalar, uma técnica confiável e muito difundida na literatura. A análise do teste de estabilidade pela simples utilização do método do enxame de partículas associado à técnica de polarização mencionada acima, para a obtenção de mais de um ponto estacionário (sem a busca local feita pelo método do conjunto gerador em uma dada rede de pontos), constitui outra metodologia para a resolução do problema de interesse. Essa utilização é uma novidade secundária deste trabalho. Tal metodologia simplificada exibiu também uma grande robustez, sendo capaz de encontrar todos os pontos estacionários pesquisados. No entanto, quando comparada com a abordagem mais geral proposta aqui, observou-se que tal simplificação pode, em alguns casos onde a função de mérito apresenta uma geometria mais complexa, consumir um tempo de máquina relativamente grande, dessa forma é menos eficiente.

O segundo tempo do regime internacional dos investimentos: a nova geração de tratados e a prevenção de controvérsias investidor-Estado

No contexto de avanço da globalização, o Investimento Estrangeiro Direto (IED) mostra-se como um dos principais veículos para a inserção internacional dos países. Como os objetivos das empresas transnacionais e dos Estados hospedeiros não são os mesmos, há a necessidade de adoção de políticas que levem à convergência. No plano legal, observou-se nas últimas décadas a consolidação do regime internacional dos investimentos, com o crescimento exponencial do número de tratados de investimento e de arbitragens investidor-Estado fundadas nos mesmos. Mas há insatisfações de parte a parte com o sistema. Por um lado, os países tentam limitar o ativismo dos árbitros mediante a revisão de seus tratados. Por outro, tanto os investidores como os Estados começam a perceber que não há vencedores reais na arbitragem, dadas as suas diversas deficiências. Nomeadamente: custos elevados, longa duração, incoerência nas decisões e desgaste para as relações investidor-Estado no longo prazo. Nesse diapasão, surgem propostas de alternativas. Pensadores do sistema, valendo-se do Planejamento de Sistemas de Disputas, têm desenvolvido Políticas de Prevenção de Controvérsias. Tais políticas fundamentam-se nas dinâmicas de busca de soluções baseadas em interesses contrapostas às baseadas na força e nos direitos seguindo processos de administração precoce de conflitos. Diversos países, em diferentes níveis de desenvolvimento, têm tido êxito na implementação dessas políticas. A difusão das melhores práticas, movimento apoiado por organizações internacionais, oferece oportunidades para a melhora da governança, através da promoção de maior coerência e coordenação nas ações do Estado, da transparência e do império da lei. O tema é de interesse para o Brasil, país que, diferentemente dos demais, nunca ratificou um único tratado de investimento. Isso porque já surgem vozes na indústria clamando por uma mudança de posição, diante da emergência do país também como um exportador de capital. Caso tal inflexão se confirme, o Brasil tem a oportunidade de tomar partido das melhores experiências internacionais, usando tais tratados como instrumentos na sua estratégia de desenvolvimento.

Alterations of the global water cycle and their effects on river structure, function and services

River structure and functioning are governed naturally by geography and climate but are vulnerable to natural and human-related disturbances, ranging from channel engineering to pollution and biological invasions. Biological communities in river ecosystems are able to respond to disturbances faster than those in most other aquatic systems. However, some extremely strong or lasting disturbances constrain the responses of river organisms and jeopardise their extraordinary resilience. Among these, the artificial alteration of river drainage structure and the intense use of water resources by humans may irreversibly influence these systems. The increased canalisation and damming of river courses interferes with sediment transport, alters biogeochemical cycles and leads to a decrease in biodiversity, both at local and global scales. Furthermore, water abstraction can especially affect the functioning of arid and semi-arid rivers. In particular, interception and assimilation of inorganic nutrients can be detrimental under hydrologically abnormal conditions. Among other effects, abstraction and increased nutrient loading might cause a shift from heterotrophy to autotrophy, through direct effects on primary producers and indirect effects through food webs, even in low-light river systems. The simultaneous desires to conserve and to provide ecosystem services present several challenges, both in research and management.

De Flor do Lácio à Língua Global: uma análise discursiva das relações de poder nas políticas linguísticas para a promoção, a difusão e a projeção do português da Comunidade dos Países de Língua Portuguesa (CPLP)

Nesta última década notamos uma série de políticas que visam ampliar a presença da língua portuguesa no mundo, tais como a inauguração da TV Brasil Internacional (2010), no âmbito do governo brasileiro ou a entrada em vigor do acordo ortográfico de 1990 (2009), no âmbito da Comunidade dos Países de Língua Portuguesa (CPLP), organização internacional formada por todos os países de língua oficial portuguesa. Diante desse panorama, esta pesquisa propõe-se a contribuir para a compreensão do papel de políticas linguísticas na configuração do que seja a expansão do português no mundo contemporâneo. Para isso, partimos das premissas de que todo discurso é polêmico pelo princípio da interincompreensão constitutiva (MAINGUENEAU, 2008 [1984]), e de que todo texto político-jurídico-normativo busca apagar, superar essa polêmica e construir um sentido único. Esse caminho teórico-metodológico, nos leva a questionar sobre que processos discursivos constroem essa busca de univocidade para superar a polêmica nos documentos de políticas linguísticas para a expansão do português? Quais coerções foram enfatizadas? De que maneira o enunciador se apresenta em nome dessa univocidade? Acreditamos que encontrar respostas a essas indagações nos levem a discutir relações de poder que sustentam essas políticas linguísticas de expansão do português nesta última década. Para desenvolver nossa pesquisa, selecionamos como corpora de análise, declarações e resoluções da Conferência de Chefes de Estado e de Governo e do Conselho de Ministros da CPLP sobre a difusão e promoção da língua portuguesa, por causa do poder político e simbólico, que essa organização representa em relação à temática. Assim, pudemos identificar quatro posições/faces de enunciadores, o ufanista, o defensor, o apreensivo e o idealista-apaziguador, que juntos compõem um enunciador, que chamamos de super graças a sua memória e a sua competência interdiscursivas e sua maneira específica de enunciar, que potencializam o poder imperativo de seus enunciados. Nas sequências discursivas analisadas podemos constatar que esse (super)enunciador na busca da adesão do coenunciador, articula alianças (a língua portuguesa comum, a sociedade civil) e oposições (diversidade cultural dos países, a língua inglesa) na construção de uma aparente homogeneidade linguística a fim de superar a heterogeneidade fundante da própria CPLP. Desse modo, as polêmicas são silenciadas e podemos notar um processo de construção de um novo sentido de língua portuguesa, homogeneizante em contraposição a outro já em curso de gramatização e heterogeneização das línguas portuguesas nacionais