Measuring and explaining farm inefficiency in a panel data set of mixed farms

This paper aims to estimate a translog stochastic frontier production function in the analysis of a panel of 150 mixed Catalan farms in the period 1989-1993, in order to attempt to measure and explain variation in technical inefficiency scores with a one-stage approach. The model uses gross value added as the output aggregate measure. Total employment, fixed capital, current assets, specific costs and overhead costs are introduced into the model as inputs. Stochasticfrontier estimates are compared with those obtained using a linear programming method using a two-stage approach. The specification of the translog stochastic frontier model appears as an appropriate representation of the data, technical change was rejected and the technical inefficiency effects were statistically significant. The mean technical efficiency in the period analyzed was estimated to be 64.0%. Farm inefficiency levels were found significantly at 5%level and positively correlated with the number of economic size units.

Distributional equivalence and subcompositional coherence in the analysis of contingency tables, ratio-scale measurements and compositional data

We consider two fundamental properties in the analysis of two-way tables of positive data: the principle of distributional equivalence, one of the cornerstones of correspondence analysis of contingency tables, and the principle of subcompositional coherence, which forms the basis of compositional data analysis. For an analysis to be subcompositionally coherent, it suffices to analyse the ratios of the data values. The usual approach to dimension reduction in compositional data analysis is to perform principal component analysis on the logarithms of ratios, but this method does not obey the principle of distributional equivalence. We show that by introducing weights for the rows and columns, the method achieves this desirable property. This weighted log-ratio analysis is theoretically equivalent to spectral mapping , a multivariate method developed almost 30 years ago for displaying ratio-scale data from biological activity spectra. The close relationship between spectral mapping and correspondence analysis is also explained, as well as their connection with association modelling. The weighted log-ratio methodology is applied here to frequency data in linguistics and to chemical compositional data in archaeology.

Biplots of fuzzy coded data

A biplot, which is the multivariate generalization of the two-variable scatterplot, can be used to visualize the results of many multivariate techniques, especially those that are based on the singular value decomposition. We consider data sets consisting of continuous-scale measurements, their fuzzy coding and the biplots that visualize them, using a fuzzy version of multiple correspondence analysis. Of special interest is the way quality of fit of the biplot is measured, since it is well-known that regular (i.e., crisp) multiple correspondence analysis seriously under-estimates this measure. We show how the results of fuzzy multiple correspondence analysis can be defuzzified to obtain estimated values of the original data, and prove that this implies an orthogonal decomposition of variance. This permits a measure of fit to be calculated in the familiar form of a percentage of explained variance, which is directly comparable to the corresponding fit measure used in principal component analysis of the original data. The approach is motivated initially by its application to a simulated data set, showing how the fuzzy approach can lead to diagnosing nonlinear relationships, and finally it is applied to a real set of meteorological data.

Dynamic graphics of parametrically linked multivariate methods used in compositional data analysis

Many multivariate methods that are apparently distinct can be linked by introducing oneor more parameters in their definition. Methods that can be linked in this way arecorrespondence analysis, unweighted or weighted logratio analysis (the latter alsoknown as "spectral mapping"), nonsymmetric correspondence analysis, principalcomponent analysis (with and without logarithmic transformation of the data) andmultidimensional scaling. In this presentation I will show how several of thesemethods, which are frequently used in compositional data analysis, may be linkedthrough parametrizations such as power transformations, linear transformations andconvex linear combinations. Since the methods of interest here all lead to visual mapsof data, a "movie" can be made where where the linking parameter is allowed to vary insmall steps: the results are recalculated "frame by frame" and one can see the smoothchange from one method to another. Several of these "movies" will be shown, giving adeeper insight into the similarities and differences between these methods.

Integration of high-resolution geophysical data for the characterization of alluvial aquifers : new approaches and implications for hydrological predictions

Abstract Accurate characterization of the spatial distribution of hydrological properties in heterogeneous aquifers at a range of scales is a key prerequisite for reliable modeling of subsurface contaminant transport, and is essential for designing effective and cost-efficient groundwater management and remediation strategies. To this end, high-resolution geophysical methods have shown significant potential to bridge a critical gap in subsurface resolution and coverage between traditional hydrological measurement techniques such as borehole log/core analyses and tracer or pumping tests. An important and still largely unresolved issue, however, is how to best quantitatively integrate geophysical data into a characterization study in order to estimate the spatial distribution of one or more pertinent hydrological parameters, thus improving hydrological predictions. Recognizing the importance of this issue, the aim of the research presented in this thesis was to first develop a strategy for the assimilation of several types of hydrogeophysical data having varying degrees of resolution, subsurface coverage, and sensitivity to the hydrologic parameter of interest. In this regard a novel simulated annealing (SA)-based conditional simulation approach was developed and then tested in its ability to generate realizations of porosity given crosshole ground-penetrating radar (GPR) and neutron porosity log data. This was done successfully for both synthetic and field data sets. A subsequent issue that needed to be addressed involved assessing the potential benefits and implications of the resulting porosity realizations in terms of groundwater flow and contaminant transport. This was investigated synthetically assuming first that the relationship between porosity and hydraulic conductivity was well-defined. Then, the relationship was itself investigated in the context of a calibration procedure using hypothetical tracer test data. Essentially, the relationship best predicting the observed tracer test measurements was determined given the geophysically derived porosity structure. Both of these investigations showed that the SA-based approach, in general, allows much more reliable hydrological predictions than other more elementary techniques considered. Further, the developed calibration procedure was seen to be very effective, even at the scale of tomographic resolution, for predictions of transport. This also held true at locations within the aquifer where only geophysical data were available. This is significant because the acquisition of hydrological tracer test measurements is clearly more complicated and expensive than the acquisition of geophysical measurements. Although the above methodologies were tested using porosity logs and GPR data, the findings are expected to remain valid for a large number of pertinent combinations of geophysical and borehole log data of comparable resolution and sensitivity to the hydrological target parameter. Moreover, the obtained results allow us to have confidence for future developments in integration methodologies for geophysical and hydrological data to improve the 3-D estimation of hydrological properties.

Manual de uso del software Ocean Data View (ODV)

El presente manual de uso del software de visualización de datos “Ocean Data View” (ODV) describe la exploración, análisis y visualización de datos oceanográficos según el formato de la colección mundial de base de datos del océano “World Ocean Database” (WOD). El manual comprende 6 ejercicios prácticos donde se describe paso a paso la creación de las metavariables, la importación de los datos y su visualización mediante mapas de latitud, longitud y gráficos de dispersión, secciones verticales y series de tiempo. Se sugiere el uso extensivo del ODV para la visualización de datos oceanográficos por el personal científico del IMARPE.

Changing landscapes of Switzerland: assessing effects of historic and future land uses and land covers on the occurrence of selected butterfly species

Summary Landscapes are continuously changing. Natural forces of change such as heavy rainfall and fires can exert lasting influences on their physical form. However, changes related to human activities have often shaped landscapes more distinctly. In Western Europe, especially modern agricultural practices and the expanse of overbuilt land have left their marks in the landscapes since the middle of the 20th century. In the recent years men realised that mare and more changes that were formerly attributed to natural forces might indirectly be the result of their own action. Perhaps the most striking landscape change indirectly driven by human activity we can witness in these days is the large withdrawal of Alpine glaciers. Together with the landscapes also habitats of animal and plant species have undergone vast and sometimes rapid changes that have been hold responsible for the ongoing loss of biodiversity. Thereby, still little knowledge is available about probable effects of the rate of landscape change on species persistence and disappearance. Therefore, the development and speed of land use/land cover in the Swiss communes between the 1950s and 1990s were reconstructed using 10 parameters from agriculture and housing censuses, and were further correlated with changes in butterfly species occurrences. Cluster analyses were used to detect spatial patterns of change on broad spatial scales. Thereby, clusters of communes showing similar changes or transformation rates were identified for single decades and put into a temporally dynamic sequence. The obtained picture on the changes showed a prevalent replacement of non-intensive agriculture by intensive practices, a strong spreading of urban communes around city centres, and transitions towards larger farm sizes in the mountainous areas. Increasing transformation rates toward more intensive agricultural managements were especially found until the 1970s, whereas afterwards the trends were commonly negative. However, transformation rates representing the development of residential buildings showed positive courses at any time. The analyses concerning the butterfly species showed that grassland species reacted sensitively to the density of livestock in the communes. This might indicate the augmented use of dry grasslands as cattle pastures that show altered plant species compositions. Furthermore, these species also decreased in communes where farms with an agricultural area >5ha have disappeared. The species of the wetland habitats were favoured in communes with smaller fractions of agricultural areas and lower densities of large farms (>10ha) but did not show any correlation to transformation rates. It was concluded from these analyses that transformation rates might influence species disappearance to a certain extent but that states of the environmental predictors might generally outweigh the importance of the corresponding rates. Information on the current distribution of species is evident for nature conservation. Planning authorities that define priority areas for species protection or examine and authorise construction projects need to know about the spatial distribution of species. Hence, models that simulate the potential spatial distribution of species have become important decision tools. The underlying statistical analyses such as the widely used generalised linear models (GLM) often rely on binary species presence-absence data. However, often only species presence data have been colleted, especially for vagrant, rare or cryptic species such as butterflies or reptiles. Modellers have thus introduced randomly selected absence data to design distribution models. Yet, selecting false absence data might bias the model results. Therefore, we investigated several strategies to select more reliable absence data to model the distribution of butterfly species based on historical distribution data. The results showed that better models were obtained when historical data from longer time periods were considered. Furthermore, model performance was additionally increased when long-term data of species that show similar habitat requirements as the modelled species were used. This successful methodological approach was further applied to assess consequences of future landscape changes on the occurrence of butterfly species inhabiting dry grasslands or wetlands. These habitat types have been subjected to strong deterioration in the recent decades, what makes their protection a future mission. Four spatially explicit scenarios that described (i) ongoing land use changes as observed between 1985 and 1997, (ii) liberalised agricultural markets, and (iii) slightly and (iv) strongly lowered agricultural production provided probable directions of landscape change. Current species-environment relationships were derived from a statistical model and used to predict future occurrence probabilities in six major biogeographical regions in Switzerland, comprising the Jura Mountains, the Plateau, the Northern and Southern Alps, as well as the Western and Eastern Central Alps. The main results were that dry grasslands species profited from lowered agricultural production, whereas overgrowth of open areas in the liberalisation scenario might impair species occurrence. The wetland species mostly responded with decreases in their occurrence probabilities in the scenarios, due to a loss of their preferred habitat. Further analyses about factors currently influencing species occurrences confirmed anthropogenic causes such as urbanisation, abandonment of open land, and agricultural intensification. Hence, landscape planning should pay more attention to these forces in areas currently inhabited by these butterfly species to enable sustainable species persistence. In this thesis historical data were intensively used to reconstruct past developments and to make them useful for current investigations. Yet, the availability of historical data and the analyses on broader spatial scales has often limited the explanatory power of the conducted analyses. Meaningful descriptors of former habitat characteristics and abundant species distribution data are generally sparse, especially for fine scale analyses. However, this situation can be ameliorated by broadening the extent of the study site and the used grain size, as was done in this thesis by considering the whole of Switzerland with its communes. Nevertheless, current monitoring projects and data recording techniques are promising data sources that might allow more detailed analyses about effects of long-term species reactions on landscape changes in the near future. This work, however, also showed the value of historical species distribution data as for example their potential to locate still unknown species occurrences. The results might therefore contribute to further research activities that investigate current and future species distributions considering the immense richness of historical distribution data. Résumé Les paysages changent continuellement. Des farces naturelles comme des pluies violentes ou des feux peuvent avoir une influence durable sur la forme du paysage. Cependant, les changements attribués aux activités humaines ont souvent modelé les paysages plus profondément. Depuis les années 1950 surtout, les pratiques agricoles modernes ou l'expansion des surfaces d'habitat et d'infrastructure ont caractérisé le développement du paysage en Europe de l'Ouest. Ces dernières années, l'homme a commencé à réaliser que beaucoup de changements «naturels » pourraient indirectement résulter de ses propres activités. Le changement de paysage le plus apparent dont nous sommes témoins de nos jours est probablement l'immense retraite des glaciers alpins. Avec les paysages, les habitats des animaux et des plantes ont aussi été exposés à des changements vastes et quelquefois rapides, tenus pour coresponsable de la continuelle diminution de la biodiversité. Cependant, nous savons peu des effets probables de la rapidité des changements du paysage sur la persistance et la disparition des espèces. Le développement et la rapidité du changement de l'utilisation et de la couverture du sol dans les communes suisses entre les années 50 et 90 ont donc été reconstruits au moyen de 10 variables issues des recensements agricoles et résidentiels et ont été corrélés avec des changements de présence des papillons diurnes. Des analyses de groupes (Cluster analyses) ont été utilisées pour détecter des arrangements spatiaux de changements à l'échelle de la Suisse. Des communes avec des changements ou rapidités comparables ont été délimitées pour des décennies séparées et ont été placées en séquence temporelle, en rendrent une certaine dynamique du changement. Les résultats ont montré un remplacement répandu d'une agriculture extensive des pratiques intensives, une forte expansion des faubourgs urbains autour des grandes cités et des transitions vers de plus grandes surfaces d'exploitation dans les Alpes. Dans le cas des exploitations agricoles, des taux de changement croissants ont été observés jusqu'aux années 70, alors que la tendance a généralement été inversée dans les années suivantes. Par contre, la vitesse de construction des nouvelles maisons a montré des courbes positives pendant les 50 années. Les analyses sur la réaction des papillons diurnes ont montré que les espèces des prairies sèches supportaient une grande densité de bétail. Il est possible que dans ces communes beaucoup des prairies sèches aient été fertilisées et utilisées comme pâturages, qui ont une autre composition floristique. De plus, les espèces ont diminué dans les communes caractérisées par une rapide perte des fermes avec une surface cultivable supérieure à 5 ha. Les espèces des marais ont été favorisées dans des communes avec peu de surface cultivable et peu de grandes fermes, mais n'ont pas réagi aux taux de changement. Il en a donc été conclu que la rapidité des changements pourrait expliquer les disparitions d'espèces dans certains cas, mais que les variables prédictives qui expriment des états pourraient être des descripteurs plus importants. Des informations sur la distribution récente des espèces sont importantes par rapport aux mesures pour la conservation de la nature. Pour des autorités occupées à définir des zones de protection prioritaires ou à autoriser des projets de construction, ces informations sont indispensables. Les modèles de distribution spatiale d'espèces sont donc devenus des moyens de décision importants. Les méthodes statistiques courantes comme les modèles linéaires généralisés (GLM) demandent des données de présence et d'absence des espèces. Cependant, souvent seules les données de présence sont disponibles, surtout pour les animaux migrants, rares ou cryptiques comme des papillons ou des reptiles. C'est pourquoi certains modélisateurs ont choisi des absences au hasard, avec le risque d'influencer le résultat en choisissant des fausses absences. Nous avons établi plusieurs stratégies, basées sur des données de distribution historique des papillons diurnes, pour sélectionner des absences plus fiables. Les résultats ont démontré que de meilleurs modèles pouvaient être obtenus lorsque les données proviennent des périodes de temps plus longues. En plus, la performance des modèles a pu être augmentée en considérant des données de distribution à long terme d'espèces qui occupent des habitats similaires à ceux de l'espèce cible. Vu le succès de cette stratégie, elle a été utilisée pour évaluer les effets potentiels des changements de paysage futurs sur la distribution des papillons des prairies sèches et marais, deux habitats qui ont souffert de graves détériorations. Quatre scénarios spatialement explicites, décrivant (i) l'extrapolation des changements de l'utilisation de sol tels qu'observés entre 1985 et 1997, (ii) la libéralisation des marchés agricoles, et une production agricole (iii) légèrement amoindrie et (iv) fortement diminuée, ont été utilisés pour générer des directions de changement probables. Les relations actuelles entre la distribution des espèces et l'environnement ont été déterminées par le biais des modèles statistiques et ont été utilisées pour calculer des probabilités de présence selon les scénarios dans six régions biogéographiques majeures de la Suisse, comportant le Jura, le Plateau, les Alpes du Nord, du Sud, centrales orientales et centrales occidentales. Les résultats principaux ont montré que les espèces des prairies sèches pourraient profiter d'une diminution de la production agricole, mais qu'elles pourraient aussi disparaître à cause de l'embroussaillement des terres ouvertes dû à la libéralisation des marchés agricoles. La probabilité de présence des espèces de marais a décrû à cause d'une perte générale des habitats favorables. De plus, les analyses ont confirmé que des causes humaines comme l'urbanisation, l'abandon des terres ouvertes et l'intensification de l'agriculture affectent actuellement ces espèces. Ainsi ces forces devraient être mieux prises en compte lors de planifications paysagères, pour que ces papillons diurnes puissent survivre dans leurs habitats actuels. Dans ce travail de thèse, des données historiques ont été intensivement utilisées pour reconstruire des développements anciens et pour les rendre utiles à des recherches contemporaines. Cependant, la disponibilité des données historiques et les analyses à grande échelle ont souvent limité le pouvoir explicatif des analyses. Des descripteurs pertinents pour caractériser les habitats anciens et des données suffisantes sur la distribution des espèces sont généralement rares, spécialement pour des analyses à des échelles fores. Cette situation peut être améliorée en augmentant l'étendue du site d'étude et la résolution, comme il a été fait dans cette thèse en considérant toute la Suisse avec ses communes. Cependant, les récents projets de surveillance et les techniques de collecte de données sont des sources prometteuses, qui pourraient permettre des analyses plus détaillés sur les réactions à long terme des espèces aux changements de paysage dans le futur. Ce travail a aussi montré la valeur des anciennes données de distribution, par exemple leur potentiel pour aider à localiser des' présences d'espèces encore inconnues. Les résultats peuvent contribuer à des activités de recherche à venir, qui étudieraient les distributions récentes ou futures d'espèces en considérant l'immense richesse des données de distribution historiques.

Measuring researchers' use of scholarly information through social bookmarking data: a case study of BibSonomy

This paper explores the possibility of using data from social bookmarking services to measure the use of information by academic researchers. Social bookmarking data can be used to augment participative methods (e.g. interviews and surveys) and other, non-participative methods (e.g. citation analysis and transaction logs) to measure the use of scholarly information. We use BibSonomy, a free resource-sharing system, as a case study. Results show that published journal articles are by far the most popular type of source bookmarked, followed by conference proceedings and books. Commercial journal publisher platforms are the most popular type of information resource bookmarked, followed by websites, records in databases and digital repositories. Usage of open access information resources is low in comparison with toll access journals. In the case of open access repositories, there is a marked preference for the use of subject-based repositories over institutional repositories. The results are consistent with those observed in related studies based on surveys and citation analysis, confirming the possible use of bookmarking data in studies of information behaviour in academic settings. The main advantages of using social bookmarking data are that is an unobtrusive approach, it captures the reading habits of researchers who are not necessarily authors, and data are readily available. The main limitation is that a significant amount of human resources is required in cleaning and standardizing the data.

BIO-INSPIRED COMPUTATIONAL TECHNIQUES APPLIED TO THE CLUSTERING AND VISUALIZATION OF SPATIO-TEMPORAL GEOSPATIAL DATA

The coverage and volume of geo-referenced datasets are extensive and incessantly¦growing. The systematic capture of geo-referenced information generates large volumes¦of spatio-temporal data to be analyzed. Clustering and visualization play a key¦role in the exploratory data analysis and the extraction of knowledge embedded in¦these data. However, new challenges in visualization and clustering are posed when¦dealing with the special characteristics of this data. For instance, its complex structures,¦large quantity of samples, variables involved in a temporal context, high dimensionality¦and large variability in cluster shapes.¦The central aim of my thesis is to propose new algorithms and methodologies for¦clustering and visualization, in order to assist the knowledge extraction from spatiotemporal¦geo-referenced data, thus improving making decision processes.¦I present two original algorithms, one for clustering: the Fuzzy Growing Hierarchical¦Self-Organizing Networks (FGHSON), and the second for exploratory visual data analysis:¦the Tree-structured Self-organizing Maps Component Planes. In addition, I present¦methodologies that combined with FGHSON and the Tree-structured SOM Component¦Planes allow the integration of space and time seamlessly and simultaneously in¦order to extract knowledge embedded in a temporal context.¦The originality of the FGHSON lies in its capability to reflect the underlying structure¦of a dataset in a hierarchical fuzzy way. A hierarchical fuzzy representation of¦clusters is crucial when data include complex structures with large variability of cluster¦shapes, variances, densities and number of clusters. The most important characteristics¦of the FGHSON include: (1) It does not require an a-priori setup of the number¦of clusters. (2) The algorithm executes several self-organizing processes in parallel.¦Hence, when dealing with large datasets the processes can be distributed reducing the¦computational cost. (3) Only three parameters are necessary to set up the algorithm.¦In the case of the Tree-structured SOM Component Planes, the novelty of this algorithm¦lies in its ability to create a structure that allows the visual exploratory data analysis¦of large high-dimensional datasets. This algorithm creates a hierarchical structure¦of Self-Organizing Map Component Planes, arranging similar variables' projections in¦the same branches of the tree. Hence, similarities on variables' behavior can be easily¦detected (e.g. local correlations, maximal and minimal values and outliers).¦Both FGHSON and the Tree-structured SOM Component Planes were applied in¦several agroecological problems proving to be very efficient in the exploratory analysis¦and clustering of spatio-temporal datasets.¦In this thesis I also tested three soft competitive learning algorithms. Two of them¦well-known non supervised soft competitive algorithms, namely the Self-Organizing¦Maps (SOMs) and the Growing Hierarchical Self-Organizing Maps (GHSOMs); and the¦third was our original contribution, the FGHSON. Although the algorithms presented¦here have been used in several areas, to my knowledge there is not any work applying¦and comparing the performance of those techniques when dealing with spatiotemporal¦geospatial data, as it is presented in this thesis.¦I propose original methodologies to explore spatio-temporal geo-referenced datasets¦through time. Our approach uses time windows to capture temporal similarities and¦variations by using the FGHSON clustering algorithm. The developed methodologies¦are used in two case studies. In the first, the objective was to find similar agroecozones¦through time and in the second one it was to find similar environmental patterns¦shifted in time.¦Several results presented in this thesis have led to new contributions to agroecological¦knowledge, for instance, in sugar cane, and blackberry production.¦Finally, in the framework of this thesis we developed several software tools: (1)¦a Matlab toolbox that implements the FGHSON algorithm, and (2) a program called¦BIS (Bio-inspired Identification of Similar agroecozones) an interactive graphical user¦interface tool which integrates the FGHSON algorithm with Google Earth in order to¦show zones with similar agroecological characteristics.

Automatic Mapping and Classification of Spatial Environmental Data

The paper deals with the development and application of the generic methodology for automatic processing (mapping and classification) of environmental data. General Regression Neural Network (GRNN) is considered in detail and is proposed as an efficient tool to solve the problem of spatial data mapping (regression). The Probabilistic Neural Network (PNN) is considered as an automatic tool for spatial classifications. The automatic tuning of isotropic and anisotropic GRNN/PNN models using cross-validation procedure is presented. Results are compared with the k-Nearest-Neighbours (k-NN) interpolation algorithm using independent validation data set. Real case studies are based on decision-oriented mapping and classification of radioactively contaminated territories.

Complicated intra-abdominal infections in Europe: preliminary data from the first three months of the CIAO Study.

The CIAO Study is a multicenter observational study currently underway in 66 European medical institutions over the course of a six-month study period (January-June 2012).This preliminary report overviews the findings of the first half of the study, which includes all data from the first three months of the six-month study period.Patients with either community-acquired or healthcare-associated complicated intra-abdominal infections (IAIs) were included in the study.912 patients with a mean age of 54.4 years (range 4-98) were enrolled in the study during the first three-month period. 47.7% of the patients were women and 52.3% were men. Among these patients, 83.3% were affected by community-acquired IAIs while the remaining 16.7% presented with healthcare-associated infections. Intraperitoneal specimens were collected from 64.2% of the enrolled patients, and from these samples, 825 microorganisms were collectively identified.The overall mortality rate was 6.4% (58/912). According to univariate statistical analysis of the data, critical clinical condition of the patient upon hospital admission (defined by severe sepsis and septic shock) as well as healthcare-associated infections, non-appendicular origin, generalized peritonitis, and serious comorbidities such as malignancy and severe cardiovascular disease were all significant risk factors for patient mortality.White Blood Cell counts (WBCs) greater than 12,000 or less than 4,000 and core body temperatures exceeding 38°C or less than 36°C by the third post-operative day were statistically significant indicators of patient mortality.

Reliability of methods used for the risk assessment of mixture of micropollutants in aquatic enviromments : from theoretical concepts to field observations

Ces dernières années, de nombreuses recherches ont mis en évidence les effets toxiques des micropolluants organiques pour les espèces de nos lacs et rivières. Cependant, la plupart de ces études se sont focalisées sur la toxicité des substances individuelles, alors que les organismes sont exposés tous les jours à des milliers de substances en mélange. Or les effets de ces cocktails ne sont pas négligeables. Cette thèse de doctorat s'est ainsi intéressée aux modèles permettant de prédire le risque environnemental de ces cocktails pour le milieu aquatique. Le principal objectif a été d'évaluer le risque écologique des mélanges de substances chimiques mesurées dans le Léman, mais aussi d'apporter un regard critique sur les méthodologies utilisées afin de proposer certaines adaptations pour une meilleure estimation du risque. Dans la première partie de ce travail, le risque des mélanges de pesticides et médicaments pour le Rhône et pour le Léman a été établi en utilisant des approches envisagées notamment dans la législation européenne. Il s'agit d'approches de « screening », c'est-à-dire permettant une évaluation générale du risque des mélanges. Une telle approche permet de mettre en évidence les substances les plus problématiques, c'est-à-dire contribuant le plus à la toxicité du mélange. Dans notre cas, il s'agit essentiellement de 4 pesticides. L'étude met également en évidence que toutes les substances, même en trace infime, contribuent à l'effet du mélange. Cette constatation a des implications en terme de gestion de l'environnement. En effet, ceci implique qu'il faut réduire toutes les sources de polluants, et pas seulement les plus problématiques. Mais l'approche proposée présente également un biais important au niveau conceptuel, ce qui rend son utilisation discutable, en dehors d'un screening, et nécessiterait une adaptation au niveau des facteurs de sécurité employés. Dans une deuxième partie, l'étude s'est portée sur l'utilisation des modèles de mélanges dans le calcul de risque environnemental. En effet, les modèles de mélanges ont été développés et validés espèce par espèce, et non pour une évaluation sur l'écosystème en entier. Leur utilisation devrait donc passer par un calcul par espèce, ce qui est rarement fait dû au manque de données écotoxicologiques à disposition. Le but a été donc de comparer, avec des valeurs générées aléatoirement, le calcul de risque effectué selon une méthode rigoureuse, espèce par espèce, avec celui effectué classiquement où les modèles sont appliqués sur l'ensemble de la communauté sans tenir compte des variations inter-espèces. Les résultats sont dans la majorité des cas similaires, ce qui valide l'approche utilisée traditionnellement. En revanche, ce travail a permis de déterminer certains cas où l'application classique peut conduire à une sous- ou sur-estimation du risque. Enfin, une dernière partie de cette thèse s'est intéressée à l'influence que les cocktails de micropolluants ont pu avoir sur les communautés in situ. Pour ce faire, une approche en deux temps a été adoptée. Tout d'abord la toxicité de quatorze herbicides détectés dans le Léman a été déterminée. Sur la période étudiée, de 2004 à 2009, cette toxicité due aux herbicides a diminué, passant de 4% d'espèces affectées à moins de 1%. Ensuite, la question était de savoir si cette diminution de toxicité avait un impact sur le développement de certaines espèces au sein de la communauté des algues. Pour ce faire, l'utilisation statistique a permis d'isoler d'autres facteurs pouvant avoir une influence sur la flore, comme la température de l'eau ou la présence de phosphates, et ainsi de constater quelles espèces se sont révélées avoir été influencées, positivement ou négativement, par la diminution de la toxicité dans le lac au fil du temps. Fait intéressant, une partie d'entre-elles avait déjà montré des comportements similaires dans des études en mésocosmes. En conclusion, ce travail montre qu'il existe des modèles robustes pour prédire le risque des mélanges de micropolluants sur les espèces aquatiques, et qu'ils peuvent être utilisés pour expliquer le rôle des substances dans le fonctionnement des écosystèmes. Toutefois, ces modèles ont bien sûr des limites et des hypothèses sous-jacentes qu'il est important de considérer lors de leur application. - Depuis plusieurs années, les risques que posent les micropolluants organiques pour le milieu aquatique préoccupent grandement les scientifiques ainsi que notre société. En effet, de nombreuses recherches ont mis en évidence les effets toxiques que peuvent avoir ces substances chimiques sur les espèces de nos lacs et rivières, quand elles se retrouvent exposées à des concentrations aiguës ou chroniques. Cependant, la plupart de ces études se sont focalisées sur la toxicité des substances individuelles, c'est à dire considérées séparément. Actuellement, il en est de même dans les procédures de régulation européennes, concernant la partie évaluation du risque pour l'environnement d'une substance. Or, les organismes sont exposés tous les jours à des milliers de substances en mélange, et les effets de ces "cocktails" ne sont pas négligeables. L'évaluation du risque écologique que pose ces mélanges de substances doit donc être abordé par de la manière la plus appropriée et la plus fiable possible. Dans la première partie de cette thèse, nous nous sommes intéressés aux méthodes actuellement envisagées à être intégrées dans les législations européennes pour l'évaluation du risque des mélanges pour le milieu aquatique. Ces méthodes sont basées sur le modèle d'addition des concentrations, avec l'utilisation des valeurs de concentrations des substances estimées sans effet dans le milieu (PNEC), ou à partir des valeurs des concentrations d'effet (CE50) sur certaines espèces d'un niveau trophique avec la prise en compte de facteurs de sécurité. Nous avons appliqué ces méthodes à deux cas spécifiques, le lac Léman et le Rhône situés en Suisse, et discuté les résultats de ces applications. Ces premières étapes d'évaluation ont montré que le risque des mélanges pour ces cas d'étude atteint rapidement une valeur au dessus d'un seuil critique. Cette valeur atteinte est généralement due à deux ou trois substances principales. Les procédures proposées permettent donc d'identifier les substances les plus problématiques pour lesquelles des mesures de gestion, telles que la réduction de leur entrée dans le milieu aquatique, devraient être envisagées. Cependant, nous avons également constaté que le niveau de risque associé à ces mélanges de substances n'est pas négligeable, même sans tenir compte de ces substances principales. En effet, l'accumulation des substances, même en traces infimes, atteint un seuil critique, ce qui devient plus difficile en terme de gestion du risque. En outre, nous avons souligné un manque de fiabilité dans ces procédures, qui peuvent conduire à des résultats contradictoires en terme de risque. Ceci est lié à l'incompatibilité des facteurs de sécurité utilisés dans les différentes méthodes. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons étudié la fiabilité de méthodes plus avancées dans la prédiction de l'effet des mélanges pour les communautés évoluant dans le système aquatique. Ces méthodes reposent sur le modèle d'addition des concentrations (CA) ou d'addition des réponses (RA) appliqués sur les courbes de distribution de la sensibilité des espèces (SSD) aux substances. En effet, les modèles de mélanges ont été développés et validés pour être appliqués espèce par espèce, et non pas sur plusieurs espèces agrégées simultanément dans les courbes SSD. Nous avons ainsi proposé une procédure plus rigoureuse, pour l'évaluation du risque d'un mélange, qui serait d'appliquer d'abord les modèles CA ou RA à chaque espèce séparément, et, dans une deuxième étape, combiner les résultats afin d'établir une courbe SSD du mélange. Malheureusement, cette méthode n'est pas applicable dans la plupart des cas, car elle nécessite trop de données généralement indisponibles. Par conséquent, nous avons comparé, avec des valeurs générées aléatoirement, le calcul de risque effectué selon cette méthode plus rigoureuse, avec celle effectuée traditionnellement, afin de caractériser la robustesse de cette approche qui consiste à appliquer les modèles de mélange sur les courbes SSD. Nos résultats ont montré que l'utilisation de CA directement sur les SSDs peut conduire à une sous-estimation de la concentration du mélange affectant 5 % ou 50% des espèces, en particulier lorsque les substances présentent un grand écart- type dans leur distribution de la sensibilité des espèces. L'application du modèle RA peut quant à lui conduire à une sur- ou sous-estimations, principalement en fonction de la pente des courbes dose- réponse de chaque espèce composant les SSDs. La sous-estimation avec RA devient potentiellement importante lorsque le rapport entre la EC50 et la EC10 de la courbe dose-réponse des espèces est plus petit que 100. Toutefois, la plupart des substances, selon des cas réels, présentent des données d' écotoxicité qui font que le risque du mélange calculé par la méthode des modèles appliqués directement sur les SSDs reste cohérent et surestimerait plutôt légèrement le risque. Ces résultats valident ainsi l'approche utilisée traditionnellement. Néanmoins, il faut garder à l'esprit cette source d'erreur lorsqu'on procède à une évaluation du risque d'un mélange avec cette méthode traditionnelle, en particulier quand les SSD présentent une distribution des données en dehors des limites déterminées dans cette étude. Enfin, dans la dernière partie de cette thèse, nous avons confronté des prédictions de l'effet de mélange avec des changements biologiques observés dans l'environnement. Dans cette étude, nous avons utilisé des données venant d'un suivi à long terme d'un grand lac européen, le lac Léman, ce qui offrait la possibilité d'évaluer dans quelle mesure la prédiction de la toxicité des mélanges d'herbicide expliquait les changements dans la composition de la communauté phytoplanctonique. Ceci à côté d'autres paramètres classiques de limnologie tels que les nutriments. Pour atteindre cet objectif, nous avons déterminé la toxicité des mélanges sur plusieurs années de 14 herbicides régulièrement détectés dans le lac, en utilisant les modèles CA et RA avec les courbes de distribution de la sensibilité des espèces. Un gradient temporel de toxicité décroissant a pu être constaté de 2004 à 2009. Une analyse de redondance et de redondance partielle, a montré que ce gradient explique une partie significative de la variation de la composition de la communauté phytoplanctonique, même après avoir enlevé l'effet de toutes les autres co-variables. De plus, certaines espèces révélées pour avoir été influencées, positivement ou négativement, par la diminution de la toxicité dans le lac au fil du temps, ont montré des comportements similaires dans des études en mésocosmes. On peut en conclure que la toxicité du mélange herbicide est l'un des paramètres clés pour expliquer les changements de phytoplancton dans le lac Léman. En conclusion, il existe diverses méthodes pour prédire le risque des mélanges de micropolluants sur les espèces aquatiques et celui-ci peut jouer un rôle dans le fonctionnement des écosystèmes. Toutefois, ces modèles ont bien sûr des limites et des hypothèses sous-jacentes qu'il est important de considérer lors de leur application, avant d'utiliser leurs résultats pour la gestion des risques environnementaux. - For several years now, the scientists as well as the society is concerned by the aquatic risk organic micropollutants may pose. Indeed, several researches have shown the toxic effects these substances may induce on organisms living in our lakes or rivers, especially when they are exposed to acute or chronic concentrations. However, most of the studies focused on the toxicity of single compounds, i.e. considered individually. The same also goes in the current European regulations concerning the risk assessment procedures for the environment of these substances. But aquatic organisms are typically exposed every day simultaneously to thousands of organic compounds. The toxic effects resulting of these "cocktails" cannot be neglected. The ecological risk assessment of mixtures of such compounds has therefore to be addressed by scientists in the most reliable and appropriate way. In the first part of this thesis, the procedures currently envisioned for the aquatic mixture risk assessment in European legislations are described. These methodologies are based on the mixture model of concentration addition and the use of the predicted no effect concentrations (PNEC) or effect concentrations (EC50) with assessment factors. These principal approaches were applied to two specific case studies, Lake Geneva and the River Rhône in Switzerland, including a discussion of the outcomes of such applications. These first level assessments showed that the mixture risks for these studied cases exceeded rapidly the critical value. This exceeding is generally due to two or three main substances. The proposed procedures allow therefore the identification of the most problematic substances for which management measures, such as a reduction of the entrance to the aquatic environment, should be envisioned. However, it was also showed that the risk levels associated with mixtures of compounds are not negligible, even without considering these main substances. Indeed, it is the sum of the substances that is problematic, which is more challenging in term of risk management. Moreover, a lack of reliability in the procedures was highlighted, which can lead to contradictory results in terms of risk. This result is linked to the inconsistency in the assessment factors applied in the different methods. In the second part of the thesis, the reliability of the more advanced procedures to predict the mixture effect to communities in the aquatic system were investigated. These established methodologies combine the model of concentration addition (CA) or response addition (RA) with species sensitivity distribution curves (SSD). Indeed, the mixture effect predictions were shown to be consistent only when the mixture models are applied on a single species, and not on several species simultaneously aggregated to SSDs. Hence, A more stringent procedure for mixture risk assessment is proposed, that would be to apply first the CA or RA models to each species separately and, in a second step, to combine the results to build an SSD for a mixture. Unfortunately, this methodology is not applicable in most cases, because it requires large data sets usually not available. Therefore, the differences between the two methodologies were studied with datasets created artificially to characterize the robustness of the traditional approach applying models on species sensitivity distribution. The results showed that the use of CA on SSD directly might lead to underestimations of the mixture concentration affecting 5% or 50% of species, especially when substances present a large standard deviation of the distribution from the sensitivity of the species. The application of RA can lead to over- or underestimates, depending mainly on the slope of the dose-response curves of the individual species. The potential underestimation with RA becomes important when the ratio between the EC50 and the EC10 for the dose-response curve of the species composing the SSD are smaller than 100. However, considering common real cases of ecotoxicity data for substances, the mixture risk calculated by the methodology applying mixture models directly on SSDs remains consistent and would rather slightly overestimate the risk. These results can be used as a theoretical validation of the currently applied methodology. Nevertheless, when assessing the risk of mixtures, one has to keep in mind this source of error with this classical methodology, especially when SSDs present a distribution of the data outside the range determined in this study Finally, in the last part of this thesis, we confronted the mixture effect predictions with biological changes observed in the environment. In this study, long-term monitoring of a European great lake, Lake Geneva, provides the opportunity to assess to what extent the predicted toxicity of herbicide mixtures explains the changes in the composition of the phytoplankton community next to other classical limnology parameters such as nutrients. To reach this goal, the gradient of the mixture toxicity of 14 herbicides regularly detected in the lake was calculated, using concentration addition and response addition models. A decreasing temporal gradient of toxicity was observed from 2004 to 2009. Redundancy analysis and partial redundancy analysis showed that this gradient explains a significant portion of the variation in phytoplankton community composition, even when having removed the effect of all other co-variables. Moreover, some species that were revealed to be influenced positively or negatively, by the decrease of toxicity in the lake over time, showed similar behaviors in mesocosms studies. It could be concluded that the herbicide mixture toxicity is one of the key parameters to explain phytoplankton changes in Lake Geneva. To conclude, different methods exist to predict the risk of mixture in the ecosystems. But their reliability varies depending on the underlying hypotheses. One should therefore carefully consider these hypotheses, as well as the limits of the approaches, before using the results for environmental risk management

LSI-R Scores: Change Matters - Part II, Data Download, Iowa Department of Corrections

In the last issue of the Data Download, we discussed that overall, a 10% drop in LSI-R scores for our highest risk offenders was associated with a 6% reduction in recidivism. However, LSI-R score reductions for the lowest risk offenders don't substantially affect their already low recidivism rates. The issue contained charts that showed this held true for both probationers and parolees. The charts below show that change also matters for women offenders and African-American offenders.

Automated Recording of Bridge Inspection Data in the Pontis Format Final Report, HR-364 April 1995

A large percentage of bridges in the state of Iowa are classified as structurally or fiinctionally deficient. These bridges annually compete for a share of Iowa's limited transportation budget. To avoid an increase in the number of deficient bridges, the state of Iowa decided to implement a comprehensive Bridge Management System (BMS) and selected the Pontis BMS software as a bridge management tool. This program will be used to provide a selection of maintenance, repair, and replacement strategies for the bridge networks to achieve an efficient and possibly optimal allocation of resources. The Pontis BMS software uses a new rating system to evaluate extensive and detailed inspection data gathered for all bridge elements. To manually collect these data would be a highly time-consuming job. The objective of this work was to develop an automated-computerized methodology for an integrated data base that includes the rating conditions as defined in the Pontis program. Several of the available techniques that can be used to capture inspection data were reviewed, and the most suitable method was selected. To accomplish the objectives of this work, two userfriendly programs were developed. One program is used in the field to collect inspection data following a step-by-step procedure without the need to refer to the Pontis user's manuals. The other program is used in the office to read the inspection data and prepare input files for the Pontis BMS software. These two programs require users to have very limited knowledge of computers. On-line help screens as well as options for preparing, viewing, and printing inspection reports are also available. The developed data collection software will improve and expedite the process of conducting bridge inspections and preparing the required input files for the Pontis program. In addition, it will eliminate the need for large storage areas and will simplify retrieval of inspection data. Furthermore, the approach developed herein will facilitate transferring these captured data electronically between offices within the Iowa DOT and across the state.

How Much Does It Cost? Optimization of Costs in Sequence Analysis of Social Science Data

One major methodological problem in analysis of sequence data is the determination of costs from which distances between sequences are derived. Although this problem is currently not optimally dealt with in the social sciences, it has some similarity with problems that have been solved in bioinformatics for three decades. In this article, the authors propose an optimization of substitution and deletion/insertion costs based on computational methods. The authors provide an empirical way of determining costs for cases, frequent in the social sciences, in which theory does not clearly promote one cost scheme over another. Using three distinct data sets, the authors tested the distances and cluster solutions produced by the new cost scheme in comparison with solutions based on cost schemes associated with other research strategies. The proposed method performs well compared with other cost-setting strategies, while it alleviates the justification problem of cost schemes.